橋梁工程鉆孔樁施工鉆機(jī)選型探討

鹿存福 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州樞紐指揮部

1 工程地質(zhì)概括

新建連徐高速鐵路東海特大橋工程地處蘇北地區(qū)，橫穿連云港和徐州兩大重要城市。該處橋址地形平坦，但沿線所經(jīng)過地層巖性較為復(fù)雜。按其成因和時(shí)代分為五大層，自上而下依次為：人工填筑土、第四系全新統(tǒng)沖積層黏性土、第四系上更新統(tǒng)沖積層砂土層、白堊系上統(tǒng)王式組沉積巖泥質(zhì)礫巖、前震旦系混合變質(zhì)巖。其中混合變質(zhì)巖最為常見，巖性可分為片麻巖、花崗片麻巖、云母巖、石英巖四大類。

2 鉆進(jìn)選型施工中的性能問題

從工程地質(zhì)概括來看，該橋址地層巖性較為復(fù)雜。其中片麻巖和花崗片麻巖最為常見，局部夾層石英巖脈，故而在鉆機(jī)選型上，主要考慮沖擊鉆和旋挖鉆兩種類型的鉆機(jī)。

該工程選用的鉆機(jī)型號(hào)包含：二代單繩沖擊鉆、徐工XR360旋挖鉆、山河智能SWDM42旋挖鉆、德國寶峨BG46旋挖鉆、徐工XR550D旋挖鉆。其中旋挖鉆主要負(fù)責(zé)168 m系桿拱和連續(xù)梁的主墩施工。

2.1 沖擊鉆

單繩沖擊鉆作為一種傳統(tǒng)的鉆機(jī)工具，具備施工工藝成熟、工程單價(jià)較低、市場(chǎng)供應(yīng)量大、適應(yīng)不同地層能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

二代單繩沖擊鉆在傳統(tǒng)鉆具的基礎(chǔ)上改革創(chuàng)新，每臺(tái)沖擊鉆主機(jī)上搭載一臺(tái)智能電腦，可以通過編制數(shù)碼程序的方式，來實(shí)現(xiàn)電腦控制鉆機(jī)的錘距以及鉆進(jìn)速率。完美的解決了單繩沖擊鉆人工操作，自動(dòng)化程度低的問題，大大提高了鉆進(jìn)速率。二代單繩沖擊鉆在鉆進(jìn)過程中，采用泥漿護(hù)壁。泥漿在沖錘的作用下，會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生一種擠壓力，這種擠壓力會(huì)使孔壁更加穩(wěn)定，不宜塌孔。

當(dāng)然在具體施工中，二代單繩沖擊鉆并沒有克服傳統(tǒng)單繩沖擊鉆的的一些弊端。比如單繩沖擊鉆的整體穩(wěn)定性不好，易發(fā)生鉆機(jī)易位現(xiàn)象；鉆進(jìn)過程中遇到軟硬不均勻的斜巖時(shí)，錘頭因受力不均勻，會(huì)發(fā)生錘頭擺動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致偏孔。除此之外，單繩沖擊鉆在取渣、清空、泥漿外運(yùn)方面都較為麻煩，而且在鉆進(jìn)過程中噪音較大，易發(fā)生卡鉆、吊錘現(xiàn)象。

2.2 旋挖鉆

旋挖鉆作為一種新型鉆機(jī)類型，具有短距離移動(dòng)方便、成孔速度快、機(jī)械化程度高、清空方便等優(yōu)點(diǎn)。但較沖擊鉆缺單也很多，比如單價(jià)稍高，體型過大，長距離移動(dòng)麻煩，耗能較高等。因此我們根據(jù)施工工期、地質(zhì)條件、工程單價(jià)等因素，合理的引進(jìn)了四類不同型號(hào)的旋挖鉆機(jī)。

2.2.1 徐工XR360旋挖鉆

徐工XR360旋挖鉆機(jī)作為一款中小型旋挖鉆機(jī)，采用進(jìn)口川崎液壓方式。由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵動(dòng)力頭，動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿，鉆桿帶動(dòng)可伸縮專用旋挖底盤，回旋鉆進(jìn)，保證了鉆機(jī)的整體穩(wěn)定性。該鉆機(jī)的最大鉆進(jìn)深度96 m，最大鉆孔直徑2.5 m，最大輸出扭矩360 kN·m，這些技術(shù)參數(shù)，保障了該類鉆機(jī)，對(duì)于樁徑較小、樁長較短的樁基，具備較快的成孔速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)樁長20 m，樁徑1 m，入巖3 m的柱樁，此類鉆機(jī)成孔需要（8～10）h。同等情況下，二代單繩沖擊鉆需要（36～48）h，大大提升了施工速率。此類鉆機(jī)共進(jìn)場(chǎng)兩臺(tái)，均布置在架梁方向上，目的是消滅樁基1m的柱樁，保證架梁機(jī)順利通過標(biāo)準(zhǔn)墩。

2.2.2 山河智能SWDM42旋挖鉆

山河智能SWDM42旋挖鉆屬于中型旋挖鉆機(jī)，采用液壓系統(tǒng)，節(jié)能安全。主、副卷揚(yáng)機(jī)安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，大大降低傾翻載荷，從根本上保障了整機(jī)的穩(wěn)定性。該鉆機(jī)的最大鉆孔深度105 m，最大鉆孔直徑3 m，最大輸出扭矩418 kN·m，這些技術(shù)參數(shù)，使得此類鉆機(jī)能夠滿足更為復(fù)雜的地質(zhì)情況。此類鉆機(jī)共進(jìn)場(chǎng)2臺(tái)，已經(jīng)完成了采用(70+125+70)m連續(xù)梁方式跨越S464省道兩側(cè)的主墩的全部樁基工作，此連續(xù)梁主墩樁基2 m，每個(gè)主墩共計(jì)12根樁基。因機(jī)器故障、工程單價(jià)、地質(zhì)復(fù)雜等原因，目前此類旋挖鉆機(jī)退場(chǎng)一臺(tái)，剩余一臺(tái)現(xiàn)在布置在連續(xù)梁主墩東海特大橋516#墩。該旋挖鉆機(jī)目的是解決采用 (48+80+48)m連續(xù)梁方式跨越S323省道兩側(cè)的主墩的全部樁基工作。據(jù)設(shè)計(jì)資料，此連續(xù)梁兩側(cè)主墩，東海特大橋516#墩和517#墩，樁徑均為1.80 m，每個(gè)主墩均共計(jì)11根樁基，其中東海特大橋516#墩設(shè)計(jì)最小嵌巖7.82 m，據(jù)516#-4樁，實(shí)際地質(zhì)核查資料顯示，目前該樁基實(shí)際入弱風(fēng)化片麻巖達(dá)到18.60 m。

2.2.3 德國寶峨BG46旋挖鉆

寶峨BG46旋挖鉆屬于全進(jìn)口德系旋挖鉆，此類旋挖鉆工作重量190 t，最大鉆孔深度105 m，最大鉆孔直徑3 m，最大輸出扭矩460 kN·m，這些技術(shù)參數(shù)加之全進(jìn)口配套德系鉆具，使得寶峨BG46旋挖鉆在國內(nèi)市場(chǎng)上，可以輕松傲視群雄。目前該設(shè)備布置在東海特大橋409#墩上，該墩為 (32+168+32)m系桿拱主墩。樁徑2.5 m，樁長17 m，該墩臺(tái)共計(jì)11根樁基，設(shè)計(jì)最小嵌巖6 m，設(shè)計(jì)方提供的勘探資料表明，巖石基本承載為800 kpa。據(jù)實(shí)際地質(zhì)核查資料顯示，實(shí)際嵌巖達(dá)10 m之多，巖石單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到166 Mpa?？紤]到工期緊急，實(shí)際地質(zhì)過硬等因素，選用了寶峨BG46旋挖鉆。由于該設(shè)備采用頂級(jí)的德系配置，進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用過高，加之409#墩總樁長才187 m，進(jìn)而導(dǎo)致該墩單價(jià)過高。為合理縮小單價(jià)，會(huì)讓該設(shè)備打168 m系桿拱主墩409#墩間隙，將168 m系桿拱邊墩410#墩一并打掉，后期還會(huì)讓該設(shè)備去打其他連續(xù)梁主墩的樁基工作。

2.2.4 徐工XR550D旋挖鉆

徐工XR550D旋挖鉆的研發(fā)，主要針對(duì)國內(nèi)特大橋、高速鐵路、高速公路等大型工程建設(shè)市場(chǎng)需要。該設(shè)備采用自主研發(fā)的旋挖鉆專用H型液壓伸縮式履帶底盤，裝備大直徑回轉(zhuǎn)支撐，保證超強(qiáng)的穩(wěn)定性和運(yùn)輸?shù)谋銛y性。該設(shè)備最大鉆孔直徑3.5 m，最大鉆孔深度132 m，動(dòng)力頭最大輸出扭矩為480 kN·m。該設(shè)備目前布置在系桿拱主墩408#墩上，目的就是爭搶全線最大的系桿拱工期，保證架梁按期順利通過。

3 相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

以單根柱樁為例，樁徑1.25 m，樁長30 m，進(jìn)入弱風(fēng)化片麻巖4 m為例統(tǒng)計(jì)各鉆機(jī)數(shù)據(jù)(詳見表1)，以供參考。

表1 各種型號(hào)鉆進(jìn)相關(guān)參數(shù)對(duì)照表

4 結(jié)束語

合理的鉆機(jī)選型對(duì)于鉆孔樁施工具有重要的影響，因此在鉆孔樁施工中要具體考慮工程實(shí)際。根據(jù)施工工期、地質(zhì)條件、工程單價(jià)等因素，結(jié)合各種型號(hào)鉆機(jī)的性能和優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)所選機(jī)型進(jìn)行合理的搭配，可有效提高工程質(zhì)量，減少鉆機(jī)閑置現(xiàn)象，增加工程效率。