2.7 旋挖钻孔施工 2.7.1 工艺概述
本工艺适用于土层、砂卵石、风化岩及岩层等地质条件下旋挖桩孔施工，最大钻孔深度 100 米以 上，最大钻孔直径大于 2.8 米；可在海拔 2000 米以上，环境温度 -20～+40 度的条件下施工。使用 球齿钻头可以进行单轴抗压强度超过 100Mpa 的坚硬岩石的施工。 2.7.2 作业内容
本工艺主要作业内容为：场地平整或钻孔平台搭设、设备安装、泥浆调制、钻进施工、泥浆循环 处理及清孔、钢筋笼加工及安装、混凝土灌注等。 2.7.3 质量标准及检验方法
《铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10415-2003
《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424－2010 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB10753—2010 《铁路工程基桩检测技术规程》〔TB10218－2008〕 2.7.4 工艺流程图
平台搭设
孔位放样 护筒施工 钻机安放 钻孔 成孔检查 清孔 钢筋笼吊放 混凝土灌注 图 2.7.4-1 旋转钻机成孔工艺流程图
2.7.5 工艺步骤及质量控制
一、施工准备 1．场地 (1)陆上钻孔
①根据现场地形情况进行合理布置施工场地。修筑施工便道，接通水、电，设置泥浆池、钻渣临 时存储池，布置好钻渣弃土场。确保场地平整、坚实。
②规划临时道路路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定。 (2)水上钻孔
①根据钻孔桩数量、工期，规划安排旋挖钻机作业数量及其配套的吊机数量、钻渣临时存储池、 泥浆池等确定所需的平台尺寸。平台设计时应根据荷载设计平台各相关结构，满足施工期间的强度和 刚度需要，能够承受施工作业时所有静、活荷载。
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②平台上应规划好旋挖钻机位置、钻渣临时存储位置、泥浆池位置或泥浆补浆线路、供电线路、 安全设施。
2. 资料
①开工前应有相关部门提供的该工程的地质勘察报告、水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会 审资料。
②有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料。 ③相关的资料表格及检验验收表格。 3. 技术
①熟悉和分析施工现场的地质、水文资料，编制钻孔灌注桩单项施工组织设计，针对不同的地质 情况，对钻杆、钻具、斗齿、护筒、泥浆、清孔工具、检测等施工机械与设备进行选择和优化。
②逐级向施工人员进行技术、操作、安全、环保交底，确保施工过程的工程质量、环境保护和人 身安全。
③熟悉施工现场环境，摸清邻近区域内的地下管线〔管道、电缆〕、地下构筑物、危险建筑、精密 仪器车间等的分布情况。
④开工前，对设计单位移交的导线点、永久的水准点进行复测；按施工现场的实际情况加密导线 点和水准点，并与相邻标段联测。根据坐标控制点和水准控制点进行桩位和高程放样。
⑤混凝土配合比设计及试验：按混凝土设计强度及耐久性要求，做水下混凝土配合比的试验室配 合比、施工配合比，满足相应标准钻孔桩灌注混凝土的要求。
4. 机具
①钻孔设备：旋挖钻机、相应地质的钻头钻杆、钢护筒等。 ②配套设备：挖掘机、装载机、吊车、泥浆泵、钻渣运输车等。 ③安全设备：防水照明灯、安全帽、救生衣等。
④混凝土灌注设备：混凝土拌和站、供电设备、混凝土运输车、导管、下料斗等。 ⑤钢筋加工、安装设备：钢筋笼成套加工设备、电焊机、吊车等。 5. 材料
桩基原材料：水泥、石子、砂、钢筋等由试验人员按规定进行检验，确保其原材料质量符合相应 标准。
钻孔原材料：膨润土或粘土、纯碱〔Na2CO3〕、羧甲基纤维素钠盐〔CMC〕、渗水防止剂等造浆材料 泥浆制备：泥浆技术指标主要指标为密度、粘度、PH 值、含砂量等。根据工程钻进需要，随时调 整泥浆相对密度，保持各项指标符合要求，不因泥浆过浓影响进度，过稀导致塌孔等，详细见下表;
表 2.7.5-1 旱地泥浆技术指标
钻孔方法 旋挖钻 相对密度 ～ 黏度 T(s) 胶体率(%) 含砂率 泥皮厚度(mm) PH 值 8～11 PH 值 18～22 95 不大于 2 ＜2 表 2.7.5-2 水上泥浆技术指标 相对密度 含砂率 泥皮厚度(mm) 黏度 T(s) 胶体率(%)
钻孔方法
旋挖钻 ～ 19～23 98 不大于 2 ＜2 8～11 6. 作业条件 ①陆地开钻前清除坡面危石、浮土，铲除松软土层并夯实；根据钻孔的大小挖好相应体积的泥浆 池；准备装载机及时清理钻渣，出渣道路畅通，孔口四周排水系统完善；做好孔口的围护；临时电力 线路、安全设施准备就绪。挂牌示出钻孔的桩号。
②陆地设置排水沟、集水坑，及时将桩孔范围的积水排走，确保场内无积水。必要时应降低地下 水位。
③水上平台作业前检查平台各结构是否按设计要求完成，并对其进行验收签证。检查护筒中心位 置、垂直度、入土深度等是否符合设计要求。
二、平台搭设
平台搭设可参考 2.6.5 章节。 三、钢护筒埋设
钢护筒的内径应大于钻头直径，一般比桩径大 100～300mm ，具体尺寸按施工组织设计要求选用。 护筒入土较深时，宜以压重、振动、锤击或辅以筒内除土等方法沉入。
四、钻机安装及就位
①旋挖钻机安装必须稳定、牢固。钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻
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头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保 钻头环刀自由浮动孔内。钻机就位后，测放护筒顶、钻机平台标高，用于钻孔时孔深测量参考。
②钻机对中位置以钻孔桩设计位置为准，中心允许偏差不得大于 2cm；钻杆倾斜率小于 1%。 五、钻进成孔
〔1〕钻头的类型及应用
①类型。钻头类型常用的分为两大类：A、回转钻头:a 单底土斗 b 双底捞砂斗。B、嵌岩钻头:a 短 螺旋钻头 b 嵌岩筒钻 c 牙轮钻头
②应用。在一般地层情况下可选用摩擦钻杆和回转钻头。在岩层施工时可配用短螺旋钻头、回转 斗，嵌岩钻头等各种规格的钻头。回转钻头，适用于粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风 化岩层。嵌岩螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层 及有裂纹的岩石。
(2)、钻进成孔及注意事项
①钻机就位后，必须对钻机的钻杆进行竖直度检测和调整，调整好后应将钻杆的调整系统锁住， 注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。钻进时应先慢后快，确认地下是否有空洞等不利地层，并做好泥 浆护壁工作，泥浆相对密度控制在～1.10 之间，含砂率不大于 2%。钻进过程中保持孔内有规定 的水头和要求的泥浆指标，以防坍孔。因故停钻时，孔口应护盖，严禁钻头留在孔内，以防埋钻。
②在开始钻进或穿过软硬层交界处时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量
之和的 20%，以保证孔位不产生偏差。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时， 可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次 数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥 浆比重和粘度。在钻孔过程中，应根据具体情况对钻杆进行竖直度检测，防止钻杆因不可控制因素而 变动，影响成孔质量。施工过程中对钻头磨损超标的应及时更换。
③钻进过程中配备专人清理钻头四周夹带的泥块，确保钻头下入孔底有泥浆通道使下钻顺利。由 于钻孔速度快，为确保孔壁稳定不出现坍塌，由专人对地质情况进行复查并经常进行泥浆指标的测定， 及时调整泥浆性能。
④成孔中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、 地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。钻进时及时填写钻孔施工记录，交接班时应交代钻进情况 及下一班的注意事项。记录必须认真、及时、准确、清晰。
⑤在钻进过程中，必须控制好钻杆的提升速度和下降速度。钻斗升降速度保持在～。 当钻斗粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。
(3)、成孔标准
成孔后经清孔应到达，孔内排出或抽出的泥浆手摸无 2～3mm 颗粒，并满足表 2.7.5-3 钻孔成孔 质量验收标准。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
六、成孔检查
钻孔完成后应用探孔器检测孔径，用测壁〔斜〕仪或钻杆垂线法检查倾斜度，用长度符合规定的 探孔器上下两次检查孔是否合格，合格后方可清孔。
七、清孔
旋挖钻机成孔由于渣土由钻斗直接从底部取出，一般情况下均能保证孔底泥浆沉淀厚度小于规定 值。假设是泥浆相对密度过大，则可能出现泥浆沉淀过厚，此时应用钻机再抓一斗，且用钻斗上下搅动， 同时抽换孔内浆液，保证泥浆含砂率小于 2 ％。假设是下钢筋笼后出现孔底沉淀厚度超标，则可以采用 混凝土导管附着水管搅动孔底，同时注水换浆，以到达清孔的目的。
清孔完毕后，首先值班技术人员和质检工程师进行首检，然后通知主管工程师检孔，最后通知组 织监理共同对成孔进行验收检查。
八、钢筋笼吊放与灌注混凝土
与一般钻孔桩相同，参见 2.9 钻(挖)孔桩混凝土施工。 九、旋挖钻机施工常见问题处理方法 〔1〕卡埋钻的处理方法
卡埋钻是旋挖钻机最易发生的施工事故，因此，施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。当 钻机施工时出现卡埋钻现象时，采取切实可行的措施及时进行处理施工事故。
处理卡埋钻的方法如下：
①直接起吊法：采用吊车直接向上起吊即可。
②钻斗周围疏通法：即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。
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〔2〕埋钻、坍孔、斜孔、扩孔、缩孔的处理方法 参考 2.6.5 第 5 条。 2.7.6 施工机械及工艺装备
施工机械及工艺装备主要有：旋挖钻机、起重机、装载机、运渣车或船、电焊机、泥浆搅拌机、 泥浆泵、泥浆检测仪器、测量仪器〔如全站仪、水准仪〕等。 2.7.7 作业组织
本工艺根据工种按照一台旋挖钻机作业进行人员配置，假设多台旋挖钻机作业时，除旋挖钻机机手 需另配置外，其他工种人员可以共用，其人员相应进行调整。具体工作及人员配置见表－1 旋 挖钻机作业人员配置表。
表－1 旋挖钻机作业人员配置表〔单孔〕
序号 1 2 3 工种 旋挖钻机机手 拌浆工 辅助工 人数 2 2 4 主要职责 操作、记录、保养、维修 泥浆配置、拌浆、保养设备 拆装护筒、清孔、泥浆控制、下钢筋笼、灌注混凝 土 钻具修补、护筒修补、钻杆修补 设备管理 技术管理 测量放线 质量检查控制 材料管理 质量控制
4 电焊工 1 机械设备员 5 1 施工 6 1 7 测量员 1 质检员 8 1 材料 9 1 10 试验员 1 2.7.8 生产效率 由于大直径和小直径钻孔速度有较大差异，同时相同地质情况水上钻孔速度较岸上低。当钻孔为 水上大直径时取小值，岸上小直径时可取大值。其参考值见表 2.7.9-1 钻孔桩钻孔速度参考值。
．8-1 钻孔桩钻孔速度参考值
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 土层名称 土层 粉土 粉砂 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 砂岩 细圆砾土 含砾砂岩 钻进速度〔m/h〕 10 ～7 ～3 ～3 ～4 低 ～ ～5 ～ 备注 深层粉砂 含胶结层速度
本表为 2.0m 直径水上钻孔桩生产效率，平均钻孔深度到 75m 以上部份地层为中风化岩层。当钻进 小直径钻孔桩时，生产效率可适当提供。 2.7.9 安全生产及环境保护
一、安全生产措施
1. 应遵照执行《铁路桥涵工程施工安全技术规程》〔TB10303-2009〕和《桥路工程基本作业施工 安全技术规程》〔TB10301-2009〕。
2.钻孔作业人员注意孔内地层变化情况及机器运转情况，出现异常，立即停钻。钻机停钻，必须 将钻头提出孔外，不得滞留孔内。
3.钻孔机械就位后，应对钻机及配套设备进行全面检查。钻机安设必须平稳、牢固。防止钻机在 10°以上的斜坡上作业，不要在斜坡上旋转机器、转向、丁字方向上行驶，以防发生倾覆危险。钻机 上、下坡道如坡度超过允许范围应解体后上、下。
4.软弱的地面上行走、钻孔应采用钢制路基箱。
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5. 确认施工现场无电缆、光缆、地下管道等掩埋物。各类钻具要设置保险绳，防止掉入孔中。 6.雨季应对现场做好排水工作，防止旋挖钻机基础软化导致钻机倾斜或倒塌，确保道路通畅。孔 口周围应有挡水措施，防止雨水流人孔内。
7.在冻融地区施工时，防止旋挖钻机基础冰冻融化后导致钻机倾斜或倒塌，同时确保混凝土灌注 及灌注后满足冬季混凝土施工标准要求。
二、环境保护措施
1、施工中废油、废水、废渣按指定地点排放，以防止污染空气和水源。不任意损坏农田和水利建 设及交通设施。
2、钻孔封孔时的泥浆，应通过泥浆循环净化系统进行回收和利用，并注意防止或减少环境污染。
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