GPS-30A工程鉆機在某大廈樁基工地的應(yīng)用

陳雪峰，凌 雁，孫金柱，李學(xué)輝

（江西省昌水建設(shè)工程有限公司，江西南昌330095）

1 項目概況

某鉆孔灌注樁大廈工程是大型城市綜合體建筑。場地位于浙江省溫州市城區(qū)解放南路附近，總建筑面積約175000m2。主樓68+4層，高度約330m，裙樓6層，地下室深20m左右。施工中克服了場地工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜等諸多困難,巖性多樣化，主要有石英閃長巖，其中中風(fēng)化殘留體的強度值最高達(dá)到300MPa，平均強度值達(dá)到68MPa，由于鉆孔超深，地質(zhì)條件特別復(fù)雜，鉆孔垂直度要求不大于0.5%，比常規(guī)工程高。根據(jù)施工經(jīng)驗，決定采用的主要破巖工法是：鑲齒和焊齒相結(jié)合的滾刀回轉(zhuǎn)鉆進方法，結(jié)合我公司成熟的泵吸反循環(huán)鉆進工藝。鉆機選型采用上海探礦機械廠生產(chǎn)的GPS-30A和GPS-20HA兩種工程回轉(zhuǎn)鉆機，GPS-30A工程回轉(zhuǎn)鉆機較好地解決了在工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜的地層遇到的諸多工程技術(shù)難題，提高了鉆進效率，為工程的順利完工發(fā)揮了主要作用。

2 場地工程地質(zhì)條件

場地在勘察深度內(nèi)由回填土、粘土、淤泥質(zhì)粘土、粘性土、坡殘積粉質(zhì)粘土混碎石、風(fēng)化基巖等9個地層組成?；鶐r細(xì)分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化基巖，風(fēng)化帶界面起伏較大，風(fēng)化規(guī)律較差，全風(fēng)化基巖中常夾有強風(fēng)化及中風(fēng)化殘留體，中風(fēng)化殘留體主要大規(guī)模出現(xiàn)在6-6剖面，給鉆進成孔工作造成很大麻煩。

3 施工工藝、施工設(shè)備選型及機具

項目基礎(chǔ)類型為大直徑鉆孔灌注樁，結(jié)合項目情況和施工經(jīng)驗，采用泵吸反循環(huán)成孔工藝，松散層采用錐形刮刀鉆頭鉆進，殘留體及強風(fēng)化改換滾刀鉆頭破巖鉆進完成。

施工設(shè)備及配套機具：GPS-20HA和GPS-30A工程回轉(zhuǎn)鉆機、3PNL和4PNL立式泥漿泵、8BS和6BS砂石泵、?800mm和?1100mm錐形刮刀鉆頭、?800mm和?1100mm滾刀鉆頭。

4 GPS-30A工程鉆機的主要技術(shù)性能和特點

4.1 GPS-30A工程鉆機的主要技術(shù)性能參數(shù)（見表1）

表1 GPS-30A工程鉆機的主要技術(shù)性能參數(shù)（與GPS-20HA工程鉆機對比）

4.2 GPS-30A工程鉆機的主要特點

GPS-30A工程鉆機為散裝式轉(zhuǎn)盤鉆機，適用于鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎(chǔ)樁孔的鉆進，也可用于大口徑水井及其他工程井的鉆進，主要用于第四紀(jì)地層。其主要特點如下：

（1）最大鉆孔直徑為3000mm。

（2）鉆機為機械傳動，機械、液壓操縱，操作方便、可靠。

（3）鉆機轉(zhuǎn)速范圍廣，有6擋變速，適用于不同地層要求，利于提高鉆進效率。

（4）整套設(shè)備安裝在滑撬式底座上，對孔位方便，機動性強。

（5）液壓操縱滑臺平移讓出孔口，孔口開闊，起下大直徑鉆具靈活、方便。

（6）鉆塔上設(shè)有導(dǎo)向槽，有助于提高鉆孔垂直度，降低超徑系數(shù)。鉆塔上有水龍頭后置懸掛裝置，主動鉆桿不落地，減輕勞動強度，縮短輔助作業(yè)時間。

（7）主、副卷揚均采用行星式卷揚機構(gòu)，提升能力強，輔助水龍頭后置懸掛裝置，可實現(xiàn)塔上無人作業(yè)。

（8）鉆進可采用加重塊加壓（根據(jù)不同地層使用）。

（9）排渣方式為泵吸反循環(huán)或氣舉反循環(huán)，排渣效率高，減少孔底重復(fù)破碎，鉆進速度快。

5 GPS-30A工程鉆機鉆進參數(shù)的選擇（見表2）

表2 鉆進參數(shù)及泥漿性能參數(shù)

6 GPS-30A工程鉆機操作注意事項

（1）下鉆速度不要太快，嚴(yán)禁猛墩猛放。

（2）鉆頭接近孔底是鉆具下放速度不能太快，不允許突然剎車。

（3）鉆頭下入孔底后必須用低轉(zhuǎn)速鉆進0.2m以上，才能使用正常鉆進參數(shù)。

（4）鉆進過程必須均勻，不允許間斷加壓。

（5）轉(zhuǎn)速控制在廠家推薦的范圍內(nèi)，選擇中低轉(zhuǎn)速。

（6）鉆頭上部接扶正器，保證鉆孔的垂直度。

（7）孔底有鐵件等異物時嚴(yán)禁下鉆開孔，要等處理好后才可開孔。

7 工程主要問題和采取相應(yīng)技術(shù)措施

7.1 工程主要問題

7.1.1 鉆孔擴孔情況現(xiàn)象普遍且擴徑系數(shù)大

鉆孔灌注樁設(shè)計樁徑?1100mm,根據(jù)灌注記錄表逐段分析發(fā)現(xiàn),有些樁局部孔徑超出設(shè)計直徑過大，達(dá)2.2m以上,分析其擴孔直徑大的原因有以下幾個方面：

（1）粉質(zhì)粘土混碎石段由于粉質(zhì)粘土不均勻的混有碎石，粉質(zhì)粘土粘性又較差，如果泥漿性能指標(biāo)不能滿足要求的條件下，就極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致該地段擴孔，充盈系數(shù)偏大，基巖地層鉆進中出渣口可見細(xì)顆粒粘土，說明上部塌孔現(xiàn)象較為常見。

（2）由于孔深超深(最深孔達(dá)122m),鉆桿處于彎曲狀態(tài)下回轉(zhuǎn),鉆桿撓度大，在回轉(zhuǎn)過程中會不斷接觸鉆孔孔壁，導(dǎo)致鉆孔擴徑嚴(yán)重；實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果表明超深孔超方最大。

7.1.2 成孔鉆進效率低下

（1）遇到破碎地層，破碎的巖石粒徑較大，極易造成水龍頭彎管處、砂石泵葉輪處及鉆頭吸水口的堵管、堵鉆頭事故問題，鉆桿采用法蘭盤連接，一次堵管事故的處理將耽誤一個班的工作時間，嚴(yán)重影響工作效率。

（2）場地地層中普遍均含有堅硬的殘留體，遇到中風(fēng)化殘留體時成孔鉆進效率極其低下，平均鉆進速度0.15m/h,有的鉆機成樁不到2根/月，對工期影響較大。

7.1.3 掉鉆等孔內(nèi)事故發(fā)生較頻繁

項目實施期間，基本上每臺鉆機均發(fā)生過因鉆桿折斷而掉鉆事故。有些鉆機因鉆桿折斷或螺桿折斷導(dǎo)致掉鉆事故發(fā)生多起。鉆桿折斷或螺桿折斷基本上發(fā)生在滾刀鉆頭與其上第一、二根鉆桿連接的法蘭盤焊接部位。也有的發(fā)生在鉆桿中下部。鉆桿折斷或螺桿折斷主要原因。

（1）由于鉆孔超深，鉆孔發(fā)生偏斜后仍繼續(xù)鉆進，鉆桿在彎曲狀態(tài)下轉(zhuǎn)動，其環(huán)截面產(chǎn)生拉壓交變應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞破壞而發(fā)生折斷鉆桿事故。

（2）由于GPS-20HA工程鉆機鉆桿為?194mm×δ16mm，這批鉆桿質(zhì)量上存在一些缺陷（因為工期緊張，臨時趕制加工而成），在某些方面（如：綁條焊和材質(zhì)）上沒有達(dá)到設(shè)計要求。硬巖進尺中時扭矩大，在法蘭盤焊接處均出現(xiàn)鉆桿裂。而GPS-30工程鉆機鉆桿規(guī)格為?245mm×δ20mm，未沒有發(fā)生過因鉆桿折斷事故，發(fā)生的事故均由鉆頭體強度弱或螺桿松掉后剪切斷造成。

7.1.4 鉆孔偏斜

導(dǎo)致鉆孔偏斜率大的原因主要是場地地層因素，二是鉆進操作參數(shù)控制不當(dāng)所致。

（1）當(dāng)鉆進至風(fēng)化基巖接觸面孔段時，由于接觸到起伏峰谷狀不整合面，其產(chǎn)生的反作用力相差極大，極易造成順坡溜情況。

（2）風(fēng)化殘留體鉆孔段因巖性特別破碎，破碎帶主要是粒徑不等的碎塊包裹有大塊巖石構(gòu)成，滾刀由于受力不均勻致使鉆頭向一邊偏斜。

7.2 工程中采取的技術(shù)措施

7.2.1 防止孔內(nèi)事故的技術(shù)措施

（1）及時分析和總結(jié)折斷鉆桿和剪斷螺桿的原因，更換一批鉆桿，加大鉆桿壁厚，鉆桿改為?194mm×δ20mm；螺桿粗牙變細(xì)牙，螺桿的強度等級由8.8級提高至10.9級以及使用雙背帽，實施證明折斷鉆桿事故大為減少。

（2）經(jīng)常性檢查鉆具使用磨損情況，出現(xiàn)孔內(nèi)異常狀況，立即起鉆檢查，杜絕麻痹心理。

（3）制訂事故處理應(yīng)急預(yù)案。由于樁孔超深，現(xiàn)場項目部及機組必須具備處理孔內(nèi)事故的能力，制定事故處理應(yīng)急預(yù)案和事故應(yīng)急處理領(lǐng)導(dǎo)小組，配備常用事故打撈工具（如：事故打撈鉤和強力磁鐵等）。

7.2.2 提高鉆進效率的技術(shù)措施

（1）保證泥漿性能指標(biāo)滿足設(shè)計要求，特別泥漿粘度要求不降低，采取泥漿除砂器，做到經(jīng)常性掏出泥漿池中鉆渣，及時凈化泥漿，避免鉆渣在孔內(nèi)重復(fù)破碎，充分發(fā)揮泵吸反循環(huán)工藝清渣干凈優(yōu)勢。

（2）巖性強度較高地層，適當(dāng)加大鉆桿配重，提高孔底鉆壓，滿足滾刀鉆進克取巖體的最小鉆壓要求。

（3）經(jīng)常檢查鉆頭磨損程度情況，對磨損嚴(yán)重的滾刀分析原因，及時更換滾刀或改變滾刀焊接位置，對滾刀重新合理配置，充分發(fā)揮其使用效率，最大程度節(jié)約成本。

7.2.3 防止孔斜、擴孔的技術(shù)措施

（1）結(jié)合鉆桿在孔內(nèi)的運轉(zhuǎn)形態(tài)，現(xiàn)場加工?1020mm×1480mm的扶正器，扶正器的筒體不轉(zhuǎn)，下放位置位于預(yù)計孔深的1/3處跟進鉆進，起到扶正鉆桿的作用，防止鉆桿碰撞孔壁形成擴孔情況。

（2）現(xiàn)場制作筒狀反錐形鉆頭有效解決超深鉆孔孔斜問題；筒體外沿焊牙輪，筒體內(nèi)反錐翼片上焊金剛石復(fù)合體，鉆頭在遇到軟硬不均和巖面傾角大的地層時，筒體鉆頭可以在四周形成環(huán)狀槽，起到鉆孔定位的作用，對預(yù)防孔斜起到很好的作用。

（3）入巖孔段確保鉆孔垂直度，采用加大配重并在懸垂?fàn)顟B(tài)下低轉(zhuǎn)速的規(guī)程鉆進，直至入巖鉆進至完整基巖段后從減壓鉆進階段改為正常鉆壓鉆進。

8 結(jié)語

通過某大廈超深鉆孔嵌巖樁的施工，對GPS-30A工程鉆機在鉆進復(fù)雜地層的硬巖有如下認(rèn)識：

（1）在鉆進工藝參數(shù)的選擇上要根據(jù)地層情況靈活選用，GPS-30A工程鉆機有6個擋位的轉(zhuǎn)速可以選擇，適應(yīng)范圍廣，能夠充分發(fā)揮鉆效。

（2）在硬巖施工中必須保證每把滾刀至少15kN左右的鉆壓，鉆壓是克取巖石必不可少的條件。

（3）為避免孔內(nèi)掉鉆事故的發(fā)生，事先必須充分估計可能發(fā)生的事故類型，配備常用打撈工具和設(shè)備，制定有針對性的預(yù)防應(yīng)急預(yù)案。

（4）加強鉆機操作人員的技能培訓(xùn)，正確掌握好鉆機操作的有關(guān)注意事項，嚴(yán)格遵守項目部制定的鉆機保養(yǎng)和維修等相關(guān)管理辦法，確保鉆機正常運轉(zhuǎn)，能有效延長鉆機使用壽命。

（5）選用滾刀鉆頭克服中風(fēng)化殘留體進尺問題，充分發(fā)揮鉆效，鉆頭上加上配重和扶正器，采用減壓鉆進,能有效預(yù)防孔斜。滾刀鉆頭鉆進巖性適應(yīng)范圍廣。

（6）在前期考察基礎(chǔ)上，在超深鉆孔的項目施工中選用4臺套GPS-30A工程鉆機，充分發(fā)揮了設(shè)備的優(yōu)越性能，為項目順利完工發(fā)揮了重要的作用。

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