旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

羅 菊，李曉亮

LUO Ju,LI Xiao-liang

（徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

旋挖鉆機(jī)是一種用于成孔作業(yè)的樁工設(shè)備，隨著近幾年國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工程的大力發(fā)展，旋挖鉆機(jī)以其高效、快捷、環(huán)保、成孔質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。它主要利用動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿，并通過(guò)鉆桿將動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)力與加壓力傳遞至鉆頭來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的切削與鉆進(jìn)。目前，市場(chǎng)上旋挖鉆機(jī)鉆頭均為圓形，主要用于圓柱樁孔的施工。當(dāng)旋挖鉆機(jī)用戶遇到方形樁工程時(shí)，現(xiàn)有的旋挖鉆機(jī)鉆頭難以滿足使用要求。另外，由于工作裝置的尺寸原因，對(duì)于長(zhǎng)寬均小于2m的方形樁孔，無(wú)法采用地下連續(xù)墻液壓抓斗來(lái)施工作業(yè)。如何使旋挖鉆機(jī)用戶能夠采用現(xiàn)有的旋挖鉆機(jī)設(shè)備完成方形樁工程任務(wù)是近來(lái)市場(chǎng)上經(jīng)常反饋的問(wèn)題。其中，南水北調(diào)中線一期工程南陽(yáng)段方形樁工程就是市場(chǎng)上反應(yīng)的案例之一。

南水北調(diào)中線一期工程南陽(yáng)段是中線總干渠工程的一部分，位于陶岔至沙河南段南陽(yáng)市境內(nèi)。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，此段中性膨潤(rùn)土試驗(yàn)區(qū)樁為方形擋土樁，主要承受徑向載荷，因此相比承壓樁，擋土樁對(duì)孔底質(zhì)量要求要低。具體工程情況如下：地層為中性膨潤(rùn)土，樁尺寸為2.0m×1.2m×13.8m（長(zhǎng)× 寬× 深），樁間距為4.5m，樁數(shù)量為180 根。

1 方形鉆頭設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的調(diào)查了解以及與用戶（河南平普科技有限公司）的溝通交流，制定了旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的初步方案。該旋挖鉆機(jī)方形鉆頭主要由方頭總成、導(dǎo)向體總成、鉆頭主體、耐磨刀片組成，其中耐磨刀片通過(guò)螺栓固定在鉆頭主體的下端邊框上，以便于耐磨刀片磨損后進(jìn)行更換。圖1是該旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的一個(gè)簡(jiǎn)圖；圖2為旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的一個(gè)俯視圖。

圖1 旋挖鉆機(jī)方形鉆頭簡(jiǎn)圖

圖2 旋挖鉆機(jī)方形鉆頭俯視圖

旋挖鉆機(jī)方形鉆頭通過(guò)上端焊接的方頭總成與鉆桿方頭連接固定在一起。工作時(shí)，鉆桿的自重及動(dòng)力頭的加壓力傳遞至旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的耐磨刀片上，耐磨刀片對(duì)中間部分已切削成圓孔的地層進(jìn)行切入，從而完成方形樁孔的修壁成形。鉆頭主體四周焊接的導(dǎo)向體總成在提鉆時(shí)起到導(dǎo)向作用，防止旋挖鉆機(jī)方形鉆頭向上提升時(shí)卡入方形樁孔的孔壁，同時(shí)有效保護(hù)鉆頭主體不被磨損，延長(zhǎng)旋挖鉆機(jī)方形鉆頭的使用壽命。

2 工程應(yīng)用

采用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)方形樁孔在國(guó)內(nèi)尚屬首次。在工程初期，渝水二局的相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)方形鉆頭施工方案半信半疑，很多施工方及廠家也表示難度較大。為了幫助用戶順利完成工程，在完成鉆頭設(shè)計(jì)后，徐工基礎(chǔ)公司設(shè)計(jì)人員與用戶多次溝通交流，制定多套施工工藝方案，最終形成的旋挖鉆機(jī)方形樁孔成樁工藝為：開(kāi)孔—下方形護(hù)筒—第一個(gè)圓孔成孔—第二個(gè)圓孔成孔—方形鉆頭鉆進(jìn)成方形樁孔—清渣—驗(yàn)樁—下放鋼筋籠—澆灌混凝土。圖3～圖6為主要的施工過(guò)程圖片。

圖3 下放方形護(hù)筒

圖4 采用撈砂斗鉆2個(gè)圓孔

圖5 方形鉆頭鉆進(jìn)成方形樁孔

圖6 澆筑完成的方形樁

3 施工中存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法

在上述施工工藝指導(dǎo)下，旋挖鉆機(jī)方形鉆頭在應(yīng)用中穩(wěn)定可靠、效率高、成樁質(zhì)量好，為用戶創(chuàng)造了可觀的收益，得到用戶、監(jiān)理單位及同行的一致認(rèn)可，3h 能夠完成1 個(gè)方形樁孔。同時(shí)，施工過(guò)程中也存在一些小的問(wèn)題，均在現(xiàn)場(chǎng)完成改制，具體如下。

1）方形鉆頭4 個(gè)角的加強(qiáng)筋板與兩側(cè)邊形成三角區(qū)，該三角區(qū)極其容易堆積泥土，擠壓密實(shí)后，形成較大的阻力，造成鉆頭進(jìn)尺較困難。解決措施：將加強(qiáng)筋板中間部分切割，增大土的排擠空間?，F(xiàn)場(chǎng)改制后，不再出現(xiàn)堆積泥土的現(xiàn)象，改進(jìn)效果明顯。

2）導(dǎo)向體總成過(guò)寬，影響下鉆及提鉆速度。在方形鉆頭鉆進(jìn)或提鉆過(guò)程中，主要是方形鉆頭四周的導(dǎo)向體總成與孔壁接觸，由于中性膨潤(rùn)土的特性，對(duì)鉆頭阻力較大，雖然在大的加壓力下，方形鉆頭也能完成鉆進(jìn)，但是對(duì)孔壁影響很大，甚至?xí)霈F(xiàn)塌孔的現(xiàn)象。因此在后續(xù)設(shè)計(jì)改進(jìn)中還須將導(dǎo)向體總成的寬度適當(dāng)減小。

4 結(jié) 論

通過(guò)3 個(gè)月的施工情況來(lái)看：第一，該旋挖鉆機(jī)方形鉆頭能夠高效、高質(zhì)量地完成土層淺孔的方形樁孔工程；第二，該旋挖鉆機(jī)方形鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，生產(chǎn)成本及維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)性好；第三，在保證強(qiáng)度的前提下，加大方形鉆頭4 個(gè)角的排土空間，減小導(dǎo)向體總成的寬度等能夠改善方形鉆頭的施工性能，大大提高施工效率；最后，此旋挖鉆機(jī)方形鉆頭及其施工工藝擴(kuò)展了旋挖鉆機(jī)應(yīng)用范圍，為今后越來(lái)越多的特殊工程施工提供了一種思路。