氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機(jī)在復(fù)雜地層樁基施工中的應(yīng)用

劉 偉， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機(jī)在復(fù)雜地層樁基施工中的應(yīng)用

劉 偉， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

傳統(tǒng)旋挖鉆機(jī)在完整中～硬質(zhì)基巖段以及易塌孔孔段施工難度大、效率低，極易發(fā)生孔內(nèi)事故。以南京電建地產(chǎn)洺悅府樁基礎(chǔ)項(xiàng)目為背景，比較了普通旋挖鉆機(jī)、潛孔錘鉆機(jī)、長螺旋鉆機(jī)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，充分利用大直徑潛孔錘鉆具進(jìn)尺效率高的特點(diǎn)，同時利用粘性土膠結(jié)性好的特點(diǎn)，有效解決了塌孔的施工難題，拓寬了其在復(fù)雜地層的施工范圍，為施工類似地層提供了技術(shù)參考。

氣動潛孔錘；長螺旋鉆機(jī)；樁基礎(chǔ)；復(fù)雜地層

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的樁基礎(chǔ)要在地下水位高、地質(zhì)條件復(fù)雜、土體原位性能極不均勻、巖體強(qiáng)度極高的條件下進(jìn)行施工。適當(dāng)?shù)氖┕すに囉兄谔岣吖ば?，?jié)約成本資源。因此，開展復(fù)雜地層條件下樁基礎(chǔ)施工工藝研究、為類似地質(zhì)情況的樁基礎(chǔ)施工積累經(jīng)驗(yàn)及提供參考具有十分重要的意義。筆者以南京電建地產(chǎn)洺悅府樁基礎(chǔ)項(xiàng)目為背景，探究了潛孔錘配合長螺旋鉆機(jī)在復(fù)雜地層條件下的施工工藝。采用潛孔錘鉆具配合長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔作業(yè)，解決了樁基礎(chǔ)需要穿透大粒徑、不規(guī)則塊石、漂石、孤石以及卵礫石等復(fù)雜地層、地層較完整、裂隙不發(fā)育的中～硬質(zhì)基巖的樁基成孔技術(shù)難題[1]。

1 工程概述

南京市電建地產(chǎn)洺悅府項(xiàng)目位于南京市棲霞區(qū)萬壽村伏家場邁堯路611號，東依華山路，南臨邁化路，西近樂居雅花園一、二期，北靠神農(nóng)路。擬建建筑物共33棟，主要由住宅樓、商業(yè)用房、幼兒園組成。樁基工程采用混凝土鉆孔灌注樁，樁長6～16.6 m，樁徑為600 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30。鉆孔要求入中等風(fēng)化粉砂巖深度大于、等于1 m，實(shí)行樁長與入巖雙控。

場地表層為人工填土，其下局部為全新統(tǒng)(Q4)新近沉積的粉質(zhì)粘土，中部為一般沉積的粉質(zhì)粘土，下部為上更新統(tǒng)(Q3)沉積的粉質(zhì)粘土，下伏基巖為侏羅系象山群(J1-2xn3)的含礫粉砂巖、砂礫巖，強(qiáng)風(fēng)化基巖埋深0.5～24.7 m，中等風(fēng)化基巖埋深2～29 m，巖面局部起伏較大。擬建場地B-05樓原為南京化纖股份有限公司廠區(qū)，建筑物拆除后一直荒廢、閑置并曾臨時作為樂居雅花園一、二期建筑垃圾堆放場地?？辈焓┕r，場區(qū)內(nèi)不均勻分布著大面積的厚層雜填土，該厚層雜填土主要由粉質(zhì)粘土夾含少量碎石、磚塊和建筑垃圾組成，硬質(zhì)雜物含量不均，一般為10%～20%，局部富集達(dá)50%左右，直徑一般為0.5～30 cm不等，局部夾少量直徑大于50 cm的碎石，結(jié)構(gòu)極松散。

2 施工工藝的選取

B-05樓建設(shè)場地雜填土地層的地質(zhì)條件復(fù)雜，粉質(zhì)粘土、碎石、建筑垃圾未被均勻壓實(shí)，回填層中含有大量粒徑不均的硬質(zhì)雜物，采用普通旋挖鉆機(jī)在鉆孔灌注樁基施工時面臨卡鉆、傾斜及塌孔等技術(shù)問題；回填層中大粒徑硬質(zhì)雜物形成的空洞在樁基的混凝土灌注過程中會造成大量混凝土的外漏；下伏的中等風(fēng)化基巖強(qiáng)度較大，普通旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)效率可能受影響。

針對可能面臨的技術(shù)難題，項(xiàng)目部通過采用不同的施工工藝進(jìn)行現(xiàn)場試樁試驗(yàn)：(1)普通旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔(圖1)；(2)長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔(圖2)；(3)潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔(圖3)。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告中B-05樓現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，選取地質(zhì)情況接近的六處進(jìn)行了三個試樁(SZ-01，SZ-02，SZ-03)的施工，分別采用普通旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔、長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔、潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)成孔，利用試樁成孔情況比較了其成孔效率及成孔質(zhì)量。

圖1 普通旋挖鉆機(jī)圖

圖2 長螺旋鉆機(jī)圖

在試樁施工鉆進(jìn)中等風(fēng)化含礫粉砂巖、砂礫巖的過程中，SZ-01采用配合耐磨合金鋼鏟式斗齒的單底鉆斗進(jìn)行施工，由于樁徑較大，中等風(fēng)化含礫粉砂巖段結(jié)構(gòu)完整、裂隙不發(fā)育，旋挖鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)憋鉆現(xiàn)象，隨后采用普通單底鉆斗與鑿巖筒鉆兩種鉆進(jìn)方法交替進(jìn)行鉆進(jìn)，但鉆進(jìn)仍較困難，進(jìn)尺效率低下。采用該工藝的SZ-01號試樁緩慢鉆至設(shè)計(jì)孔深，但耗時太長，僅基巖段的施工就長達(dá)4 h。從取得結(jié)果看，施工達(dá)到了預(yù)定的孔深，但旋挖鉆機(jī)成孔速度快的優(yōu)點(diǎn)沒有得到充分的發(fā)揮，同時，鉆機(jī)壓力表顯示鉆機(jī)在鉆進(jìn)中等風(fēng)化含礫粉砂巖過程中長時間處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，并在施工過程中因鉆進(jìn)阻力較大造成一根高壓油管爆裂，鉆機(jī)和鉆具損耗太大，硬質(zhì)合金鉆斗齒更換太頻繁，綜合運(yùn)轉(zhuǎn)成本過高。SZ-02采用長螺旋鉆進(jìn)成孔，在鉆進(jìn)厚層雜填土(主要由粉質(zhì)粘土夾含碎石、磚塊和建筑垃圾構(gòu)成)時進(jìn)尺困難；同時，由于該厚層雜填土強(qiáng)度表現(xiàn)極不均勻，長螺旋鉆桿軌跡偶有偏差即導(dǎo)致擴(kuò)孔率較難控制，使孔徑大小與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)偏差，不利于成樁質(zhì)量的把控。SZ-03采用大直徑潛孔錘鉆具鉆進(jìn)成孔，該工藝靈活性好，主機(jī)體能夠360°回轉(zhuǎn)，起拔力大，電動、液壓雙配套，不用拆換鉆具就能一次性滿足深孔作業(yè)，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，所配備的大扭矩動力頭回轉(zhuǎn)速度平穩(wěn)適中，輸出扭矩功率大，始終保持良好的工作性能。SZ-01，SZ-02，SZ-03三根試樁鉆進(jìn)效率見表1。

圖3 潛孔錘鉆機(jī)圖

根據(jù)效率統(tǒng)計(jì)，大直徑潛孔錘鉆具鉆進(jìn)成孔效率明顯優(yōu)于普通旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔和長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔。由于雜填土層密實(shí)度較低且分布不均，下伏粉質(zhì)粘土層力學(xué)強(qiáng)度較低，在大直徑潛孔錘鉆具成孔后，鉆孔出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。經(jīng)過相關(guān)論證，決定先采用大直徑潛孔錘鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，至設(shè)計(jì)孔深后采用黏土回填，最后采取長螺旋鉆機(jī)進(jìn)行掃孔及壓灌混凝土。具體工藝流程為：測量定位→潛孔錘鉆機(jī)對位→潛孔錘引孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→提鉆→擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→提鉆→鉆孔回填→長螺旋鉆機(jī)對位→復(fù)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高→壓灌混凝土→振插鋼筋籠→樁端振搗→成樁。

表1 鉆進(jìn)效率統(tǒng)計(jì)表

3 氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機(jī)成樁施工工藝

3.1 鉆機(jī)就位

保持平整、穩(wěn)固，在機(jī)架或鉆桿上設(shè)置標(biāo)尺，以便控制和記錄孔深，就位后校正好鉆桿的位置和垂直度，垂直度的容許偏差不大于1%，下放鉆桿，將鉆頭對準(zhǔn)樁位點(diǎn)。

3.2 潛孔錘引孔及長螺旋鉆機(jī)擴(kuò)孔

大直徑潛孔錘鉆具以履帶式多功能打樁機(jī)做樁架，以履帶式打樁機(jī)動力頭做旋轉(zhuǎn)動力，在特制的空心鉆桿下懸掛氣動式潛孔錘，鉆桿內(nèi)部套裝有與空壓機(jī)相連接的進(jìn)風(fēng)管，其出風(fēng)口與氣動潛孔錘導(dǎo)風(fēng)口相連。由空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)內(nèi)部進(jìn)風(fēng)管傳輸給風(fēng)動潛孔錘并驅(qū)動其作功，潛孔錘在沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進(jìn)行適度的鉆壓與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，如此實(shí)施，既能研磨刻碎巖石，又能使?jié)摽族N擊打位置不停的變化，使?jié)摽族N底部的合金突出點(diǎn)每次都擊打在不同位置，氣動潛孔錘排出的廢氣經(jīng)鉆頭排氣孔排出，既能冷卻鉆頭，又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達(dá)到快速破碎巖石的作用[2]。鉆進(jìn)過程中，根據(jù)巖層情況及時調(diào)整鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)巖層情況來確定：殘積土、砂卵石、全風(fēng)化巖層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、中風(fēng)化巖層為0.2～0.5 m/min。

潛孔錘將樁孔引孔至設(shè)計(jì)樁長，然后用粘土將樁孔填至孔口。換鉆頭直徑為594 mm的長螺旋鉆機(jī)擴(kuò)孔至引孔標(biāo)高，然后提鉆，再用粘土將樁孔填至孔口，長螺旋鉆機(jī)第二次鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。長螺旋成孔工藝?yán)靡欢ㄉ堑倪B續(xù)螺旋葉片將底部鉆頭鉆出的土連續(xù)不斷的返出地面，當(dāng)?shù)诙毋@頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鉆桿空轉(zhuǎn)1～2 min，將孔內(nèi)殘留的回填土返出地面，然后提起30 cm[3]。

3.3 泵送混凝土

鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時，鉆桿保持原位不停鉆，待孔內(nèi)虛土全部上返后，開始泵送混凝土，待泵壓上升至10 MPa且中心管頂部的泄氣閥關(guān)閉時開始提拔鉆桿，一邊泵送混合料、一邊提鉆，提鉆速率的控制必須與泵送量相匹配，以保證管內(nèi)有一定高度的混凝土，直至樁體混凝土高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高500 mm。

3.4 后插鋼筋籠

將振動錘和導(dǎo)入管通過法蘭盤連接。將鋼筋吊直、扶正緩緩送入孔內(nèi)，啟動振動錘，通過振動用鋼筋籠導(dǎo)入管將鋼筋籠送入樁身素混凝土內(nèi)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，將樁身混凝土振搗密實(shí)，同時將鋼筋籠固定。

4 成樁效果

該工程樁基礎(chǔ)采用氣動潛孔錘鉆具配合長螺旋泵壓混凝土后插鋼筋籠樁工藝施工，潛孔錘在厚層雜填土及中～硬質(zhì)的基巖地層中鉆進(jìn)效率高，回填粘土能有效改善孔壁的完整性，不易塌孔。經(jīng)南京先科巖土工程檢測有限公司檢測，B-05#樓在低應(yīng)變檢測的54根樁中，I類樁52根，II類樁2根；堆載法檢測鋼筋混凝土樁3根，實(shí)測單樁承載力均為3 800 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

(1)施工工藝的選取，包括施工流程的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察報告，特別是針對中～硬質(zhì)的基巖地層、易發(fā)生坍塌和縮徑的地層。對可能發(fā)生的各種孔內(nèi)外事故應(yīng)提高預(yù)見性，做好相關(guān)防護(hù)工作，準(zhǔn)備好應(yīng)急施工方案。

(2)由于采用了合理的施工工藝和施工流程，在具體施工夾雜建筑垃圾的雜填土及中～硬質(zhì)的基巖地層時采用了大直徑潛孔錘鉆具，鉆孔移位較機(jī)動方便，孔與孔之間的轉(zhuǎn)移施工便捷快速。鉆孔施工總時間較普通旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔以及沖擊鉆沖擊成孔大大減少，提高了長螺旋鉆機(jī)施工的效率，同時亦降低了各種原材料的消耗，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

(3)大直徑潛孔錘鉆具配合長螺旋鉆機(jī)成樁工藝，解決了鉆進(jìn)復(fù)雜地層及塌孔的施工難題。該施工技術(shù)應(yīng)用于樁基工程施工中，具有節(jié)約成本，縮短工期，減少場地污染，保證工程質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，值得在復(fù)雜地層樁基施工中進(jìn)行推廣。

[1] 譚現(xiàn)鋒,朱學(xué)順,胡克禎，等.潛孔錘旋挖鉆機(jī)組合在基巖樁施工中的應(yīng)用[J].探礦工程-巖土鉆掘工程,2006,33(7):22-23,26.

[2] 余 翔.高壓氣動潛孔錘鉆進(jìn)成孔工藝在炸山填海復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用[J].石油化工建設(shè),2014,36(5):87-90.

[3] 劉起霞,李慧生.大直徑潛孔錘與長螺旋多功能樁機(jī)組合引孔技術(shù)[C].第二屆中國國際樁與深基礎(chǔ)峰會論文集.2012:118-121.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-10

TV223;TV553;TV53+8.2

B

1001-2184(2016)06-0088-04

劉 偉(1982-)，男，四川人仁壽人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

蘇 波(1989-)，男，四川綿陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，基礎(chǔ)分局總工程師，教授級高級工程師，從事水利水電、工業(yè)與民用建筑工程施工技術(shù)與管理工作.