内容摘要：介绍了KG500A型潜水钻机在济南黄河大桥、温州瓯江二桥两个特大桥工程施工的应用情况，介绍了钻、抓结合处理卵砾石等复杂地层的方法，并结合工程施工实践对钻机提出了改进方案。
关键词：潜水钻孔机钻孔桩施工
大型桥梁钻孔桩具有桩径大、桩体长、施工难度大等特点，对钻孔机要求成孔质量高、速度快、扩孔率小，操作简便。目前多采用转盘钻机、潜水钻机、冲击钻机、旋挖钻机施工。现将以KQ2500A型潜水钻机在济南黄河大桥、温州匝江二桥钻孔桩施工中的应用情况简介如下。
1济南黄河大桥钻孔桩
1．1工程概况
济南黄河大桥桥宽35.5m，设计时速120km/h，主桥长875m，主跨210m。桩基采用直径2m的钻孔灌注桩，每刚构墩布置13根，桩长93.5m，钻孔深度102.5m，计52根；每连续墩布置8根，桩长81m，钻孔深度88m，计32根。主桥墩处主要地质为亚砂土、粉砂、粘土、亚粘土夹含量不等的姜石或卵石，局部有微风化砂岩。
1．2机具选择
针对本工程中孔的深度大(当时国内施工中未见报道)，地层中含有大量砾石、卵石、姜石等特点，在比较了几种形式的钻机之后，决定充分利用潜水钻机排渣粒径大(最大粒径石块8cm)、排量大、扬程高、能及时将切削掉的钻渣排出孔外，避免孔底钻渣的重复破碎等优点，选用KQ2500A型潜水钻机。
1．3施工要点
由于主桥桩基孔径大、桩体长，对钻孔垂直度要求较严，钻进时必须保持减压钻进，使钻具部分重量的50％。70％作为钻压作用于孔底，其余部分由主钩悬吊，使钻具在悬挂状态下进尺，以保证成孔的垂直度。在钻孔的上部土层中有厚约9m的粉砂层，极易发生塌孔现象，下部土层主要为粘土。因此施工中注意在砂层钻进时泥浆比重稍大以保护孔壁，而在粘土层钻进时则适当降低泥浆比重，以提高钻进效率。泥浆指标为：钻进时密度1.8～1.2/cm3之间，粘度17～22s；清孔时控制泥浆密度为1.08～1.1g／cm，粘度17～20s，含砂率＜1％。由于该潜水钻机采用潜水砂泵直接从孔底吸渣后由钻杆排出钻渣，对清孔后沉渣厚度、泥浆指标均有保证。
1．4钻头型式工程施工中旋转钻机一般采用旋转钻头，旋转钻头一般分为刮刀钻头和滚刀钻头。刮刀钻头广泛适用于各种软弱地层，而滚刀钻头对岩层的钻进能力更强。本工程中虽有微风化砂岩和角砾层(含粘土)和坚硬粘土层，硬度较大，但这些地层所占比例较小，故采用刮刀钻头。钻机施工初期，为克服硬层钻进困难采用了阶梯式四翼刮刀钻头，施工时发现钻头容易糊钻，影响钻进速度。后改为三翼刮刀钻头，在加长切削刀爪长度以及
对钻头进行局部改进后大大改善了钻进效果，基本上无糊钻现象产生。在坚硬的微风化砂岩层该钻头的进尺速度可达16cm/h左右，在粘土含较多姜石或砾卵石(粒径＜8cn)的情况下每小时进尺1m左右。
1．5钻孔效果
从实际成孔检测及现场混凝土灌注来看，采用潜水钻机成孔孔壁规则，成孔垂直度高(不垂直度＜5％)，沉渣厚度均可满足要求，一般不用回钻处理。与转盘钻机相比，混凝土浇注量少5％左右，具有明显的节约材料的效果。
2温州瓯江二桥
2．1工程概况
温州瓯江二桥主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥宽27m，主孔跨径270m。北引桥桥墩跨度35m，其基础为直径1.8m、深57m的混凝土灌注桩。主桥墩处主要地质为淤泥质粘土、淤泥、淤泥含粉砂、淤泥质粘土、砾卵石含少量粘土、粘土层、卵石含粘土。本工程的施工难度为厚约2.5m、砾石含量高达50—70％的砾卵石层，砾石粒径有的达到42cm，且漏浆严重。卵石层中卵石含量在70％以上，漏浆严重。
2．2施工机具
采用KQ2500潜水钻机2台，1450型冲抓机2台，16t吊车一部。
施工机具的选择经历了较长的试验阶段，开始仅用潜水钻机钻孔，当钻到砾石层时，因砾石粒径大、含量高，造成严重堵管而不能进尺；改用潜水振动抓抓取砾石，因振动抓的振动力小、抓紧力小，未能将砾石抓出；后采用冲击钻进的方法成孔，因砾石层较厚，不能冲击穿过该层，且用掏渣筒取渣效率极低，冲击法成孔穿过砾石层的方案也被否定。最后改用冲抓机抓取砾石成孔方法，首先抓成一个直径1．5m的孔，顺利穿过该层，并一直抓到卵石层，然后用钻机扫孔到孔底终孔。从开钻到交检孔完毕共用了40天。
2．3施工经验总结
2号钻机施工第2和第4个孔时发生连续塌孔事故。经认真分析，认为有以下几种原因：(1)护筒埋设时未用粘土境实，护筒底部榻孔；(2)钻孔时过分强调采用稀泥浆快速钻进，忽视了砾石层存在泥浆问题，造成冲抓砾石层时出现泥浆严重漏失现象；(3)原自然地基承载力不高，钻机自身重量大，造成护筒下沉以至护筒下部塌孔。通过总结经验教训，我们采取了以下措施：(1)严格按要求埋设护筒，用粘土夯填密实；(2)严格控制泥浆密度及粘度，上部土层钻进时泥浆密度控制在1．1—1．3g／cm3，粘度17—20s，接近砾石层时保持泥浆密度在1．3～1．4g/cm3，粘度18～22s；(3)护筒周围用长枕木铺设，并使钻机接地比压小于o．8MPa；(4)采用钻机钻上部土层并松动部分砾石层后用冲抓机抓取砾石，钻机再扫孔并钻过粘土层到卵石层，使卵石松动后用冲抓机抓取卵石终孔。卵石层钻进以及冲抓成孔时泥浆密度控制在1．25～1．35g／cm3；(5)针对砾石层钻进时泥浆易变稀薄而发生严重漏浆现象，准备一些中粗砂作为堵漏材料备用。
2．4钻头型式开始钻进时采用了阶梯式四翼钻头(图1)和图3所示三翼钻头，实际应用发现四翼钻头糊钻较严重，对进尺不利。而图3所示三翼钻头是在图2所示结构上增加了一块与钻头国内径留有较小环形间隙的圆形板，其本意是使泥浆从周边冲刷孔底以利于中心抽渣，但因孔径大，环形间隙内的泥浆流速小，不足以冲刷孔底周边钻渣，且极易在粘土层糊钻，故实用中仍采用图2所示结构，施工实践表明，比较实用。
3钻机改进方案：通过工程考核，针对KQ2500A潜水钻机存在辅助时间长、工效低等一些问题，对机具主要进行了如下改进：
(1)钻杆接头：原为法兰螺栓连接方式，接换钻杆工效低。现改为六方接头加抗拉套结构，辅助时间缩短为原来的1／4左右。
(2)提升系统：将原5t慢速卷扬机改为3t快速卷场机，并将原钻杆提升速度1．5m/min提高为5m/min，提升时间缩短为原来的30％。
(3)钻头型式：以图2所示三翼钻头为基本型式，也可根据地质条件另行设计。
(4)增加正反循环排渣系统切换装置，减少了辅助时间，减轻了工人劳动强度。
(5)门架上增加了液压自动起落装置，提高了钻机的整体性能，便于成孔后钻机让开孔口，缩短了交检孔后沼注混凝土之前的钻架移位时间，提高了成桩效率。通过以上改进，可以大大提高工作效率。预计一个深度为100m的孔，辅助时间可以减少24h左右，每棵桩提高工效约20％。
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