旋挖钻机在之江大桥深埋硬质岩层中的应用

第３７卷第２９期　２　０　１　１年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．２９　Ｏｃｔ．　２０１１　・１５５・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）２９—０１５５—０２　

旋挖钻机在之江大桥深埋硬质岩层中的应用　

叶以挺　蒋红星　潘江波　

摘要：结合之江大桥水中钻孔灌注桩施工实例，介绍了钢护筒埋设、泥浆配制等施工技术，指出旋挖钻机在不同地层中　

的钻进工艺及控制要点，特另１对旋挖钻机深埋硬质岩层钻进工艺进行了研究，为旋挖钻机在硬质岩层钻进提供了一种新　的施工方案，对同类工程施工具有指导意义。　关键词：旋挖钻机，钻孔灌注桩，钻斗，泥浆比重　

中图分类号：Ｕ４４５．３１　文献标识码：Ａ　

１　工程概况　

之江大桥（又名钱江七桥）处于钱塘江河口段上游，位于闻家　

堰急弯和珊瑚沙与钱塘江大桥弯道之间，该河段在洪水和潮汐的　交替作用下，河床宽浅，潮强流急，河床冲淤变化剧烈，是典型的　游荡河道。东侧非通航孔桥共有水中桩基１５２根直径１．８　ｍ和　

２．０　ｍ钻孔灌注桩，桩长６３　１１１－一７４　ｉｎ不等。　

２施工准备　

１）研究分析工程地质。施工前对工程地质、水文情况进行研　究，认真分析设计提供的地质勘察报告，对工程地质进行全面分　析。对于地质硬度小于５　ＭＰａ以下的工程地质，分析时应了解水　

文地质结构参数等土性指标；对于岩性地质，需了解岩石的成因　和种类，岩石颗粒的大小和形状，岩石构造及裂隙发育情况，胶结　的性质及胶结形式等。２）施工机械与设备配置。针对工程不同　

地质情况，对旋挖钻机的钻杆、钻具、斗齿、护筒、泥浆、清孔工具　等施工机械与设备进行选择和优化。对于硬岩基层深埋下的嵌　

岩桩基施工，一台旋挖钻机至少要配置若干数量的不同规格和类　型的钻具、斗齿，以适应软土和硬岩基层的钻进。３）技术参数设　

计。针对不同地质情况，优化钻进参数、质量控制措施等。如土　壤切削、岩石钻削时加压方式、钻进扭矩、钻斗速度、进尺速度等　

控制指标。４）钢护筒埋设。钢护筒采用１２　ｍｍ厚钢板卷制而成，　护筒内径比桩径大２Ｏ　ｃｍ，护筒顶要高出钱塘江２０年一遇水位　１　ｍ，护筒底应进入淤泥质粘土层，以免在粉土层引起护筒底塌　

孔，故本工程钢护筒长度采用２５　ｎｌ，用ＤＺ６０振动锤进行埋设，埋　设过程中进行跟踪测量，以确保钢护筒的垂直度及平面偏位。　

３旋挖钻机施工　

３．１　钻斗类型和选用　

施工中根据不同地质情况，选用合适的钻斗和施工工艺。　在淤泥层、泥土、砂层、卵（漂）石层、风化岩层等较软地层钻　

进时，可采用回转钻斗，回转钻斗一般分单底钻斗、双底捞砂斗。　入硬岩基层时，需采用短螺旋钻斗、牙轮钻斗和嵌岩筒钻等　

钻斗。旋挖钻机螺旋钻斗和双底捞砂钻斗见图１和图２。　３．２泥浆制备　

根据旋挖成孔工艺，旋挖钻进时不易形成泥皮，护壁性相对　

较差，易缩径和塌孔。因此，在施工时，为防止坍孔，稳定孔内水　位及便于挟带钻渣，通常采用膨润土、ＣＮＣ羧甲基（纤维素钠盐）　

和纯碱（Ｎ％ＣＯ　）制备泥浆。膨润土为泥浆的主要材料；ＣＮＣ为　泥浆增加粘性，具有使地基土表面形成薄膜而使之强化和降低失　水率的作用，掺入量为膨润土的０．０５％一０．１％；纯碱的作用可使　

ｐＨ值增大，使粘土颗粒进行分散，粘粒表面负电荷增加，为粘土　吸收外界的正离子提供了条件，可增加水化膜厚度，提高泥浆的　胶体率和稳定性，降低失水率，掺入量为孔中泥浆的０．１％～　

０．４％。　泥浆指标应根据工程地质具体情况进行合理配制，且泥浆应　在高速搅浆筒中高速搅拌１５　ｍｉｎ，然后放入泥浆池中２４　ｈ后才使　用，新制备的泥浆由于未充分膨胀，护壁效果将大大降低。护筒　

内泥浆水头应比外侧河床高１．５　ｉｎ～２．０　Ｉｎ，过高易引起护筒内反　串，过低在涨潮时未能及时补充泥浆则引起正串。　

图ｌ旋挖钻机螺旋钻斗　图２旋挖钻机双底捞砂钻斗　

３．３不同地层施工　

１）粉土层。根据钱塘江钻孔灌注桩的施工经验，钢护筒需穿　过粉土层进入淤泥质粘土层，钻孔平台距离桩顶１０．５　ｍ，且钢护　

筒顶需高于２０年一遇最高水位，故钢护筒为２５　ｍ长。由于粉土　层均在钢护筒内，故可以采用双底捞砂钻斗快速钻进，在钻进过　

程中只需及时补充泥浆，保证泥浆液面高于护筒外河床１．５　ｉｎ左　右，因此钻进１５　ｍ深的粉土层只需ｌ　ｈ可完成。　

２）淤泥质粉质粘土层。淤泥质粘土层强度小，胶结性差，钻　进容易，但由于护筒底进入该土层约２　ｎｌ，如快速钻进则会引起护　

筒底渗漏及塌孔，因此在进入淤泥质粘土层时需减速慢进，控制　钻斗提升速度、泥浆比重及水头。注意钻斗提升速度：因为旋挖　

钻机的自身造浆能力较差，泥浆质量较普通钻机要差得多。且满　斗土粒的快速提升会形成活塞作用，出现孔内负压和较高的泥浆流　速，容易产生塌孔。所以一般提升速度应严格控制在１０　ｍ／ｍｉｎ～　

２０　ｍ／ｍｉｎ，含砂土、软土的提升速度应小于１０　ｍ／ｍｉｎ。　３）圆砾层。圆砾层：灰色，密实，饱和，粒径以０．２　ｃｍ～２．０　ｃｍ　

为主，含量为３５％左右，卵石含量约３０％，其余为糟ｆ生土，多为次圆　

收稿日期：２０１１－０５—３０　作者简介：叶以挺（１９８５．），男，硕士，助理工程师，浙江省交通工程建设集团有限公司，浙江杭州　３１００５１　

蒋红星（１９７１一），男，高级工程师，浙江省交通工程建设集团有限公司，浙江杭州３１００５１　

潘江波（１９８２．），男，工程师，浙江省交通工程建设集团有限公司，浙江杭州３１００５１

　第３７卷第２９期　．１５６．　２　０　１　１年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．２９　Ｏｃｔ．２０ｌ１　

文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）２９－０１５６－０３　

基于英标ＢＳ　５４００的素混凝土Ｔ形桥台计算　

姬　来　

摘要：结合斯里兰卡马特拉至必利尔塔铁路某桥，依据英标ＢＳ　５４００要求的荷载和荷载组合对该桥素混凝土Ｔ形桥台　

的基底截面应力、抗滑稳定性和抗倾覆稳定性进行了检算。结果显示，在运营极限状态（ＳＬＳ）和破坏极限状态（ＵＬＳ）下，　

以上各项指标均满足英国规范要求。　关键词：英国标准，ＢＳ　５４００，荷载，荷载组合，Ｔ形桥台，性能评价　

中图分类号：Ｕ４４３．２１　文献标识码：Ａ　

０　引言　

近年来，随着中国铁路技术的大发展，越来越多的中国企业　走出国门，到更为广阔的国际市场承揽工程。这时对国外规范的　

理解、应用就显得尤为重要。本文结合斯里兰卡马特拉至必利尔　塔铁路某桥，依据ＢＳ　５４００要求的荷载和荷载组合对该桥素混凝　

土Ｔ形桥台的结构性能进行了检算。本研究对国内工程技术人　员更好的学习、使用英标具有很好的参考价值。　

状，岩性成分主要为中风化凝灰岩和石英砂岩，分选性较差，胶结　较差。圆砾层由于地基承载力低，可用双底捞砂钻斗直接钻进，　

但圆砾层由于存在空隙，易出现跑浆现象，且在钻斗取土后易引　起塌孔，因此，在钻进时泥浆比重需加大，泥浆液面适当加高，在　

空隙大的圆砾层中可适当回填部分黄土，慢速旋转钻斗，形成一　

定厚度的泥皮。　

跳　钻孔平台　ｒ　ｌ一　—　—－　Ｌｌ一　—　．　。ｎ　。—　廿，／／／　；／ｕ／菏床　

嵌岩短　Ｉ　螺旋钻头　

图３旋挖钻机入岩钻进工艺　４）中风化粉砂岩层。该岩层由于强度高，入岩深度深，嵌岩　

深度达１５　ｍ一３０　ｍ，饱和强度达５０　ＭＰａ，钻进困难，特别是旋挖钻　机从国内施工的情况看基本不适合该岩层钻进，本工程为加快工　程进度，必须采用旋挖钻机进行钻孔桩施工，故需选用合适的钻　

斗及钻进工艺至关重要，针对本深埋硬质岩层，经过不断的总结　及试验，开发研究了深埋硬质岩层旋挖钻机施工工艺，为顺利完成　１　Ｔ形桥台结构概况　

某桥台高８　ｍ，台长７．５　ｍ，基底为微风化片麻岩，极限承载力　ｑ　＝３　０００　ｋＰａ，地质条件较好，采用明挖扩大基础。桥台结构图如　

图ｌ所示。　

２荷载　

２．１　恒栽　恒载包括：１）桥台自重：钢筋混凝土容重：　。＝２５　ｋＮ／ｍ３；２）道　

钻孔桩施工提供了保障。基于岩石破碎机理，成孔前，先采用小　直径嵌岩筒钻（不取芯）钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，增加岩　

层自由面，以降低其应力水平，使之有利于大直径筒钻进一步钻　进，提高其工作效率。换用嵌岩短螺旋钻斗人岩，破碎岩芯以构　

造孔底自由面。换用大直径不取芯筒钻以进一步松动岩面，最后　用嵌岩旋挖钻斗钻进取渣。重复上述步骤，旋挖钻进至设计标　

高。钻进工艺见图３。　

４结语　

本工程充分利用旋挖钻机施工质量可靠、成孔速度快、成孔　效率高、适应性强、移动方便等特点，很好地满足了不同地层桩基　的施工要求，施工质量优良。尽管旋挖钻机一次性投入费用高，　

但适应性强，经济效益综合指标远大于其他钻机施工，是一种理　

想的施工工艺。　

参考文献：　［１］　陈铁牛．旋挖钻机在永宁河特大桥不同地层中的应用［Ｊ］．　

施工技术，２００９，３８（９）：４２．４６．　［２］　

［３］　

［４］　黎中银，夏柏如，吴方晓．旋挖钻机高效入岩机理及其工程　

应用［Ｊ］．中国公路学报，２００９，２２（３）：１２１—１２６．　余龙．旋挖钻机施工桩基础的施工工艺［Ｊ］．安徽水利水　电职业技术学院学报，２０１０，ｌＯ（２）：２９－３１．　

张世雄，扈其勇．浅谈钻孔灌注桩施工控制［Ｊ］．山西建筑，　

２０１０，３６（９）：１２１．１２２．　

Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｒｉｇ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｈａｒｄ　ｒｏｃｋ　ｆｏｒ　Ｚｈｉｊｉａｎｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　

ＹＥ　Ｙｉ－ｔｉｎｇ　ＪＩＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｘｉｎｇ　ＰＡＮ　Ｊｉａｎｇ・ｂｏ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｃａｓｉｎｇ，ｍｕｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　

ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅ　ｉｎ　Ｚｈｉｊｉａｎｇ　Ｂｒｉｄｇｅ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｒｉｇ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｈａｒｄ　ｒｏｃｋ，ｗｈｉｃｈ　ｏｆｆｅｒｓ　ａ　ｎｅｗ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｒｉｇ　ｆｏｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｈａｒｄ　ｒｏｃｋ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｎ—　

ｉｎｇ　ｔｏ　ｇｕｉｄｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｒｙ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｒｉｇ，ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｂｕｃｋｅｔ，ｍｕｄ　ｗｅｉｇｈｔ　

收稿日期：２０１１—０６—０９　作者简介：姬来（１９８３－），男，硕士，助理工程师，中铁第五勘察设计院集团有限公司桥梁设计院，北京

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