摘要：旋挖钻机作为一种高效、环保的绿色桩工设备，近几年在岩溶地区桩基工程应用所占比重逐年提高。文章结合施工实例，就旋挖钻机在岩溶地区桩基施工中的应用展开了探讨，对施工过程中桩基施工方案的选择、施工机具的配置以及旋挖钻机钻具和施工工艺的改进进行分析、总结，供类似工程借鉴。

关键词：旋挖钻机；岩溶地层桩基；方案选择；施工工艺

1 引言

岩溶作为一种不良地质，地质复杂多变，地下岩面起伏大，溶洞、土洞发育且分布不规则，地下水丰富甚至发展为地下暗河、暗沟，具有无规律性且难以察觉等特点，在桩基施工过程中易发生卡钻、断桩、斜桩等质量安全事故，一直以来都是桥梁基础设计及施工的难题。溶洞桩基旋挖钻施工技术具有经济、环保安全、施工简便、不影响原有道路交通等特点，如何结合岩溶地貌特点，利用旋挖钻机施工技术进行成桩，确定地基的稳定和安全性，这是需要我们探讨和研究的，对提高特殊地质环境下的地基处理的效果具有重要意义。

2 工程概况

2.1 大桥概况

某大桥全长1807米，桥梁的宽度是为2×12.0米，且分为左右两幅桥梁。本次施工具体为加宽既有桥梁的两侧，两侧各加宽9米。其中拼接模式为上部连接、下部独立。在扩建桥梁的基础上实施嵌岩钻孔并灌注基桩，其直径分别为φ110cm、φ120cm，桩长设计为14.5米至59米。

2.2 工程所处位置的地质情况

根据地质勘测的资料发现，本工程所处位置沿线的覆盖层主要有粗沙与粉质黏土，其中粗沙层的厚度约为6至12米。岩溶较为发达，大小溶洞一共有283个，且单个溶洞的最大高度为13.2米，洞高平均为2.7米。各溶洞以及单个土洞的情况、大小以及规模等各不相同，分布比较杂乱，溶洞顶板的厚度最小仅为10厘米，所以如果被击穿之后顶板上方的沙层、沙砾层就会很容易发生流失而出现坍塌以及地陷等问题。

2.3 大桥周边建筑物的情况

原有桥梁和新建桥梁间基桩的距离最近是4m。工程附近、周边的厂房、民房较为密集，离工程最近的建筑物的间距为2m；桥梁的沿线周围还有部分古建筑群，其属省级重点的保护对象；两桥间由国道，且车流量大，工程扩建前就已经发现部分路面开裂、沉降以及破损等。

3、选择优质的桩基施工技术

在本工程的溶洞桩基初始设计方案当中，明确地采取冲击钻施工法，与此同时，结合了一次性钢护筒辅助施工，使其穿梭于覆盖层。溶洞的处理方法也较为常规，为充填封闭与注浆加固。但经现场在此勘测发现，本次工程周围有较多的道路、桥梁以及房屋等，若工程受到冲击振动，极有可能导致这些建筑物出现开裂、沉降，道路极容易发生沉陷与塌方，因而安全隐患较大。

4配置施工所需的一切机械设备

4.1 选择适合的旋挖钻机

本次工程中一共选择了两台钻机，生产地是上海金泰，其型号为SH30H，几大重点技术参数详情如表1所示。

表1：SH30H型的旋挖钻机技术参数

4.2 配置钢套管

工具式的钢套管可借助Q345的钢板来进行卷制，其壁厚控制为40mm，为双壁，连接处选择实心钢板并采取铸热轧进行处理。钢套管的内径与外径分别控制为φ119cm与φ127cm，钢套管的长度一共是33.4米，重量高达40.5吨，有九节标准的钢套管，每根各长3米，而非标准的套管长功三根，长度分别是1.5米、2.5米和2米，并且另配一个0.4米的套管靴。各套管间采取十二个高强度的螺进行连接，上端定位槽数量为4个，下段定位剑为4个，详情如图1所示。

图2：地雷型的钻头

4.3 计算长套管的拔力

（1）摩阻力计算

根据公式F摩=ξ错误！未找到引用源。：

套管外壁的摩阻力用F摩表示，单位为k N，用ξ来表示侧压力的系数，一般取0.3，用μ来表示摩擦系数，当钢土综合时取0.32，套管入土的部分外壁总面积为S，单位用m2表示，土体作用在套管某一深度外壁水平压力用Pi 表示，单位是KPa，套管入土的总深度永h表示，单位为m。

（2）套管的上拔力

根据公式F拔=F摩+G，套管的上拔力为F拔，单位是kN，G是套管自重，单位为kN，套管外壁的摩阻力用F摩表示，单位为k N。

（3）套管的回转扭矩

按照公式M=0.5DF摩来进行计算，其中M表示套管的回转扭矩，其单位用kN·m来表示；套管直径为D，单位为m。

按照上面的三个公式，套管内径按照φ119cm、外径按照φ127cm以及壁厚4cm则能够计算在入土5m-33.4m时套管的最大扭矩与上拔力，详情如表2：

表2：计算钢套管的压力、拔力

4.4 选择科学合理的搓管机

长套管的压入与拔出有3种方法：借助旋挖钻机的压拔、借助履带吊以及振动锤联合打拔、借助搓管机进行压拔。通常情况下，使用旋挖钻机压拔的长度最大为20米，采取履带吊联合振动锤打拔长度最多15米。在本次施工中，压拔的钢套管长度最大为33.4米，所以前两张方式均不合适，需采取搓管机压管、拔管。将搓管机的一端在旋挖钻机的底盘上固定，借助夹钳紧缩、套管环抱来制造摩擦力，反复推动左右两侧的回转油缸转动套管，通过举升油缸以及加压的方式来进行压拔操作。此工程所选的搓管机型号为CGJ-1500，技术参数详见表3：

表3：CGJ-1500搓管机的技术参数

5 优化旋挖钻机的施工工艺

5.1 改进钻具

（1）增加钻筒高度。条件允许时尽可能增加钻筒高度，不宜低于桩直径1.5倍，设置＞2.0米以上最佳，强化钻筒的扶正、导向作用，避免发生斜孔事故。

（2）增设导向装置的数量。将焊斜向筋板加在钻具上方作为导向装置，避免提钻时出现溶洞顶板卡住现象。

（3）增设排浆孔的数量。于筒钻壁处增设排浆孔数量，便于漏浆孔内的液面降低时依旧能够迅速进行补浆。

（4）自制地雷型的钻头。地雷型的钻头中部且圆柱形、其上部与下部均属圆台形，如图2所示，其用途为挤压造壁以及捣实溶洞的部分填料。

5.2 优化改进施工技

（1）施工当中应按照桩基具体情况确定压入套管的深度，不同地层选择合适的工艺与钻具。（2）旋挖钻机用干法钻进，无需考虑补浆，钻带钢套管的底部时采取优质的PHP泥浆进行造壁，保障溶洞护壁效果达到标准。（3）按照地质资料钻到与溶洞顶板表面距0.8米的时后，可更换钻具进行施工。（4）若溶洞顶板的厚度低于0.5米，可继续跟进钢套管穿过顶板到达溶洞的底部。无法跟进时需对溶洞的部分采取合理处理才能继续跟进。（5）若溶洞填充物相对较软或者没有填充物的时候可应用直接抛填法来辅助施工；若填充物比较硬则实施先挖后抛，分层抛填的办法。（6）抛填溶洞完毕之后，选择地雷型钻头进行施工。

5.3溶洞处理

（1）普通溶洞的处理

钻至溶洞的顶板时换筒钻进行缓慢钻进，提前准备好充足的黏土、片石、水泥、水源等。钻穿洞顶前安排专人对套管内不泥浆面变情况进行观察，泥浆面发生下降应迅速可进行补浆、补水。

（2）空溶洞的处理

采取对空溶洞提前进行补水或者注浆加固来给予处理，防治钻孔的时候溶洞顶板出现击穿问题而导致孔内泥浆水头降低而引发塌孔事件。

（3）处理流塑状的填充物溶洞

处理此类溶洞，若抛填处理之后效果依旧难以达到相关标准，可以利用混凝土灌筑的方式来进行造壁处理。灌筑的高度需达到溶洞顶部的1至2m意识，混凝土的强度高于80%时即可应用筒钻进行钻进，若依旧发生漏浆的现象可以选择再次抛填水玻璃以及水泥、黏土等施工操作，并切换为地雷型钻头来施工处理。

（4）处理大型溶洞

大型溶洞指的是高度＞5m，或者串珠状并且实施上述方法无效的法不能奏效的溶洞，可以实施套管跟进法处理。若该方法无效则需采取套内钢套管方法进行施工处理。

5.4 处理工程的其他问题

5.4.1对钢套管的底部进行处理

钢套管打到首层岩面的时候或穿过溶洞到达第二层时，钢套管及其周边难以与岩面达到完全接触的状态，此时极有可能形成以下较大的间隙，如果不对这些间隙加强固结，极有可能在入岩过程中形成桩外通道或者桩孔通道等，易发生埋钻或者套管脚斜孔、偏孔而发生质量问题。

把套管钻进放至距首层岩面1至2米处的时候应当禁止钻进，并向孔内进行抛填碎石、水泥、水玻璃，抛填的深度控制在1至2米作用，抛填之后借助筒钻慢慢进行下钻，直至套管的底下1米处，并且实施多次上升、下降、左右摆动的操作，多次处理以达到密实造壁的效果，最后再把套管放至溶洞的顶板处，进而达到防止塌孔、不漏浆等作用。

5.4.2 处理斜岩

若岩层表面属于斜面，则易引发卡钻以及偏孔等问题，所以应当积极采取有效的措施来对此类问题进行对应处理。可以按照上述办法来处理钢套管的底部，然后再改进在斜面处旋挖钻钻进的方法。

结语

综上，为了解决岩溶低端桥梁桩基的施工难点，本文结合了实际的工程施工经验来介绍旋挖钻机的应用效果，通过改进施工工艺以及钻具、增加配套等措施解决了一系列的施工难题。现本桥桩基施工已经玩不结束，并且达到安全、优质以及环保、高效的效果，可为同行业施工给予参考。