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【摘 要】 本文通过旋挖钻在青岛海湾大桥桩基施工中的成功运用，介绍了旋挖钻机在海上钻孔灌注桩作业的施工工艺和优点。
【关键词】 旋挖钻；海上作业；施工工艺；优点
青岛海湾大桥是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段，是胶州湾东西两岸的跨海通道。大桥主线工程主线全长26.737公里。本桥六合同段承担红岛航道桥（240m）+非通航孔桥（41*60）下部的施工任务，施工范围内共有桩基312根，桩长在65m～70m之间，桩径为1.6m和1.8m。工程地质情况自上而下以淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土、粉沙、粗沙、砾砂、强风化角砾岩、弱风化角砾岩、弱风化粉沙质泥岩为主。
工程开工时，施工单位根据以往海上钻孔桩的施工经验，选用大功率的反循环回旋钻机（钻头型式为刮刀钻、牙轮钻）作为主要机型，但该机型在施工时钻进速度慢，成孔时间长，这种施工方法不仅会增加施工成本，也会使后续工作和总工期受到影响。为加快工程进度，降低施工成本，经研究决定，试用NR1801型旋挖钻进行钻孔桩施工。
1 旋挖钻结构性能及特点
NR1801型旋挖钻的主要性能参数：最大扭矩154KN.m；旋挖速度为7～32rpm；发动机功率179KW；最大钻孔深度80m；最大钻孔直径2m；钻机总重量55t。
该旋挖钻的特点：（1）具有履带式底盘，可自行移动；（2）钻机操作自动化程度高，可自行起落折叠桅杆；（3）全伸缩自锁主动钻杆，该结构能保证将动力头上的加压力及扭距传递到钻杆末端钻具上，无须装卸钻杆；（4）具有低速大扭矩和高速小扭矩两种速度的动力头，可根据地质通过液压系统进行转速、扭矩调整转换，实现低速正常钻土和高速短螺旋甩土钻进；（5）拥有多项控制监控系统：A主卷扬具有钻头自由下落触地自动停止装置；B自动检测显示，自动调整桅杆垂直度；C自动显示机身的回转角度，并在弃土后能自动返回锁定桩位。
2 旋挖钻海上钻孔施工工艺
2.1钻孔平台设计
钻孔平台下部结构采用临时钢管桩及钻孔桩钢护筒，材质均为Q235A钢。临时钢管桩桩径0.8m，壁厚10mm。钢护筒分为D类和E类：D类钢护筒直径1.9m，壁厚12mm；E类钢护筒直径2.1m，壁厚14mm。为了增加平台的稳定性，在支撑桩位置设置了上下层平联。
平台上部结构型钢扁担梁采用双拼HN500×200和HN600×200，顺桥向搁置在临时钢管桩桩顶；主梁采用双拼HN400×200型钢，焊接成整体框架；分配梁采用I20a，间距按50cm布置；平台面板采用8mm厚钢板铺设。
平台验算时选取了施工过程当中最不利的状态对平台的分配梁、平台梁、扁担梁、临时桩进行计算，结构经验算均满足设计规范要求，结构安全。
2.2钻孔泥浆
2.2.1泥浆的配比设计
胶州湾属于海水区域，海水中CL-、Mg2+、Ca2+含量高，仅采用普通膨润土等造浆材料，泥浆悬浮能力、护壁效果都很差，很难达到使用要求，因此科学的配制优质海水泥浆成为钻孔桩顺利施工的关键，通过反复实验得出海水泥浆的基本配合比。（见表1）
表1 海水泥浆配合比
材料名称 海水 膨润土 纯碱 PAC（增粘剂）
数量（kg） 1000 180 5 3.7
配比中纯碱能充分分解膨润土、增加PH值、增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性；PAC为聚阴离子纤维素，是一种增粘剂，在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗盐性及较好的薄膜成型。
2.2.2造漿
开钻前用泥浆泵将护筒内水和淤泥抽尽，然后向孔内按配比依次加入海水、膨润土等原材料，利用钻头提放、旋转造浆，待泥浆数量和各项指标达到设计要求时开始钻进。钻进时把邻近孔的护筒作为造浆池或单独在平台上设置造浆池，造浆并及时向开钻孔内补充泥浆，保证孔内水头有效高度。
根据现场地质情况，泥浆性能指标按最易塌孔的地层（砂层）进行控制。（见表2）
表2 泥浆性能指标要求
技术
指标 比重 粘度（pa.s 含砂率（%） 胶体率（%） 失水率（ml/30min） 泥皮厚（mm/30min） 酸碱度（ph）
数值 1.1～1.2 18～25 〈2 〉98 ≤20 ≤3 8～11
2.3钻孔
2.3.1钻孔工作原理
NR1801型旋挖钻是采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，旋挖钻就位后，操作主卷扬将伸缩式钻杆及钻斗放止孔底，启动动力头使钻杆带动旋挖钻斗旋转，并施加适当的压力，将土切削挤入钻斗，在钻渣达到一定容量时，反转钻杆1～2圈，使钻斗底部斗门关闭，提升钻斗出孔，钻机转止倒土位置，上提钻杆，撞开斗门，倒出钻渣。回转钻机，关好斗门，并按锁定角度回转止桩位继续下一轮作业。旋挖钻就是通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环而成孔的。
2.3.2钻头的选用
为提高钻孔效率和成孔质量，旋挖钻进过程中应根据地质适时更换钻头。螺旋钻头和筒式取芯钻头主要用于弱风化角砾岩、弱风化粉沙质泥岩，主要配合旋挖钻斗实现取土钻进；旋挖钻斗是双开门底开式的筒式钻头，底盘上有可活动的斗门，钻斗旋转，通过斗门上的斜向斗齿切土进入钻斗，完成取土。其主要用于淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土、粉沙、粗沙、砾砂、强风化角砾岩。
2.3.3钻进
（1）用浮吊将钻机吊放到已验收的施工平台上，钻机自行移动精确就位，使钻斗对中，调整桅杆垂直度，锁定桅杆高度和钻机原始角度后，便可开钻。
（2）旋挖钻钻孔过程中，应根据工程地质图及不同地层钻进的施工经验，对每个工作循环严格控制钻压及钻进速度，避免钻进尺度过大，造成埋钻事故。钻斗在提升时，应适当控制钻斗的升降速度，钻斗升降速度宜保持在0.57～0.8m/s之间，当钻斗在砂层等易塌部位时，其升降速度应更加缓慢。 （3）钻进过程中，施工人员根据海水每天涨、落潮的时刻表，及时观测潮位及孔内水头，调整孔内水头高度，保证孔壁的稳定，防止塌孔或冒浆。
2.3.4清孔
旋挖钻成孔后无泥浆循环，成孔后应停机2～3小时，再用钻斗进行沉渣清理，并量测孔深。在超声波仪检孔合格，静置1小时左右无明显沉淀后，可进行钢筋笼及导管的下放。导管安装好后，用泥浆泵连接导管进行二次清孔，清孔须采用合格泥浆进行循环，严禁用清水换浆。
3 施工注意及事故处理
（1）旋挖钻机重量大（55吨），须进行平台的方案设计及验算，保证平台的稳定性及施工的安全性。
（2）钻进时参考工程地质图，在土石分界处及弱风化岩层中，应特别注意钻速及钻压的控制，并在易斜孔的地层深度处用超声波检孔仪进行中间检测，发现斜孔迹象及时的采取措施（如扫孔）进行纠偏，以控制斜孔的产生。
（3）个别桩在钻进过程中出现塌孔冒浆现象，主要是护筒底部有时处于沙层中，钻进时操作不当及护壁效果不理想等原因造成，此时应及时提出钻头，加长钢护筒，打设止较硬的地层，堵住塌孔部位，并用泥袋从外侧对塌陷部位进行填堵，然后再继续钻进。
4 旋挖钻海上作业的优点
（1）旋挖钻为伸缩式钻杆，提钻、钻进、成孔速度快，直径1.6m和1.8m、孔深65m左右的桩基，一般2～3天完成，成孔速度是普通回旋钻的5倍以上。
（2）与回旋钻相比，缩短了施工平台周转周期，减少了施工平台的投入数量。
（3）旋挖钻能自行移动，就位快，且自带动力，不需配备大型发电机等设备。
（4）旋挖钻被应用在海上作业，相比配备大型发电机的普通钻机，单桩用油量大大减少，降低了承包方的生产成本。
（5）旋挖钻采用静态泥浆掏渣钻进，成孔后泥漿相对含沙率低，沉渣少，一般在下完导管后只进行简单的换浆，调整一下泥浆比重，即可进行灌注。
5 结语
旋挖钻施工效率高，施工工序简单，有效的降低了施工方在海上桩基施工中的成本，其经济效益综合指标远大于回旋钻，但在施工中须因地制宜，针对不同的地质情况，制定相应的施工工艺，以确保钻孔桩的成孔质量。
参考文献：
1.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
2.《港口工程灌注桩设计与施工规程》JTJ248-2001
【关键词】 旋挖钻；海上作业；施工工艺；优点
青岛海湾大桥是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段，是胶州湾东西两岸的跨海通道。大桥主线工程主线全长26.737公里。本桥六合同段承担红岛航道桥（240m）+非通航孔桥（41*60）下部的施工任务，施工范围内共有桩基312根，桩长在65m～70m之间，桩径为1.6m和1.8m。工程地质情况自上而下以淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土、粉沙、粗沙、砾砂、强风化角砾岩、弱风化角砾岩、弱风化粉沙质泥岩为主。
工程开工时，施工单位根据以往海上钻孔桩的施工经验，选用大功率的反循环回旋钻机（钻头型式为刮刀钻、牙轮钻）作为主要机型，但该机型在施工时钻进速度慢，成孔时间长，这种施工方法不仅会增加施工成本，也会使后续工作和总工期受到影响。为加快工程进度，降低施工成本，经研究决定，试用NR1801型旋挖钻进行钻孔桩施工。
1 旋挖钻结构性能及特点
NR1801型旋挖钻的主要性能参数：最大扭矩154KN.m；旋挖速度为7～32rpm；发动机功率179KW；最大钻孔深度80m；最大钻孔直径2m；钻机总重量55t。
该旋挖钻的特点：（1）具有履带式底盘，可自行移动；（2）钻机操作自动化程度高，可自行起落折叠桅杆；（3）全伸缩自锁主动钻杆，该结构能保证将动力头上的加压力及扭距传递到钻杆末端钻具上，无须装卸钻杆；（4）具有低速大扭矩和高速小扭矩两种速度的动力头，可根据地质通过液压系统进行转速、扭矩调整转换，实现低速正常钻土和高速短螺旋甩土钻进；（5）拥有多项控制监控系统：A主卷扬具有钻头自由下落触地自动停止装置；B自动检测显示，自动调整桅杆垂直度；C自动显示机身的回转角度，并在弃土后能自动返回锁定桩位。
2 旋挖钻海上钻孔施工工艺
2.1钻孔平台设计
钻孔平台下部结构采用临时钢管桩及钻孔桩钢护筒，材质均为Q235A钢。临时钢管桩桩径0.8m，壁厚10mm。钢护筒分为D类和E类：D类钢护筒直径1.9m，壁厚12mm；E类钢护筒直径2.1m，壁厚14mm。为了增加平台的稳定性，在支撑桩位置设置了上下层平联。
平台上部结构型钢扁担梁采用双拼HN500×200和HN600×200，顺桥向搁置在临时钢管桩桩顶；主梁采用双拼HN400×200型钢，焊接成整体框架；分配梁采用I20a，间距按50cm布置；平台面板采用8mm厚钢板铺设。
平台验算时选取了施工过程当中最不利的状态对平台的分配梁、平台梁、扁担梁、临时桩进行计算，结构经验算均满足设计规范要求，结构安全。
2.2钻孔泥浆
2.2.1泥浆的配比设计
胶州湾属于海水区域，海水中CL-、Mg2+、Ca2+含量高，仅采用普通膨润土等造浆材料，泥浆悬浮能力、护壁效果都很差，很难达到使用要求，因此科学的配制优质海水泥浆成为钻孔桩顺利施工的关键，通过反复实验得出海水泥浆的基本配合比。（见表1）
表1 海水泥浆配合比
材料名称 海水 膨润土 纯碱 PAC（增粘剂）
数量（kg） 1000 180 5 3.7
配比中纯碱能充分分解膨润土、增加PH值、增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性；PAC为聚阴离子纤维素，是一种增粘剂，在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗盐性及较好的薄膜成型。
2.2.2造漿
开钻前用泥浆泵将护筒内水和淤泥抽尽，然后向孔内按配比依次加入海水、膨润土等原材料，利用钻头提放、旋转造浆，待泥浆数量和各项指标达到设计要求时开始钻进。钻进时把邻近孔的护筒作为造浆池或单独在平台上设置造浆池，造浆并及时向开钻孔内补充泥浆，保证孔内水头有效高度。
根据现场地质情况，泥浆性能指标按最易塌孔的地层（砂层）进行控制。（见表2）
表2 泥浆性能指标要求
技术
指标 比重 粘度（pa.s 含砂率（%） 胶体率（%） 失水率（ml/30min） 泥皮厚（mm/30min） 酸碱度（ph）
数值 1.1～1.2 18～25 〈2 〉98 ≤20 ≤3 8～11
2.3钻孔
2.3.1钻孔工作原理
NR1801型旋挖钻是采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，旋挖钻就位后，操作主卷扬将伸缩式钻杆及钻斗放止孔底，启动动力头使钻杆带动旋挖钻斗旋转，并施加适当的压力，将土切削挤入钻斗，在钻渣达到一定容量时，反转钻杆1～2圈，使钻斗底部斗门关闭，提升钻斗出孔，钻机转止倒土位置，上提钻杆，撞开斗门，倒出钻渣。回转钻机，关好斗门，并按锁定角度回转止桩位继续下一轮作业。旋挖钻就是通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环而成孔的。
2.3.2钻头的选用
为提高钻孔效率和成孔质量，旋挖钻进过程中应根据地质适时更换钻头。螺旋钻头和筒式取芯钻头主要用于弱风化角砾岩、弱风化粉沙质泥岩，主要配合旋挖钻斗实现取土钻进；旋挖钻斗是双开门底开式的筒式钻头，底盘上有可活动的斗门，钻斗旋转，通过斗门上的斜向斗齿切土进入钻斗，完成取土。其主要用于淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土、粉沙、粗沙、砾砂、强风化角砾岩。
2.3.3钻进
（1）用浮吊将钻机吊放到已验收的施工平台上，钻机自行移动精确就位，使钻斗对中，调整桅杆垂直度，锁定桅杆高度和钻机原始角度后，便可开钻。
（2）旋挖钻钻孔过程中，应根据工程地质图及不同地层钻进的施工经验，对每个工作循环严格控制钻压及钻进速度，避免钻进尺度过大，造成埋钻事故。钻斗在提升时，应适当控制钻斗的升降速度，钻斗升降速度宜保持在0.57～0.8m/s之间，当钻斗在砂层等易塌部位时，其升降速度应更加缓慢。 （3）钻进过程中，施工人员根据海水每天涨、落潮的时刻表，及时观测潮位及孔内水头，调整孔内水头高度，保证孔壁的稳定，防止塌孔或冒浆。
2.3.4清孔
旋挖钻成孔后无泥浆循环，成孔后应停机2～3小时，再用钻斗进行沉渣清理，并量测孔深。在超声波仪检孔合格，静置1小时左右无明显沉淀后，可进行钢筋笼及导管的下放。导管安装好后，用泥浆泵连接导管进行二次清孔，清孔须采用合格泥浆进行循环，严禁用清水换浆。
3 施工注意及事故处理
（1）旋挖钻机重量大（55吨），须进行平台的方案设计及验算，保证平台的稳定性及施工的安全性。
（2）钻进时参考工程地质图，在土石分界处及弱风化岩层中，应特别注意钻速及钻压的控制，并在易斜孔的地层深度处用超声波检孔仪进行中间检测，发现斜孔迹象及时的采取措施（如扫孔）进行纠偏，以控制斜孔的产生。
（3）个别桩在钻进过程中出现塌孔冒浆现象，主要是护筒底部有时处于沙层中，钻进时操作不当及护壁效果不理想等原因造成，此时应及时提出钻头，加长钢护筒，打设止较硬的地层，堵住塌孔部位，并用泥袋从外侧对塌陷部位进行填堵，然后再继续钻进。
4 旋挖钻海上作业的优点
（1）旋挖钻为伸缩式钻杆，提钻、钻进、成孔速度快，直径1.6m和1.8m、孔深65m左右的桩基，一般2～3天完成，成孔速度是普通回旋钻的5倍以上。
（2）与回旋钻相比，缩短了施工平台周转周期，减少了施工平台的投入数量。
（3）旋挖钻能自行移动，就位快，且自带动力，不需配备大型发电机等设备。
（4）旋挖钻被应用在海上作业，相比配备大型发电机的普通钻机，单桩用油量大大减少，降低了承包方的生产成本。
（5）旋挖钻采用静态泥浆掏渣钻进，成孔后泥漿相对含沙率低，沉渣少，一般在下完导管后只进行简单的换浆，调整一下泥浆比重，即可进行灌注。
5 结语
旋挖钻施工效率高，施工工序简单，有效的降低了施工方在海上桩基施工中的成本，其经济效益综合指标远大于回旋钻，但在施工中须因地制宜，针对不同的地质情况，制定相应的施工工艺，以确保钻孔桩的成孔质量。
参考文献：
1.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
2.《港口工程灌注桩设计与施工规程》JTJ248-2001