淺談汽車(chē)筒鉆機(jī)在細(xì)砂巖層中的施工應(yīng)用

吳進(jìn)強(qiáng)

1　前言

新建滴道過(guò)境鐵路立交橋下部樁基工程施工，先后引進(jìn)了汽車(chē)回旋鉆、沖擊鉆、旋挖鉆進(jìn)行施工，但由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)砂巖層較厚，三種鉆機(jī)都無(wú)法順利施工，無(wú)法滿足施工進(jìn)度及成本要求。后經(jīng)鉆機(jī)改良，大大提高了施工效率，降低了施工成本，為后續(xù)結(jié)構(gòu)的施工提供了有利條件。

2　工程概況

該立交橋工程建于雞西市滴道城區(qū)內(nèi)，跨越鐵路林口至密山上下行正線、大唐電廠雞西廠專(zhuān)用線共三條鐵路線，并跨越G201方虎璐及一條電廠專(zhuān)用公路。主線采用30m連續(xù)箱梁橋，樁基直徑1.5m，樁長(zhǎng)17～23m，共88根樁基。

3　工程地質(zhì)特征

根據(jù)鉆孔揭露和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，橋址區(qū)地層巖性主要為第四系沖基層，下伏侏羅系上統(tǒng)細(xì)砂巖，無(wú)重大斷裂構(gòu)造，地質(zhì)土分布較均勻，地層有新至老詳述如下：

①雜填土（Q4ml）：黑褐色，含少量碎磚塊、碎石、煤渣等，主要分布于居民區(qū)，巖土施工工程分級(jí)為Ⅰ級(jí)松土。

②粉質(zhì)黏土（Q4al）：黑褐色至黃褐色、凍結(jié)狀態(tài)，巖土施工工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)普通土，σ0=150kPa。

③細(xì)砂（Q4al）：黃褐色、潮濕至飽和，中密。巖土施工工程分級(jí)為Ⅰ級(jí)松土，σ0=220kPa。

④礫砂（Q4al）：主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英，含細(xì)圓礫25～40%，巖土施工工程分級(jí)為Ⅰ級(jí)松土，σ0=380kPa。

⑤細(xì)圓礫土（Q4al）：以粗砂為主，含少量粗圓礫。巖土施工工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)松土，σ0=400kPa。

⑥細(xì)砂巖（J3）：灰綠色，強(qiáng)風(fēng)化，巖芯風(fēng)化成碎塊狀，裂隙發(fā)育，內(nèi)部填充泥砂質(zhì)土，結(jié)構(gòu)為細(xì)粒，泥質(zhì)膠結(jié)，礦物成分以長(zhǎng)石、石英為主。

⑦細(xì)砂巖（J3）：灰綠色，弱風(fēng)化，巖芯風(fēng)化成短柱狀，裂隙較為發(fā)育，結(jié)構(gòu)為細(xì)粒，泥質(zhì)膠結(jié)。巖土施工工程分級(jí)為Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石，σ0=900kPa。

4　施工鉆機(jī)的選擇

根據(jù)建設(shè)單位對(duì)工期的要求，結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)文件，項(xiàng)目部決定選用回旋鉆機(jī)跟沖擊鉆機(jī)進(jìn)行樁基的施工。

4.1　汽車(chē)回旋鉆機(jī)

首先施工的是15#墩樁基。起初鉆進(jìn)時(shí)比較順利，在進(jìn)尺到全風(fēng)化細(xì)砂巖層時(shí)，進(jìn)尺較緩慢，當(dāng)進(jìn)尺到強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖層時(shí)，幾乎不進(jìn)尺，鉆頭出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，重新加固后繼續(xù)鉆進(jìn)。C號(hào)樁基利用了四天時(shí)間才得以灌注水下混凝土。

4.2　沖擊鉆機(jī)

首先施工的是16#墩樁基。在起初錘進(jìn)時(shí)比較順利，進(jìn)尺到6～12m中粗砂地層時(shí)，由于砂礫的密實(shí)程度不同，導(dǎo)致進(jìn)尺比較緩慢，出現(xiàn)偏錘現(xiàn)象。在進(jìn)尺到細(xì)砂巖層時(shí)，沖擊鉆機(jī)的實(shí)力才得以發(fā)揮，進(jìn)尺順利，歷時(shí)6d時(shí)間得以順利灌注混凝土。

4.3　旋挖鉆機(jī)

一般在有粘土、粉土、粉砂土、砂層、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有少量卵石的地層中鉆進(jìn)施工較為適宜。根據(jù)地勘報(bào)告，該橋地質(zhì)不適合選用旋挖鉆機(jī)。

鑒于以上幾種鉆機(jī)的比較，汽車(chē)回旋鉆機(jī)在樁基底端時(shí)無(wú)法鉆進(jìn)，時(shí)間不穩(wěn)定且易出現(xiàn)塌孔及短樁現(xiàn)象，沖擊鉆雖然成樁質(zhì)量高但歷時(shí)太長(zhǎng)，無(wú)法滿足施工進(jìn)度要求，旋挖鉆不僅進(jìn)場(chǎng)施工費(fèi)用高，而且也不適合該地質(zhì)。那么，能不能綜合考慮鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，而改進(jìn)一種鉆頭適合該種地質(zhì)的施工呢？經(jīng)過(guò)項(xiàng)目技術(shù)人員及鉆機(jī)操作手的悉心研究，加工而成了一種既能鉆動(dòng)全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖層而又能節(jié)約時(shí)間提高效率的鉆頭-筒鉆。

5　筒鉆的構(gòu)成

5.1　主機(jī)

主機(jī)即為進(jìn)場(chǎng)汽車(chē)回旋鉆機(jī)，充分利用汽車(chē)回旋鉆機(jī)的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置及鉆進(jìn)裝置，唯一區(qū)別在于鉆頭的不同。

5.2　鉆身

筒身選用25mm厚鋼板車(chē)間卷制而成，根據(jù)樁徑的大小卷制不同的筒身，一般直徑不宜超過(guò)1.5m。根部要外幫一圈同厚度的鋼板以加強(qiáng)扭矩，高度300mm。鋼板幫根完成后等距離切割埡口，以備后續(xù)焊接鉆頭用。

5.3　鉆頭

采用礦山開(kāi)采用一字型硬質(zhì)合金釬片加工而成。該合金釬片在礦山機(jī)械店即可買(mǎi)到，根據(jù)釬片的硬度不同，價(jià)格也不一樣，價(jià)格比較適中。本筒鉆所選的釬片牌號(hào)為YK30.2的礦山釬片。

5.4　連接

將加工好的筒鉆與鉆桿連接，采用絲扣連接，擰緊加固好后即可開(kāi)鉆，連接方式與原汽車(chē)回旋鉆相同。

6　筒鉆的鉆進(jìn)施工

6.1　鉆機(jī)就位

待場(chǎng)地平整完成，經(jīng)壓實(shí)滿足施工承載力要求后，根據(jù)測(cè)量定點(diǎn)，將鉆機(jī)就位。

6.2　制備泥漿

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本文所述樁基地質(zhì)約在4～12m范圍內(nèi)為中粗砂、砂礫地質(zhì)層，在鉆進(jìn)的過(guò)程中，必須采用塑性指數(shù)大的黏土制備，以保證成孔質(zhì)量。本文所采用的泥漿為黃土外加膨潤(rùn)土及少量水泥調(diào)制而成。

6.3　鉆孔

鉆機(jī)按照測(cè)量班給定的點(diǎn)位就位后，調(diào)整好鉆桿垂直度，加入事先根據(jù)配合比調(diào)制好的泥漿，即可開(kāi)鉆。在鉆機(jī)鉆進(jìn)的過(guò)程中，要隨著進(jìn)尺的加深持續(xù)不斷的往孔內(nèi)注入制備好的泥漿，并保證不低于1.5m的水頭，以增大孔內(nèi)靜水壓力，提高成孔質(zhì)量，防止塌孔。

6.4　成孔及灌注

在鉆孔鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度并超鉆一定比例后，經(jīng)檢查合格，進(jìn)行提鉆、清孔、鋼筋籠吊裝、焊接、固定后，按照灌注水下混凝土的方法進(jìn)行灌注即可成樁，邊灌注邊量測(cè)混凝土標(biāo)高，控制好導(dǎo)管埋入深度，防止出現(xiàn)夾層及斷樁的出現(xiàn)。

7　樁基質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)

所有樁基施工完畢，待齡期達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，邀請(qǐng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，采用低應(yīng)變反射波法對(duì)所施工樁基樁身完整性進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，以判定樁身缺陷程度及位置。

8　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該汽車(chē)筒鉆機(jī)在細(xì)砂巖層中的成功運(yùn)用，在施工進(jìn)度了上與沖擊鉆機(jī)相比節(jié)約了一半的時(shí)間，大大提高了施工效率，為后續(xù)承臺(tái)墩身的施工提供了時(shí)間保證。在施工成本上，改良后的筒鉆機(jī)結(jié)合了汽車(chē)回旋鉆機(jī)與旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，削、切、鉆實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合統(tǒng)一，大大降低了施工成本，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的效益，實(shí)現(xiàn)了效益最大化。

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部《鐵路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》.