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【摘 要】 江汉六桥为大跨度自锚式悬索桥，主跨252m，主塔地处汉江下游浅滩冲积地域，粉质黏土及细砂、中砂、粗砂交错地层最深达104m才入岩，桩直径2.5m，平均桩长110m，入岩10～20m。在这样的地质条件下，为保证工期、质量，节约成本，我们经过试验和对各种钻机及施工工艺分析研究，最终决定选用两台钻机联合，两种工艺结合成孔的施工工艺。取得了很好的效果，可为今后其它类似工程桩基施工提供借鉴和指导。
【关键词】 地层分析;钻机分析;工期成本分析;工艺选择;关键技术
1 概述
隨着中国铁路、高速公路等快速发展带动了中国桥梁事业的飞速发展，中国桥梁技术的骄绩和宏伟工程令人眩目，尤其是在大跨度桥梁领域取得了突破性的进展。随着大跨度桥梁的发展，大直径超长桩得到了广泛运用，使得大直径超长桩的施工工艺日臻完善和成熟。近年来生产了大量的大功率、大直径的旋挖钻机和正反循环钻机，其成孔效率高、成孔质量好、孔壁泥皮薄、成孔垂直度好，保障了大直径超长桩基的施工质量。
虽然机械设备有了进步，施工的能力有了很大的提高的和增强，也产生了各种各样的桩基施工工艺。但是对于大直径超长桩的施工来说，施工工艺的选择就变得尤为重要了，需要考虑地质条件、钻机的适应能力、桩的长度、进度、成本等等。所以大直径超长桩施工中的施工工艺的选择变得非常关键，也是保证工期，质量，节约成本的关键。所以经过研究和总结，慢慢开始出现几种施工工艺结合，几种钻机结合的施工工艺选择。本文主要介绍的就是在超深软地层+岩层条件下大直径超长桩施工工艺的选择。
2 工程概况及地质条件
2.1工程概况
江汉六桥位于三环线（长丰桥）和江汉二桥之间，汉口岸与古田二路相接，汉阳岸与规划六桥路相接，是武汉市城市规划的第六座跨汉江通道。工程范围为汉口跨解放大道落地点至汉阳郭琴路。工程主线全长3050.1m，其中桥梁部分长2953m，路基部分长97.1m，汉口沿河大道、古田路及汉阳临河一路各设置一对上、下桥匝道。建设内容主要包括道路工程、桥梁工程、排水工程、交通工程、绿化工程、照明工程等。主桥采用110+252+110=472m的自锚式悬索桥。
每个主塔下桩基为9根，直径2.5m，平均桩长110m，入岩10～20m的钻孔灌注桩，共36根。其立面图如下所示：
2.2地质条件
工程场区主要地貌为汉江河床及汉江一级阶地，两岸一级阶地地势起伏不大，地面高程一般24m左右。汉口岸沿线分布的主要建筑物为较多1～2层砖结构民居;汉阳岸沿线分布的主要建筑物。汉江自西向东流经场区，江面宽约260m，河床断面～4层砖结构民居。呈不对称的“U”字型，河床面高程5.7～8.1m，最低点高程约5.7m。勘测期间水深5.0-6.0m，水位高程13.50m左右。
主塔地处汉江下游浅滩冲积地域，粉质黏土及细砂、中砂、粗砂交错地层最深达104m，岩层主要为强风化白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等。列两根桩的地层作为示例。
土层 土层名 深度L（m） 土层 土层名 深度L（m）
1 填筑土 5.7 1 填筑土 3.8
2 粉质黏土 8.2 2 粉质黏土 2.8
3 黏土 12.3 3 粉砂 15
4 细砂 4.5 4 粉质黏土 3
5 粗砂 3.2 5 粉砂 6
6 中砂 14.6 6 中砂 5.1
7 砾砂 5.6 7 粉砂 12.1
8 细砂 8 8 中砂 5.9
9 圆砾 3.5 9 粉砂 7.8
10 粉质黏土 30.9 10 细砂 35.7
11 强风化砂岩 3.1 11 圆砾 3.4
12 中风化页岩 4 12 卵石土 6.6
13 石英砂岩 5.1 13 强风化白云岩 3.5
14 灰岩 6.5 14 石英砂岩 4.8
合计 115.2 合计 115.5
3 工艺选择分析
3.1地层分析
主塔地处汉江下游浅滩冲积地域，粉质黏土及细砂、中砂、粗砂交错地层最深达104m，岩层主要为强风化白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等。从上面所列的地层表可以看出其砂层、粉砂层这些软地层对于大直径桩基的施工是很不利的，很容易导致施工中地层塌孔的现象发生，另外又因为深度特别大，且砂层中，中、细、粗、粉等交替出现，所以无形中给施工增加难度，经分析可以配备不分散、低固相、高粘度的PHP化学泥浆加强泥浆护壁来解决。从入岩来看，白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等，这些岩层都属于硬度较高，而且深度大，所以必须要求钻机具备很大的功率，钻杆具备很高的强度。
3.2钻机及对应成孔工艺分析
1）冲击钻机
成孔原理及适用范围：冲击钻机灌注桩施工是采用卷扬机带动一定重量的冲击锤头，在设定的高度内使锤头提升，然后空放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用循环液将钻渣和岩屑排出。每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的断面和相应的孔深。一般是用于土层的自稳较好，桩径通常为600mm～1500mm。长度一般不超过50m。
优点：（1）用冲击方法破碎岩土尤其是破碎有裂隙的坚硬土和大的卵砾石所消耗的功率小，破碎效果好;同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固;（2）在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高;（3）设备简单，操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障少。
缺点：（1）利用钻杆或钢丝绳牵引冲击头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣土上，钻进速度较低。随桩孔加深，掏渣时间和孔底清渣时间相对较长;（2）容易出现桩孔不圆的情况，扩孔率较高;（3）遇地层不均匀时容易出现斜孔、卡锤和掉钻等事故;（4）由于冲击锤头能量的限制，孔深和孔径均比回转钻机施工适应性小。 2）旋挖钻机
成孔原理及适用范围：旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。
优点：可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。且成孔快，施工效率高，相同条件下，它是反循环钻机的4倍左右;不需要设置泥浆循环系统，无污染，只需要设置一储存泥浆或稳定液的池子即可，它的距离不受限制。
缺点：成孔施工中不能形成泥皮，须制备较好的泥浆作为成空护壁。钻孔深度超过80m后，钻进速率急速下降。钻进速率如下图所示：
3）泵吸反循环回转钻机
成孔原理及适用范围：泵吸式反循环是直接利用沙石泵的抽吸作用使钻杆内的水流上升而形成反循环的。泵吸式反循环回转钻进的泥浆相对密度不宜过大，超过1.3时，泥石泵的抽吸能力降低，一般泥浆相对密度以1.1以下为宜。
优点：在真空泵与吸泥泵配合或在空气吸泥机、水力喷射泵的抽吸力作用下，混合物进入钻锥的进渣口，由钻杆内腔吸上，在从出水控制阀经胶管排泄到沉淀池，净化后到储浆池循环使用。
缺点：管路漏气或钻头、钻杆堵塞，产生真空后，沉淀室的水位上升缓慢，真空表接头堵塞，真空表损坏或管路漏气。泵吸反循环在孔深超过80m后，效率大幅降低。在岩层平均进尺0.3m/d～0.5m/d，进尺效率不高，工期压力大。
4）气举反循环回转钻机
成孔原理及适用范围：气举反循环钻进是将压缩空气沿双壁钻具输气管道送入井内一定深度经混合器注入管内与循环液体混合，由于混合液的密度小于冲洗液的密度，在井筒内与排渣管间产生压差，并在井筒液柱压力作用下使排浆管内混合的气液以较高的速度向上流动，从而将孔底的岩心或岩屑连续不断的排出地表。带上来的气、液、固三相流经反循环振动筛，排人沉淀池。沉淀后的泥浆再流回孔内，补充循环液的空间，如此不断循环形成连续钻进的过程。
优点：气举反循环回转钻机是应用于陆地上大型建筑的大口径超深度桩基础、硬质岩层等复杂地层、港口码头桩基础施工、堤岸防护桩施工及江、河、湖、海中的桥梁桩基础施工。在超大口径超深孔径或硬岩等复杂地层条件下，是其它桩工设备的重要替代产品。具有排岩屑能力强，不易堵塞，设备磨损小，钻头寿命长，钻进效率高，成孔质量好，在松散地层中施工不易发生孔壁坍塌事故等优点。孔深超过50m后，即能保持较高而稳定的钻进效率。
缺点：由于气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱压力差有关。孔浅时供气压力不易建立，钻杆内水流上升速度低，排渣性能差，如果孔的深度小于7m，则吸升是无效的;孔深增大后，只要相应地增加供气量和供气压力，钻杆内水流就能获得理想的上升速度。
3.4工期分析
根据主桥的施工安排，主塔处于浅滩区域，而且开工时间为12月，如果不加快工期在枯水期把主塔下部结构即桩基、承台、第一节墩柱施工完毕就会到丰水期，承台区域会被水淹没，造成暂停施工，会造成人员窝工，工期滞后，筑围堰又会增加成本。所以根据工期安排主桥的桩基施工不能超过90天，采用8个桩位同步施工，也需要5轮，即单根桩的施工时间不得超过18天，同时还需考虑以外风险，所以规定单根桩施工时间为15天。
冲击钻不适用。旋挖钻机和泵吸反循环回转钻机超过80m后钻进速率就会急剧下降，无法保证。气举反循环回转钻机在50m以下时又不太适用，而且进度缓慢。初步计算如果单独使用旋挖钻机单桩需35d，泵吸反循环回转钻机需40d，气举反循环回转钻机需30d。由此可看出没有一种单独的施工方式适合15d工期。经过研究分析，考慮采用两种钻机，两种施工工艺结合的方式进行，首先用采用旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m，这样算来旋挖钻机需5d，气举反循环回转钻机需8d，1d清孔，1d下钢筋笼和灌注混凝土，正好15d，能够满足工期要求。
3.4经济分析
旋挖钻机施工成孔快，施工效率高，相同条件下，它是反循环钻机的4倍左右;不需要设置泥浆循环系统，无污染，只需要设置一储存泥浆或稳定液的池子即可，它的距离不受限制。所以旋挖钻机施工相对成本就会较低，但入岩后由于施工缓慢而导致成本急剧增加。气举反循环回转钻机在50m以下时施工不稳定，50m以上即能保持较高而稳定的钻进效率，入岩施工速率快，自然成本就会比旋挖钻机低。这样算来利用这种两钻机、两工艺联合成孔施工正好利用了旋挖钻机和气举反循环回转钻机的长处，使得施工工期缩短，成本节约。
综上所述，经过对地层、钻机及对应工艺、工期、经济分析后，确定采用旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m。旋挖钻机、气举反循环回转钻机两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺。
4 联合施工工艺的关键技术
两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺施工流程图如下所示：
4.1施工泥浆的制备
由于成孔深度和孔径都比较大，因此拟采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。泥浆由水、膨润土、添加剂拌制而成。泥浆在正式开钻之前进行配比试验，选择泥浆各项指标最优的配合比。泥浆制备性能指标如下图所示。
钻机
类型 地质
情况 泥浆性能指标 作用
相对
密度 粘度
（s） 静切力（Pa） 含砂率（%） 胶体率（%） 失水率ml/30min 酸碱
度pH
反循环钻机 砂土 1.06～1.10 18～22 1～2.5 <4 >95 <20 8～10 护壁 泥浆性能检测：泥浆性能检测主要采用泥浆三件套進行检测，即泥浆含沙量测定器、泥浆粘度计、泥浆比重计。具体使用见如下：
1）泥浆含沙量测定器：它以泥浆经筛网过滤后体积的变化来确定，用百分比来表示。
含砂量刻度：0%～15%每小格0.5%，15%～30%每小格1%。
2）泥浆粘度计：它是由粘度计中流出500mm3的泥浆所需的时间来计算，单位为秒。
3）泥浆比重计：测量泥浆的重量，单位为1.15g/mm3。
4.2垂直度的控制
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）对钻孔灌注桩成孔质量标准的规定：孔的中心位置偏差不大于10cm，倾斜度<1%。在实际施工操作时，钻头中心与桩孔中心的偏差一般控制在5cm内。为确保垂直度控制在规范规定的1%以内，采取了以下的垂直度控制措施。
根据上述分析，须采取相应措施予以解决，具体如下：
（1）旋挖钻的对中可实现自动化控制，因此在施工时严格要求旋挖钻机操作人员作业时务必确保钻杆垂直度与对中，在地层变化处须减压、慢速钻进，保证孔壁的垂直度;
（2）对场地进行夯实，确保场地平整度和密实度，保证钻机安装平整且钻进过程不发生不均匀沉降，导致钻孔偏斜。
（3）检查钻杆弯曲度、钻杆接头间隙，对不合格的不予使用;
（4）钻头翼板磨损不一的及时换掉，使钻头受力均匀，不造成偏离钻进方向;
（5）钻进中遇软硬土层交界面或倾斜岩面时，进行钻压调节使钻头受力均匀，不造成偏离钻进方向。
4.3钻机交接及施工工艺转换的事项
钻机交接及施工工艺转换是两种钻机和两种工艺联合施工的新施工工艺施工的关键控制点。施工时若采用旋挖钻钻到到岩层，因岩层分布并不均匀，采用气举反循环回转钻机直接施工，会产生孔斜的施工隐患。因此为避免此类施工事故的发生，我们结合R400旋挖钻成孔深度等特点，旋挖钻钻至90m深的覆盖层后，距离岩层以上5m改用气举反循环回转钻机施工，保持减压钻进，对回转钻机钻头的导向及纠偏措施，使得钻头平稳的从覆盖层进入至岩层，同时在工艺转换时对泥浆进行调整，确保泥浆满足气举反循环回转钻机施工工艺要求。通过这样来保证两种钻机和两种工艺联合施工的新施工工艺转换平稳过度，保证孔壁的垂直度能够满足规范要求。
5 结论
这种两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺，是根据土层和大直径超长桩的条件去分析选择适合的钻机，在对钻机进行分析，选择各自的优点，并结合工期、质量、技术经济分析，选取一个最佳的结合点来对大直径超长桩施工进行钻机的交替和工艺的转换。
江汉六桥大直径超长桩的施工，选择旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m，这种选择有效的利用了旋挖钻机施工成孔快，施工效率高，非入岩进度快，成本较低的优点，又有效的利用了气举反循环钻机在深度超过50m后即能保持较高而稳定的钻进效率，同时保证工期，成本适中的优点。再根据地层选择在90m位置进行两钻机的交替和两工艺的转换，使得整个桩基施工完美结合，取长补短，即缩短了工期，节约了成本，又保证了质量。这种两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺具有明显的优越性，能够大幅提升大直径超长桩施工的效率，同时还可取得很好的经济效益，非常值得类似工程施工的借鉴。
参考文献：
[1] JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2011。
[2] 2010-复杂岩层钻孔灌注桩泥浆选型试验研究，中南大学学报。
[3] PHP泥浆在桥梁超长超大直径钻孔灌注桩施工中的应用，岩石力学与工程时报。
[4]气举反循环法在百米超长钻孔桩施工中的应用，桥梁，2009增刊：89-91。
[5]林远华，浅析桥梁工程钻孔桩施工钻机选型。
【关键词】 地层分析;钻机分析;工期成本分析;工艺选择;关键技术
1 概述
隨着中国铁路、高速公路等快速发展带动了中国桥梁事业的飞速发展，中国桥梁技术的骄绩和宏伟工程令人眩目，尤其是在大跨度桥梁领域取得了突破性的进展。随着大跨度桥梁的发展，大直径超长桩得到了广泛运用，使得大直径超长桩的施工工艺日臻完善和成熟。近年来生产了大量的大功率、大直径的旋挖钻机和正反循环钻机，其成孔效率高、成孔质量好、孔壁泥皮薄、成孔垂直度好，保障了大直径超长桩基的施工质量。
虽然机械设备有了进步，施工的能力有了很大的提高的和增强，也产生了各种各样的桩基施工工艺。但是对于大直径超长桩的施工来说，施工工艺的选择就变得尤为重要了，需要考虑地质条件、钻机的适应能力、桩的长度、进度、成本等等。所以大直径超长桩施工中的施工工艺的选择变得非常关键，也是保证工期，质量，节约成本的关键。所以经过研究和总结，慢慢开始出现几种施工工艺结合，几种钻机结合的施工工艺选择。本文主要介绍的就是在超深软地层+岩层条件下大直径超长桩施工工艺的选择。
2 工程概况及地质条件
2.1工程概况
江汉六桥位于三环线（长丰桥）和江汉二桥之间，汉口岸与古田二路相接，汉阳岸与规划六桥路相接，是武汉市城市规划的第六座跨汉江通道。工程范围为汉口跨解放大道落地点至汉阳郭琴路。工程主线全长3050.1m，其中桥梁部分长2953m，路基部分长97.1m，汉口沿河大道、古田路及汉阳临河一路各设置一对上、下桥匝道。建设内容主要包括道路工程、桥梁工程、排水工程、交通工程、绿化工程、照明工程等。主桥采用110+252+110=472m的自锚式悬索桥。
每个主塔下桩基为9根，直径2.5m，平均桩长110m，入岩10～20m的钻孔灌注桩，共36根。其立面图如下所示：
2.2地质条件
工程场区主要地貌为汉江河床及汉江一级阶地，两岸一级阶地地势起伏不大，地面高程一般24m左右。汉口岸沿线分布的主要建筑物为较多1～2层砖结构民居;汉阳岸沿线分布的主要建筑物。汉江自西向东流经场区，江面宽约260m，河床断面～4层砖结构民居。呈不对称的“U”字型，河床面高程5.7～8.1m，最低点高程约5.7m。勘测期间水深5.0-6.0m，水位高程13.50m左右。
主塔地处汉江下游浅滩冲积地域，粉质黏土及细砂、中砂、粗砂交错地层最深达104m，岩层主要为强风化白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等。列两根桩的地层作为示例。
土层 土层名 深度L（m） 土层 土层名 深度L（m）
1 填筑土 5.7 1 填筑土 3.8
2 粉质黏土 8.2 2 粉质黏土 2.8
3 黏土 12.3 3 粉砂 15
4 细砂 4.5 4 粉质黏土 3
5 粗砂 3.2 5 粉砂 6
6 中砂 14.6 6 中砂 5.1
7 砾砂 5.6 7 粉砂 12.1
8 细砂 8 8 中砂 5.9
9 圆砾 3.5 9 粉砂 7.8
10 粉质黏土 30.9 10 细砂 35.7
11 强风化砂岩 3.1 11 圆砾 3.4
12 中风化页岩 4 12 卵石土 6.6
13 石英砂岩 5.1 13 强风化白云岩 3.5
14 灰岩 6.5 14 石英砂岩 4.8
合计 115.2 合计 115.5
3 工艺选择分析
3.1地层分析
主塔地处汉江下游浅滩冲积地域，粉质黏土及细砂、中砂、粗砂交错地层最深达104m，岩层主要为强风化白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等。从上面所列的地层表可以看出其砂层、粉砂层这些软地层对于大直径桩基的施工是很不利的，很容易导致施工中地层塌孔的现象发生，另外又因为深度特别大，且砂层中，中、细、粗、粉等交替出现，所以无形中给施工增加难度，经分析可以配备不分散、低固相、高粘度的PHP化学泥浆加强泥浆护壁来解决。从入岩来看，白云岩，灰岩，石英砂岩，中风化含钙硅质碳质页岩等，这些岩层都属于硬度较高，而且深度大，所以必须要求钻机具备很大的功率，钻杆具备很高的强度。
3.2钻机及对应成孔工艺分析
1）冲击钻机
成孔原理及适用范围：冲击钻机灌注桩施工是采用卷扬机带动一定重量的冲击锤头，在设定的高度内使锤头提升，然后空放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用循环液将钻渣和岩屑排出。每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的断面和相应的孔深。一般是用于土层的自稳较好，桩径通常为600mm～1500mm。长度一般不超过50m。
优点：（1）用冲击方法破碎岩土尤其是破碎有裂隙的坚硬土和大的卵砾石所消耗的功率小，破碎效果好;同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固;（2）在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高;（3）设备简单，操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障少。
缺点：（1）利用钻杆或钢丝绳牵引冲击头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣土上，钻进速度较低。随桩孔加深，掏渣时间和孔底清渣时间相对较长;（2）容易出现桩孔不圆的情况，扩孔率较高;（3）遇地层不均匀时容易出现斜孔、卡锤和掉钻等事故;（4）由于冲击锤头能量的限制，孔深和孔径均比回转钻机施工适应性小。 2）旋挖钻机
成孔原理及适用范围：旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。
优点：可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。且成孔快，施工效率高，相同条件下，它是反循环钻机的4倍左右;不需要设置泥浆循环系统，无污染，只需要设置一储存泥浆或稳定液的池子即可，它的距离不受限制。
缺点：成孔施工中不能形成泥皮，须制备较好的泥浆作为成空护壁。钻孔深度超过80m后，钻进速率急速下降。钻进速率如下图所示：
3）泵吸反循环回转钻机
成孔原理及适用范围：泵吸式反循环是直接利用沙石泵的抽吸作用使钻杆内的水流上升而形成反循环的。泵吸式反循环回转钻进的泥浆相对密度不宜过大，超过1.3时，泥石泵的抽吸能力降低，一般泥浆相对密度以1.1以下为宜。
优点：在真空泵与吸泥泵配合或在空气吸泥机、水力喷射泵的抽吸力作用下，混合物进入钻锥的进渣口，由钻杆内腔吸上，在从出水控制阀经胶管排泄到沉淀池，净化后到储浆池循环使用。
缺点：管路漏气或钻头、钻杆堵塞，产生真空后，沉淀室的水位上升缓慢，真空表接头堵塞，真空表损坏或管路漏气。泵吸反循环在孔深超过80m后，效率大幅降低。在岩层平均进尺0.3m/d～0.5m/d，进尺效率不高，工期压力大。
4）气举反循环回转钻机
成孔原理及适用范围：气举反循环钻进是将压缩空气沿双壁钻具输气管道送入井内一定深度经混合器注入管内与循环液体混合，由于混合液的密度小于冲洗液的密度，在井筒内与排渣管间产生压差，并在井筒液柱压力作用下使排浆管内混合的气液以较高的速度向上流动，从而将孔底的岩心或岩屑连续不断的排出地表。带上来的气、液、固三相流经反循环振动筛，排人沉淀池。沉淀后的泥浆再流回孔内，补充循环液的空间，如此不断循环形成连续钻进的过程。
优点：气举反循环回转钻机是应用于陆地上大型建筑的大口径超深度桩基础、硬质岩层等复杂地层、港口码头桩基础施工、堤岸防护桩施工及江、河、湖、海中的桥梁桩基础施工。在超大口径超深孔径或硬岩等复杂地层条件下，是其它桩工设备的重要替代产品。具有排岩屑能力强，不易堵塞，设备磨损小，钻头寿命长，钻进效率高，成孔质量好，在松散地层中施工不易发生孔壁坍塌事故等优点。孔深超过50m后，即能保持较高而稳定的钻进效率。
缺点：由于气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱压力差有关。孔浅时供气压力不易建立，钻杆内水流上升速度低，排渣性能差，如果孔的深度小于7m，则吸升是无效的;孔深增大后，只要相应地增加供气量和供气压力，钻杆内水流就能获得理想的上升速度。
3.4工期分析
根据主桥的施工安排，主塔处于浅滩区域，而且开工时间为12月，如果不加快工期在枯水期把主塔下部结构即桩基、承台、第一节墩柱施工完毕就会到丰水期，承台区域会被水淹没，造成暂停施工，会造成人员窝工，工期滞后，筑围堰又会增加成本。所以根据工期安排主桥的桩基施工不能超过90天，采用8个桩位同步施工，也需要5轮，即单根桩的施工时间不得超过18天，同时还需考虑以外风险，所以规定单根桩施工时间为15天。
冲击钻不适用。旋挖钻机和泵吸反循环回转钻机超过80m后钻进速率就会急剧下降，无法保证。气举反循环回转钻机在50m以下时又不太适用，而且进度缓慢。初步计算如果单独使用旋挖钻机单桩需35d，泵吸反循环回转钻机需40d，气举反循环回转钻机需30d。由此可看出没有一种单独的施工方式适合15d工期。经过研究分析，考慮采用两种钻机，两种施工工艺结合的方式进行，首先用采用旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m，这样算来旋挖钻机需5d，气举反循环回转钻机需8d，1d清孔，1d下钢筋笼和灌注混凝土，正好15d，能够满足工期要求。
3.4经济分析
旋挖钻机施工成孔快，施工效率高，相同条件下，它是反循环钻机的4倍左右;不需要设置泥浆循环系统，无污染，只需要设置一储存泥浆或稳定液的池子即可，它的距离不受限制。所以旋挖钻机施工相对成本就会较低，但入岩后由于施工缓慢而导致成本急剧增加。气举反循环回转钻机在50m以下时施工不稳定，50m以上即能保持较高而稳定的钻进效率，入岩施工速率快，自然成本就会比旋挖钻机低。这样算来利用这种两钻机、两工艺联合成孔施工正好利用了旋挖钻机和气举反循环回转钻机的长处，使得施工工期缩短，成本节约。
综上所述，经过对地层、钻机及对应工艺、工期、经济分析后，确定采用旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m。旋挖钻机、气举反循环回转钻机两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺。
4 联合施工工艺的关键技术
两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺施工流程图如下所示：
4.1施工泥浆的制备
由于成孔深度和孔径都比较大，因此拟采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。泥浆由水、膨润土、添加剂拌制而成。泥浆在正式开钻之前进行配比试验，选择泥浆各项指标最优的配合比。泥浆制备性能指标如下图所示。
钻机
类型 地质
情况 泥浆性能指标 作用
相对
密度 粘度
（s） 静切力（Pa） 含砂率（%） 胶体率（%） 失水率ml/30min 酸碱
度pH
反循环钻机 砂土 1.06～1.10 18～22 1～2.5 <4 >95 <20 8～10 护壁 泥浆性能检测：泥浆性能检测主要采用泥浆三件套進行检测，即泥浆含沙量测定器、泥浆粘度计、泥浆比重计。具体使用见如下：
1）泥浆含沙量测定器：它以泥浆经筛网过滤后体积的变化来确定，用百分比来表示。
含砂量刻度：0%～15%每小格0.5%，15%～30%每小格1%。
2）泥浆粘度计：它是由粘度计中流出500mm3的泥浆所需的时间来计算，单位为秒。
3）泥浆比重计：测量泥浆的重量，单位为1.15g/mm3。
4.2垂直度的控制
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）对钻孔灌注桩成孔质量标准的规定：孔的中心位置偏差不大于10cm，倾斜度<1%。在实际施工操作时，钻头中心与桩孔中心的偏差一般控制在5cm内。为确保垂直度控制在规范规定的1%以内，采取了以下的垂直度控制措施。
根据上述分析，须采取相应措施予以解决，具体如下：
（1）旋挖钻的对中可实现自动化控制，因此在施工时严格要求旋挖钻机操作人员作业时务必确保钻杆垂直度与对中，在地层变化处须减压、慢速钻进，保证孔壁的垂直度;
（2）对场地进行夯实，确保场地平整度和密实度，保证钻机安装平整且钻进过程不发生不均匀沉降，导致钻孔偏斜。
（3）检查钻杆弯曲度、钻杆接头间隙，对不合格的不予使用;
（4）钻头翼板磨损不一的及时换掉，使钻头受力均匀，不造成偏离钻进方向;
（5）钻进中遇软硬土层交界面或倾斜岩面时，进行钻压调节使钻头受力均匀，不造成偏离钻进方向。
4.3钻机交接及施工工艺转换的事项
钻机交接及施工工艺转换是两种钻机和两种工艺联合施工的新施工工艺施工的关键控制点。施工时若采用旋挖钻钻到到岩层，因岩层分布并不均匀，采用气举反循环回转钻机直接施工，会产生孔斜的施工隐患。因此为避免此类施工事故的发生，我们结合R400旋挖钻成孔深度等特点，旋挖钻钻至90m深的覆盖层后，距离岩层以上5m改用气举反循环回转钻机施工，保持减压钻进，对回转钻机钻头的导向及纠偏措施，使得钻头平稳的从覆盖层进入至岩层，同时在工艺转换时对泥浆进行调整，确保泥浆满足气举反循环回转钻机施工工艺要求。通过这样来保证两种钻机和两种工艺联合施工的新施工工艺转换平稳过度，保证孔壁的垂直度能够满足规范要求。
5 结论
这种两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺，是根据土层和大直径超长桩的条件去分析选择适合的钻机，在对钻机进行分析，选择各自的优点，并结合工期、质量、技术经济分析，选取一个最佳的结合点来对大直径超长桩施工进行钻机的交替和工艺的转换。
江汉六桥大直径超长桩的施工，选择旋挖钻机施工到90m，再采用气举反循环回转钻机施工剩余的20m，这种选择有效的利用了旋挖钻机施工成孔快，施工效率高，非入岩进度快，成本较低的优点，又有效的利用了气举反循环钻机在深度超过50m后即能保持较高而稳定的钻进效率，同时保证工期，成本适中的优点。再根据地层选择在90m位置进行两钻机的交替和两工艺的转换，使得整个桩基施工完美结合，取长补短，即缩短了工期，节约了成本，又保证了质量。这种两种钻机和两种工艺联合施工的联合施工工艺具有明显的优越性，能够大幅提升大直径超长桩施工的效率，同时还可取得很好的经济效益，非常值得类似工程施工的借鉴。
参考文献：
[1] JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2011。
[2] 2010-复杂岩层钻孔灌注桩泥浆选型试验研究，中南大学学报。
[3] PHP泥浆在桥梁超长超大直径钻孔灌注桩施工中的应用，岩石力学与工程时报。
[4]气举反循环法在百米超长钻孔桩施工中的应用，桥梁，2009增刊：89-91。
[5]林远华，浅析桥梁工程钻孔桩施工钻机选型。