旋挖钻干成孔沉渣清理技术

背景

本项目牧之路综合改造桥梁工程中，经查阅地勘资料，桥址施工区域地质条件较好。基于良好地质条件，考虑工期紧张及当地环保要求，项目经理部在桩基工程开工前对桩机及作业方法选型进行研讨，最终确定旋挖钻干成孔作业方法。

旋挖钻干成孔作业效率高，不产生泥浆，对周边环境污染小，由于旋挖钻钻头齿块高度较高，自身结构呈锯齿梳状缺陷，无法完全清除孔底沉渣，孔底沉渣厚度不能达到规范及设计要求，不能有效保证桩基承载力。因此设计一种旋挖钻清孔器，能有效控制沉渣厚度满足规范及设计要求，保证桩基承载力实属必要。

目的

基于旋挖干成孔作业方法沉渣厚度不能达到规范及设计要求，不能保证桩端承载力，设计一种清孔器配合旋挖钻机清理孔底沉渣，提高清孔效率及清孔质量，经济环保，加快施工进度。

思路

组织机构

本项目计划在此研究中投入人员10人，组长1人，组员9人，组织机构及人员分工详见图1：

图1 组织机构图

人员分工

旋挖钻清孔器制作使用研究小组作如下分工：

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工作原理

清孔器根据旋挖钻机钻头装土原理进行改进设计，考虑到旋挖钻机钻头齿块高度过高，无法满足沉渣厚度要求，故设计清孔器时底部平板集渣刀口略低于清孔器底面，配合旋挖钻机落至孔底正向旋进集渣，提升至孔外卸渣，很好地解决了旋挖钻机成孔后沉渣厚度过大的难题。

图2 旋挖钻清孔器设计图

图3 旋挖钻清孔器断面图

施工工艺

（1）制作清孔器

清孔器详见图4，以钢筒为主体，采用壁厚10mm钢板加工制作。外直径1150mm（适用于直径1200mm的桩基），高度1m。采用厚度为20mm、10mm的钢板做钢护筒上部连接、加强钢管下部底板。进渣口为1/8圆周的扇形进渣口，平板刀口高度40mm（即清孔器底板距离钢管底为40mm），刀口方向设置为正旋转进料，扇形进渣平板刀口的另一侧焊接一块高20cm的钢板挡块，阻止进渣外溢。在清孔器侧面板上钻φ40mm的眼孔，以利于清孔器提升过程中快速排水。

图4 旋挖钻清孔器现场实拍照片

（2）清孔器清孔

采用清孔器的清孔方法为：桩孔终孔后，将旋挖钻机的筒式钻头移至孔外并卸下，在旋挖钻机钻杆上安装上自制设计的清孔器，将清孔器放至孔底后正旋转，钻杆一边旋转一边向下施压移动，旋转20～30圈后停止旋转，提升钻杆将清孔器提出桩孔后卸渣。如发现清孔器内钻渣较多，须进行下一次清孔直至将桩孔底部钻渣清理彻底，以确保钻孔桩孔底沉渣厚度符合规范及设计要求。

清孔试验及结论

（1）孔内无水清孔试验

先做孔底无水清孔试验，用旋挖钻挖一个2.0米深的孔，成孔后沉渣厚度如图5。再把旋挖机主杆套上清孔器进行清孔，清孔器进渣如图6。

图5 成孔后沉渣厚度

图6 清孔器清孔

（2）孔内有水清孔试验

往孔内把清出来的沉渣全部倒入孔内，再往孔内加水，模拟孔底有水桩基清孔试验。如图7、图8。

图7 孔底有水清孔

图8 清孔后效果

（3）试验结论

通过做无水和有水清孔试验后结果可以看到，在无水情况下，沉渣厚度为3cm左右；在有水情况下，沉渣厚度为4cm左右，根据试验结果可以看到，无论在有水还是无水的情况下，沉渣厚度均小于5cm，清孔效果较好，满足设计要求。

技术难度

本项目研究小组设计的旋挖钻清孔器技术难度有2点。

第一为制作清孔器前规格尺寸选型确定，经研究小组现场研究商议，为保证清孔效果及清孔难度，确定清孔器外径较旋挖钻小5cm，方便清孔器快速顺利落至孔底，且清孔期间磨阻较小，达到延长清孔器使用寿命效果。

第二为清孔器平板集渣刀口的角度、深度及宽度确定，考虑旋挖钻钻头刀口角度较大，实测角度为60度，高度为18cm。设计清孔器刀口角度略小于旋挖钻钻头，深度确定为15cm，角度为15度。在保证清孔达标的效果上，避免刀口在清孔期间造成变形，保证了清孔器在刀口的耐久性。试验结果证明，前期研究小组敲定的清孔器设计参数是正确的，在保证了清孔效果的基础上，也提高了清孔器在使用过程中的耐久性。