淺談旋挖鉆與回旋鉆及沖擊鉆施工工藝

■吳志卿 ■紅谷灘園林建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330038

1 工程地質(zhì)概述

據(jù)鉆探揭露的勘探深度內(nèi)，場地地層上部為人工填土(Q4ml)第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)下部為第三系新余群(Exn)基巖。按其巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為①素填土、②粉土、③細(xì)砂、④淤泥、⑤中砂、⑥粗砂、⑦礫砂、⑧卵石、⑨粉砂質(zhì)泥巖及鈣質(zhì)泥巖、⑨-1 強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、⑨-2 中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、⑨-夾鈣質(zhì)泥巖、⑨-3 微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、⑨-4 未風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。

2 鉆孔工藝

2.1 沖擊鉆工藝

沖擊鉆是用沖擊式鉆孔架懸吊沖擊鉆頭(又稱沖錘)上下往復(fù)沖擊，將土層或巖層破碎成孔，部分碎渣和泥渣擠入孔壁中，大部分成為泥渣，用泥漿循環(huán)帶出成孔。

沖擊反循環(huán)鉆頭是沖擊鉆進(jìn)的主要工具，其結(jié)構(gòu)的合理與否直接影響到鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。在沖擊鉆進(jìn)過程中，關(guān)鍵是沖擊和吸渣量是否匹配，也是確?？妆诜€(wěn)定正常鉆進(jìn)最基本最重要條件。在鉆進(jìn)過程中吸渣工作應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)地層和情況而定，不應(yīng)過量汲渣以免造成孔壁失穩(wěn)坍孔。發(fā)生埋鉆事故。另外，在沖擊過程中，必須經(jīng)常檢查鋼絲繩的磨損情況以及轉(zhuǎn)向裝置的靈活性和連接的牢固性，以防磨斷或因轉(zhuǎn)向不靈而扭斷鋼絲繩，發(fā)生掉鉆事故。

根據(jù)地質(zhì)情況，鉆頭出量研磨材料提鉆時(shí)要應(yīng)經(jīng)常檢查，一般地層每小班至少提鉆一次檢查，復(fù)雜地層提鉆頭次數(shù)要增加，往往鉆頭底量和外出量在砂卵石和基巖中磨損嚴(yán)重，所以應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，這樣就增加了修補(bǔ)鉆頭的鋪助時(shí)間，降低了純鉆進(jìn)沖擊時(shí)間，又減少了修補(bǔ)鉆頭的輔助時(shí)間，再則在提升鉆頭時(shí)，要小心謹(jǐn)慎，尤其是在快到護(hù)筒底部將鉆頭慢慢提起，防止碰撞孔口護(hù)筒以免造成護(hù)筒底部坍孔或護(hù)筒錯(cuò)位或變形事故。

2.2 回旋鉆工藝

回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁，又稱正反循環(huán)成孔灌注樁，是用一般地質(zhì)鉆機(jī)在泥漿護(hù)壁條件下，慢速鉆進(jìn)，通過泥漿排渣成孔，灌注混凝土成樁，為國內(nèi)最為常用和應(yīng)用范圍較廣的成樁方法。

其特點(diǎn)是:護(hù)壁效果好，孔質(zhì)量可靠;施工無噪音，無震動(dòng)，無擠壓;機(jī)具設(shè)備簡單，操作方便，費(fèi)用較低，但成孔速度慢，效率低，用水量用水量大，泥漿排放量大，污染環(huán)境，擴(kuò)孔率較難控制。

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)中無論正循環(huán)還是分循環(huán)的鉆機(jī)，均適用于粘性土、含少量礫石、卵石的土層、軟巖，不適用于大量卵石層及硬巖層。其中正循環(huán)鉆機(jī)也適用于粉砂、細(xì)中粗砂層。反循環(huán)鉆機(jī)在砂層中鉆機(jī)如果泥漿調(diào)治的指標(biāo)不夠或鉆機(jī)速度過快，可能會(huì)造成塌孔的事故?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)特別適用于內(nèi)陸沖積層較厚的平原、沿海地區(qū)灘涂地區(qū)的摩擦樁成孔。從成孔速度上分析，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)快于沖擊鉆機(jī)，不及旋挖鉆機(jī)。

2.3 旋挖鉆工藝

旋挖鉆機(jī)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝(當(dāng)然也有干土直接取土工藝，視工地現(xiàn)場地層條件而定)，是一種無沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法，但鉆進(jìn)時(shí)為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿(穩(wěn)定液)。旋挖鉆機(jī)工作時(shí)能原地作整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋挖鉆機(jī)鉆孔取土?xí)r，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時(shí)切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土;遇硬土?xí)r，自重力不足以使斗齒切入土層，此時(shí)可通過加壓油缸對鉆桿加壓，強(qiáng)行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后，由起重機(jī)提升鉆桿及鉆斗至地面，拉動(dòng)鉆斗上的開關(guān)即打開底門，鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動(dòng)排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門，回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進(jìn)行下一斗的挖掘。旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動(dòng)、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

旋挖成孔灌注樁的施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應(yīng)性強(qiáng)大大縮短了工期，廢漿少、低噪音、污染小保護(hù)了環(huán)境，克服了機(jī)械成孔時(shí)孔底沉淤土多，樁側(cè)摩阻力低，泥漿管理差的缺點(diǎn)，極大地提高了施工質(zhì)量。

工程實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)

3 各工藝比較

3.1 沖擊鉆鉆孔分析

(1)沖擊鉆對作業(yè)場地要求較高，首先:沖擊鉆采用正循環(huán)清孔，因此每個(gè)墩位必須要有一個(gè)泥漿池和沉淀池，這就要占用大面積作業(yè)平臺，加上稻田土質(zhì)較軟，大面積開挖很容易導(dǎo)致塌方，因此給施工帶來了很大的麻煩。(2)沖擊鉆清孔需要大量清水換漿，泥漿對周圍環(huán)境有破環(huán)，影響工地的文明施工。(3)沖擊鉆經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，砼澆筑方量超方是有發(fā)生，最大甚至達(dá)到設(shè)計(jì)放量的1.5 倍多。(4)沖擊鉆由于鉆機(jī)自身?xiàng)l件的限制，鉆機(jī)的移位以及開鉆前鋼護(hù)筒的埋設(shè)都要花費(fèi)大量的人力機(jī)械，而且要花費(fèi)大量的時(shí)間，所以施工極為不便。(5)沖擊鉆每根樁的成孔時(shí)間較長，給工期帶來很大的影響。(6)在鉆進(jìn)過程中容易發(fā)生樁位的偏移，需要時(shí)常校核鋼絲繩位置。

3.2 回旋鉆工藝分析

(1)回旋鉆對作業(yè)場地同樣要求較高，對機(jī)座地基需壓實(shí)，確保鉆機(jī)鉆孔過程平穩(wěn)，以及泥漿池。(2)回旋鉆同樣需要換漿清渣，對環(huán)境影響也較大。(3)回旋鉆成孔樁基砼充盈系數(shù)較沖擊鉆稍好。(4)鉆機(jī)的移位以及開鉆前鋼護(hù)筒的埋設(shè)都要花費(fèi)大量的人力機(jī)械，要花費(fèi)大量的時(shí)間。(5)在鉆進(jìn)過程中容易發(fā)生樁位的偏移，需要時(shí)常校核鋼絲繩位置。

3.3 旋挖鉆工藝分析

(1)旋挖鉆對場地要求不是很高，不需要占用大面積作業(yè)平臺，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)墩位共用一個(gè)泥漿池。(2)沖擊鉆不需要大量清水換漿清孔，只要將泥漿調(diào)好便可以重復(fù)利用。(3)經(jīng)幾個(gè)試驗(yàn)樁表明，旋挖鉆超放量很小，基本不超方。(4)旋挖鉆不但可以自由移動(dòng)，而且埋設(shè)護(hù)筒極其方便快捷。(5)旋挖鉆每根樁成孔時(shí)間一般為8～10 小時(shí)，因此為后期工序節(jié)省了大量時(shí)間。(6)鉆樁孔對位準(zhǔn)確，不會(huì)發(fā)生樁位的偏移。

4 總結(jié)

4.1 沖擊鉆及回旋鉆不足之處

(1)污染環(huán)境，不環(huán)保。泥漿護(hù)壁和懸浮顆粒出渣均需要泥漿，而泥漿對現(xiàn)場和周圍環(huán)境均造成環(huán)境污染，無法滿足當(dāng)代社會(huì)日益重視的環(huán)境保護(hù)和文明施工的要求。循環(huán)泥漿，沉淀出渣需要泥漿池，這就要占用較大的施工場地。(2)成孔速度慢。按照正常的施工質(zhì)量要求和一般地質(zhì)地層情況，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)每天鉆孔8-10m 左右，而沖擊鉆成孔速度則更慢。(3)自動(dòng)化程度低，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的自動(dòng)化程度不高，基本是露天操作，工人工作的環(huán)境惡劣，已不符合現(xiàn)在社會(huì)人性化和高度自動(dòng)化的潮流。

4.2 旋挖鉆機(jī)

(1)環(huán)保衛(wèi)生。干法成孔時(shí)，不會(huì)對現(xiàn)場和周遍環(huán)境造成污染。即便采用靜態(tài)泥漿成孔時(shí)，相對于沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的污染，旋挖鉆機(jī)對現(xiàn)場產(chǎn)生污染要少。(2)成孔速度快。在一般地層，旋挖鉆機(jī)成孔速度是普通鉆機(jī)的4～6 倍。按照在一般地層和橋梁樁長30 米以內(nèi)估算，按照正常的樁基成孔的質(zhì)量控制要求，成孔一根合格的樁基，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)大約是24～36 小時(shí)。而熟練的旋挖鉆機(jī)操作手再配備技術(shù)員指導(dǎo)鉆孔，樁基成孔則只需要6～9 個(gè)小時(shí)。在這方面旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢明顯。

5 結(jié)束語

樁基施工中選擇成孔機(jī)械時(shí)，需要考慮多方面因素。選擇成孔機(jī)械時(shí)，首先考慮地層地質(zhì)情況。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，有針對性的選擇成孔的機(jī)械。其次是考慮鉆機(jī)成孔的經(jīng)濟(jì)成本、工期、環(huán)保和文明施工等因素。

［1］JTJ041 -2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JFJF80/1—2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn).

［3］楊文淵，徐犇.橋梁施工工程師手冊，2000(4).

［4］楊天林.基礎(chǔ)工程.