工程樁干作業(yè)螺旋鉆的成孔工藝問題

劉智榮

摘 要：工程樁長螺旋鉆進(jìn)施工，無噪聲，鉆進(jìn)效率高。該文通過對長螺旋施工出土?xí)惩?、孔斜、孔徑變化、孔底虛土、塌孔、特殊地層等施工中遇到的難題，提出了原因分析和應(yīng)對措施。北京地區(qū)經(jīng)過多年實(shí)踐，成孔工藝積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。并且試驗(yàn)對比了一些不同工藝處理對于工程質(zhì)置和承載能力的影響。另有一些工藝問題，雖作過一些探索，但還未能形成生產(chǎn)力。

關(guān)鍵詞：工程樁 螺旋鉆進(jìn) 成孔工藝

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0061-02

該文就干作業(yè)螺旋鉆曾遇到的一些成孔工藝問題，其產(chǎn)生原因，解決途徑，提出討論意見。

1 保持輸出土?xí)惩ā?/p>

長螺旋鉆機(jī)能在鉆進(jìn)的同時，自動輸土出孔。在一般亞粘土或輕亞粘土中，鉆成一個10 m深、直徑φ400 mm的孔，一般僅需7～8 min，而分次鉆進(jìn)的短螺旋鉆機(jī)，同樣的孔要多用一倍時間。長螺旋鉆能保持連續(xù)不停鉆進(jìn)的關(guān)鍵，在于它必須保持輸出土?xí)惩?。最初，曾用日本“三和”螺旋鉆機(jī)，以19 rad/min的轉(zhuǎn)速施工直徑φ400 mm鉆孔。在鉆進(jìn)砂質(zhì)粘土?xí)r，鉆尖切削下來的土，很快擠滿螺旋葉，回轉(zhuǎn)電流急劇升高到150安以上。這時必須設(shè)法提鉆清土，否則扭矩過大無法正常鉆進(jìn)。后來改用國產(chǎn)的長螺旋鉆機(jī)，用80～120 rad/min的轉(zhuǎn)速，同樣的土質(zhì)和孔徑，鉆尖切削土能順利上輸出土。粘性大的土呈球狀滾出孔；粉砂土呈粉顆粒狀甩出；冬季表面凍土呈片狀出孔，實(shí)現(xiàn)了自動出土而順利鉆進(jìn)。兩種鉆機(jī)何以有這樣的不同效果原因在于采用了不同的螺旋鉆機(jī)與螺旋鉆具。關(guān)于這方面的問題，其設(shè)計參數(shù)已有專文討論，本文從成孔工藝研討。要實(shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)的同時，保持輸出土?xí)惩ǎ紫纫x擇適當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)速度。這個速度取決于不同的土質(zhì)和鉆孔直徑。研究表明，輸出土?xí)惩ㄐ枰粋€最低回轉(zhuǎn)速度，它與土的內(nèi)摩擦角及成孔直徑的平方根成反比。砂質(zhì)粘土的內(nèi)摩擦角較小，輸出土?xí)惩ㄐ栎^大的轉(zhuǎn)速（80～120 r/min）.也遇到過飽和流塑狀粘性土，粘土和孔壁的摩擦系數(shù)很低，用120 rad/min也不能使輸出土上升，另一次在施工沙土和砂卵石土?xí)r，土的內(nèi)摩擦角大，用30 r/min的低速，也能使輸出土出孔，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

選擇轉(zhuǎn)速，還要看鉆孔的直徑。同樣19 r/min的日本三和螺旋鉆機(jī)，在砂質(zhì)粘土中鉆進(jìn)孔徑φ400 mm的孔不能輸土出孔；但最近鉆80厘米孔時，卻能順利輸土。遇小直徑孔，輸土就需要高轉(zhuǎn)速，去年用趕作業(yè)螺旋鉆鉆12厘米錨桿孔時，用165轉(zhuǎn)/分的地質(zhì)鉆帶動，輸土出孔成功。

由于土層變化及鉆進(jìn)阻力變動，實(shí)際鉆進(jìn)速度也不能一成不變。經(jīng)過實(shí)測和操作體驗(yàn)，在正常工作時，保持進(jìn)刀量平均每轉(zhuǎn)20～30 mm是適當(dāng)?shù)?，此時電流不超過25～30安。鉆進(jìn)砂土可以進(jìn)刀量稍大些，鉆進(jìn)軟塑粘土最難掌握，雖然土的切削阻力不大，但切削粘阻力大，如進(jìn)刀過快，會使螺旋葉擠滿土而升土受阻。由于相對的加壓力容易過大，由加壓而增大的切削壓力也要增大，這就會使切土和輸土失去平衡，形成“別鉆”，如果控制加壓，進(jìn)刀過少又會形成鉆壓不足。在高速回轉(zhuǎn)時，停止進(jìn)刀或鉆壓不足，常引起鉆桿抖顫，給成孔帶來不利影響。故鉆這種土應(yīng)保持連續(xù)小鉆壓小進(jìn)刀，使螺旋葉不堵，鉆尖不虛，回轉(zhuǎn)時的電流不超過40～50安。輸出土呈整體大塊出孔。表1是在不同土層鉆進(jìn)400mm，孔徑1 000 mm觀測數(shù)值。從中可以看出，砂土雖摩阻力大，鉆進(jìn)最快，消耗動力最低，鉆軟塑粘土摩阻力不大，但鉆進(jìn)慢，消耗動力較高。

2 防止成孔傾斜

最初對于成孔傾斜的危害缺乏認(rèn)識。后來通過試壓一批樁承載能力時，對一根傾斜度大的樁加荷，發(fā)現(xiàn)這根樁東西兩側(cè)沉降差越加越多。加載荷到45T時僅15 min，竟出現(xiàn)一側(cè)沉降很大，另—側(cè)上拔的差異，以至無法加荷。該樁用的承載能力比，這組三根樁的平均值低11%，比其它兩根正常樁低得很多。后來在另一試樁中，有一根樁的傾斜度超過規(guī)范1%很多，可以測出的就達(dá)4%，因線墜已貼傾斜孔底側(cè)壁，未能量出超過4%多少。加荷時把千斤頂向樁尖傾向的一側(cè)放置，以減少傾斜樁的偏心影響。該樁的極限承截力比三根樁平均低10～12.5%。由此可見。成孔傾斜過大，將改變軸向受壓為偏心受壓，使容許承載力顯著降低。除了降低使用效果外，成孔傾斜還會產(chǎn)生附加的鉆進(jìn)阻力，影響成孔效率。

產(chǎn)生成孔傾斜的原因，除場地不平、鉆機(jī)安裝不水平，在成孔工藝上主要由于：

（1）事先對位調(diào)直不嚴(yán)?；蛑徽{(diào)直縱軸，未調(diào)直橫軸。（2）未堅持帶導(dǎo)向套作業(yè)，鉆桿上下不同心，下端自由擺動。（3）用未經(jīng)調(diào)直的彎曲鉆桿鉆進(jìn)。（4）孔位兩側(cè)土軟硬不均。

為防止成孔傾斜，在鉆機(jī)就位時要有必備的調(diào)直手段；在管理上要采取措施，成孔工藝要堅持“三不”鉆進(jìn)：即鉆桿不直不進(jìn)鉆，無導(dǎo)向套不進(jìn)鉆，未雙軸調(diào)直對位不進(jìn)鉆。

3 防止孔徑擴(kuò)大

螺旋鉆掘成孔，常會遇到孔徑擴(kuò)大的問題。一般成孔直徑比螺旋鉆通長大20 mm以內(nèi)是正?，F(xiàn)象。此處所說孔徑擴(kuò)大有兩種情況；-是孔口擴(kuò)大，一是孔中間部位擴(kuò)大?？卓跀U(kuò)大主要是因?yàn)榈乇硖钔岭s而不實(shí)，或埋有樹根等剔除物，在鉆進(jìn)擾動后塌陷。孔口擴(kuò)大會在成孔后掉回落土，降低成孔質(zhì)量?？字虚g部位擴(kuò)大主要是由予鉆桿彎曲，或因鉆壓不足引起鉆桿抖動。螺旋鉆進(jìn)在高轉(zhuǎn)速情況下，如采取的工藝不適當(dāng)，常常帶來鉆壓不足。例如：

（1）鉆到孔底空轉(zhuǎn)時間過長。（2）提鉆時回轉(zhuǎn)鉆桿。（3）鉆進(jìn)過程中進(jìn)刀量過小。

中間部位擴(kuò)大的危害甚大，在一項試驗(yàn)樁鉆孔時，地面以下4米左右遇含水量大的特性填土，鉆壓不足引起螺旋鉆桿劇烈抖動，使中部孔徑由300 mm擴(kuò)大到500 mm，下面輸上的泥土糊滿孔壁。澆注的混凝土和原孔壁之間夾上一層擾動泥土，使孔壁摩阻力降低很多。如下面土含水量不大，還會使上輸土再落孔底，加大孔底虛土厚度。

為防止孔口擴(kuò)大，應(yīng)在鉆進(jìn)時設(shè)護(hù)筒。它既能維護(hù)孔壁，又能作混凝土溜筒。防止孔中間擴(kuò)大，則要堅持鉆桿不直不進(jìn)鉆，進(jìn)鉆時要根據(jù)土質(zhì)情況，正確選用成孔工藝。

4 防止孔徑縮小。

螺旋鉆進(jìn)出土成孔，一般不會形成縮孔。但鉆桿使用時間稍長，磨損是不可避免的，因此帶來下端直徑偏小的問題。長螺旋鉆具的螺旋葉和鉆頭切削刀分別各自承擔(dān)輸土和切土的功能。如螺旋鉆桿下端磨小，則鉆進(jìn)時螺旋葉一部分也參加了切削，這就增加了鉆進(jìn)阻力。防止辦法：一是改進(jìn)螺旋葉的材質(zhì)和構(gòu)造，二是做現(xiàn)場維修。

5 處理孔底虛土。

天50#樁孔，鉆孔后孔底擾動虛土厚為100 mm，未加處理便灌注混凝土。天47#樁孔，鉆孔后孔底擾動虛土厚也是100 mm，在灌注混凝土之前，向孔底投入松土厚250 mm。承載力試驗(yàn)結(jié)果，天47#樁的極限荷載力比天50#樁降低14%，摩阻力降低7%，，樁端承載力降低61.5%。類似情況還可以從團(tuán)Ⅱ一3#樁和團(tuán)Ⅱ一7樁對比中看出。

這說明！施底虛土大大降低了樁端承載力。對于自孔底向上相當(dāng)長一段樁的側(cè)摩阻力也受影響。孔低虛土如不處理，就會造成大量工程樁降低承載力，混凝土強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮，嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)效益，甚至發(fā)生工程質(zhì)量的安全事故。孔低虛土產(chǎn)生的原因很多，如地層原因，鉆進(jìn)砂卵石比亞粘土、砂土的虛土多。主要原因分析如下：

（1）鉆尖處含水量較高，或進(jìn)入砂卵石，比樁尖位于亞粘土、沙土的虛土多。（2）鉆頭刃角不適當(dāng)，不合乎土壤要求。（3）在塌陷土中二次投鉆，快速鉆進(jìn)。（4）進(jìn)刀盈不當(dāng)，引起螺旋稈抖或勉強(qiáng)使用彎曲鉆桿，造成孔徑擴(kuò)大。（5）孔口塌陷，或成孔后缺乏防護(hù)，使孔口土回落等等。

解決虛土問題，一方面必須采用適當(dāng)?shù)某煽坠に嚕硪环矫孢€要有效的處理理方法。如日本、美國用過水泥漿注入松土搗實(shí)法。我國行之有效的辦法，如石家莊在灌注混凝土前，用夯錘夯實(shí)孔底，經(jīng)過對比試驗(yàn)，比有虛土未夯實(shí)的樁承載力提高約50%。研究者試過幾種取凈虛土的辦法，均未取得理想的效果。去年試驗(yàn)樁底壓力注漿法，用20～30 kg/cm2壓力把水泥漿注入樁底。經(jīng)過對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這樣處理的樁比不處理的樁，承載力可以提高一倍。

6 處理塌孔

鉆孔遇以下情況，會發(fā)生塌孔：（1） 地表厚填土層遇上層滯水。（2） 孔底粉細(xì)砂遇地下水。（3） 鉆進(jìn)砂卵石層超過0.50～1.00m。

出現(xiàn)塌孔后，鉆進(jìn)增加孔深不增加，隨鉆隨塌，孔徑擴(kuò)大，孔底擾動土堆積等。塌孔源于對結(jié)構(gòu)性差的土的擾動，孔徑大而頭去控制，塌陷的孔壁不規(guī)律，積在塌陷部分的擾動土和孔底虛土既厚又失去穩(wěn)定，用一般清孔措施已無濟(jì)于事。

在塌陷區(qū)成孔，工藝一定要慎重。二次投鉆雖有一定效果，但鉆進(jìn)要適可而止切忌在塌陷區(qū)投鉆過深。轉(zhuǎn)速宜放慢，提鉆要停轉(zhuǎn)緩提，不要回轉(zhuǎn)提鉆。為止塌，研究者曾試過投黃土、灰土填實(shí)重新開孔的辦法，取得初步成效。我國公路交通部門有行之有效的塌陷孔圓壁經(jīng)驗(yàn)。另一種成功經(jīng)試是用洛陽鏟輔以套管沖孔，可在流沙、雜填土條件下施工。

7 建筑殘渣以至淤泥等不易成孔的土層中鉆進(jìn)

處理厚度200～300 mm磚、石、灰土等硬層中成孔，應(yīng)視情況采取不同工藝

（1）厚度在200～300 mm的灰土層，快轉(zhuǎn)速小進(jìn)刀，5～6 min鉆穿。（2）直徑在100 mm以內(nèi)的石塊和碎磚，用一般鉆頭可以鉆進(jìn)。（3）厚度30～800 mm凍土層，用破凍土鉆頭高轉(zhuǎn)速小進(jìn)刀，7～8 min可以鉆穿。（4）直徑100～200 mm的石塊或卵石堆，應(yīng)用耙齒鉆頭慢速鉆進(jìn)'石塊、卵石部分可擠進(jìn)土壁，一部分滾出孔口。（5）直徑很大的塊石，石板和磚堆，可用鑲合金刀的鉆筒鉆透，但費(fèi)時間長，要用幾十分鐘。另一種辦法是用沖錘擊碎掏渣。

參考資料

[1] 《前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工》載《建筑技1978》情報協(xié).

[2] 《前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果》'同上.

[3] 中國技術(shù)監(jiān)督情報協(xié)會.前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工載[J].建筑技術(shù)，1978（8）：36-40.

[4] 中國技術(shù)監(jiān)督情報協(xié)會.前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[J].建筑技術(shù)，1978（8）：44-49.