改進加強型長螺旋鉆孔壓灌樁在全巖地層中的應用

鄧環(huán)宇

摘? 要：該文闡述了改進加強型長螺旋壓灌成樁工藝在全巖地層中的應用，比較分析3種可行成樁工藝的優(yōu)缺點，確定采用改進加強型長螺旋鉆孔壓灌樁作為成樁工藝，介紹了鉆機技術改進方法和手段，通過合理組織安排成孔及壓灌混凝土施工順序，解決了成樁過程中的潛在問題，拓展了長螺旋壓灌工藝應用范圍，此外，經(jīng)實踐總結(jié)，說明了應用工藝存在的不足之處以及需要改進的方向。

關鍵詞：改進加強型長螺旋鉆機;全巖地層;入巖成孔;壓灌順序調(diào)整

中圖分類號：TU753? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 項目概況

該建設項目位于遼寧省錦州市濱海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，施工樁基為鋼筋混凝土擋土墻底部樁基礎，東西方向成條狀分布。該樁基既作為頂部擋土墻基礎，承受豎向荷載，該樁嵌入深部巖層中，還可起到抗滑樁的作用，此外在一側(cè)土方開挖剝離后，通過錨索張拉施工輔助后，該樁基又可作為擋土樁。

設計樁徑為φ800 mm，樁長3.5 m～8.2 m，分為鋼筋混凝土樁和素混凝土樁，鋼筋混凝土樁沿著墻體走向按1.2 m間距布置，素樁主要布置在建設場地東側(cè)鋼筋混凝土樁中間，與鋼筋混凝土樁相互咬合對樁間土進行支護。

2 工程地質(zhì)條件

施工場地地層從上到下分布的主要地層為素填土、礫質(zhì)黏性土、風化花崗巖及砂巖地層，建設場地東側(cè)區(qū)域，樁長范圍內(nèi)為砂質(zhì)黏性土，黏性土呈棕黃色-磚紅色，可塑-硬塑，干強度、韌性中等;建設場地其他區(qū)域在樁基施工前，表層第四系土及雜填土均已清除，因此樁基開孔鉆進地層基本即為強風化花崗巖或者砂巖地層，巖石大多呈破碎狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石強度差異性大，勘察取芯巖樣單軸抗壓強度分布在10.6 MPa～40 MPa。

施工期間，未見地下水，鉆孔均為干孔。

3 成樁工藝選擇

該建設項目樁基樁長較短，在項目實施前期，通過比選，擬確定3種可適應于該場地的成樁工藝，分別為沖擊正反循環(huán)鉆機成孔-水下混凝土灌注、旋挖鉆機成孔-水下混凝土灌注、長螺旋鉆孔壓灌成樁，3種成樁工藝在該建設場地的適應性及優(yōu)缺點分析如下。

（1）沖擊正反循環(huán)鉆機成孔-水下混凝土灌注成樁

沖擊成孔灌注樁樁徑一般為φ800 mm以上，管狀或者實心錐頭利用重力勢能錘擊破碎巖土層成孔。其優(yōu)點是在各種地層中均可實現(xiàn)有效鉆進，適應性強。缺點是施工速率慢，需要拌制泥漿沖洗液，污染嚴重，沉渣清理難度大，充盈系數(shù)相對較大，造價較高。

（2）旋挖鉆機成孔-水下混凝土灌注成樁

旋挖鉆機成孔工藝目前應用最為廣泛，其可以通過更換專用鉆頭適用于各種地層，施工效率高，鉆機自動化程度高，可在各種復雜場地內(nèi)施工作業(yè)，輔助需求相對較少。缺點是成孔后，塌孔縮頸容易發(fā)生，尤其在軟土地層中容易產(chǎn)生負壓引起深層孔壁坍塌，必要時也需造漿輔助護壁，成樁質(zhì)量不易保障，重大工程應用中，重點需關注沉渣厚度及樁體質(zhì)量問題。

（3）長螺旋鉆孔壓灌成樁

傳統(tǒng)長螺旋鉆孔適用于在黏性土、粉土、沙土、填土、非密實的碎石類土以及強風化巖等地層中鉆進成孔，施工效率高、振動小、噪聲低、環(huán)境污染小，在壓力灌注條件下成樁質(zhì)量易于保障，缺點是只能在相對均質(zhì)、松軟的第四系巖土層鉆進施工，尤其不適應于在相對堅硬地層中施工，應用范圍有限，其自身的一些優(yōu)點得不到發(fā)揮。

近年來，各種改進型長螺旋鉆機的研制、開發(fā)及應用擴大了長螺旋鉆機的適用范圍，改進技術主要是從改進鉆頭及鉆進形式，加大軸向壓力，加大旋轉(zhuǎn)扭矩等方面改進加強。該應用項目選用的改進加強型長螺旋鉆機采用雙直流動力電機提供動力，可提供250 kN·m扭矩，利用增設的加壓卷揚裝置最大可提供400 kN軸向壓力以利于在巖石地層中破巖鉆進，鉆機鉆頭為錐形結(jié)構(gòu)，鉆頭主體材料為高強鋼材，耐磨性好，鉆頭螺旋狀胎體外沿焊接鎢鈷硬質(zhì)合金齒牙，進一步適應于高強巖石地層鉆進，該型鉆機在錦州市老城區(qū)基坑工程項目中成功應用，中等風化礫巖層最大鉆進深度為3.7 m。

應用項目工期要求特別短，建設地點位于大型國有石油化工企業(yè)生產(chǎn)場地內(nèi)，環(huán)保及安全要求標準為極高級別，綜合考慮上述3種工藝的優(yōu)缺點以及工藝對于現(xiàn)場條件的適應性，最終選用改進型長螺旋鉆機作為該應用項目的成樁工藝。

4 成樁施工工藝流程

該應用項目全巖地層成樁工藝流程如下。

（1）樁孔位置測量放線定位后，為了減少樁位偏差，利用小型挖掘機破巖裝置沿作業(yè)面點位鑿巖開挖出一系列小型導向坑，引導鉆頭開孔鉆進。

（2）鉆機就位，破巖鉆進達到設計樁長孔深，達到預計孔深后不立即壓灌混凝土，而是繼續(xù)按孔位排序鉆進后續(xù)樁孔，完成的樁孔為保障安全，可立即用樁孔鉆進過程中產(chǎn)生的巖屑回填，杜絕其他雜物摻雜其中被回填至樁孔內(nèi)。

（3）待樁孔數(shù)量達到預定數(shù)量后（滿足一定數(shù)量混凝土集中供應條件），安排鉆機在已形成鉆孔的樁位處再次鉆進并超鉆深度0.3 m～0.4 m，隨后通過中空的鉆桿向孔內(nèi)壓灌混凝土直至孔口。

（4）提出鉆具，利用振搗下壓方式下發(fā)安裝鋼筋籠。

5 項目實際應用中的初步嘗試以及存在的問題

（1）該應用項目首次在全巖地層條件下選擇改進型長螺旋鉆機開展成樁作業(yè)，具有一定先導性，進一步驗證了長螺旋壓灌樁工藝在類似地質(zhì)條件下的可行性及可操作性。

（2）為了減小全巖地層中樁位偏差，試驗性地在鉆機開孔鉆進前開鑿引導坑，通過現(xiàn)場實施驗證，可在一定范圍內(nèi)保證孔位偏差。

（3）結(jié)合該項目中樁長相對較短，單樁混凝土需求量少，巖石地層鉆進樁孔時間較長，并考慮長螺旋壓灌工藝特點，該應用項目選擇“集中鉆進成孔，二次清孔壓灌混凝土成樁”的施工工藝，即根據(jù)設計要求先行成批量鉆進形成樁孔，在此期間不按根壓灌混凝土，待樁孔混凝土需求量達到一定數(shù)量后，按樁位順序再次鉆進已形成管狀孔洞的樁孔，隨后壓灌混凝土并振動安裝鋼筋籠最終成樁，經(jīng)驗證，該種成樁組織方式也具有一定開創(chuàng)性和可行性，可解決混凝土待時過長凝固造成堵管問題，此外混凝土可集中供給，利于與商砼站的配合協(xié)調(diào)組織工作。

該工藝在該應用項目中取得了一定成果，但在應用中也出現(xiàn)了一些不適應和需要改進的方面，主要有。

（1）錐形鉆頭在開孔鉆進過程中，因巖石地層強度存在的差異性容易出現(xiàn)孔位偏差，鉆頭缺少有效導向結(jié)構(gòu)裝置，因此可進一步優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

（2）改進鉆機采用直流電機作為主要動力來源，需配備復雜交變電流轉(zhuǎn)換直流電裝置，整機運行易受外部電源條件影響，此外復雜的電流轉(zhuǎn)換集成電路及輸配電線路自身也易出現(xiàn)問題，下一步需提高配電系統(tǒng)的自身穩(wěn)定性及可靠性。

（3）鉆機各部件均為自主定制研發(fā)產(chǎn)品，缺乏相關構(gòu)配件配套，在單個部件損壞或者磨損后，需專門到相關加工企業(yè)加工定制，不利于工期保障，此外，在巖石地層中施工作業(yè)過程中，各主要部件承受很大的施工負荷時，象鉆桿、鉆頭及動力頭，鉆機無有效自身保護系統(tǒng)，容易造成電機過荷線路燒毀，鉆桿斷裂，鉆頭過度磨損等問題，因此需開發(fā)一套有效的自保系統(tǒng)。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)長螺旋壓灌成樁工藝其自身有很多優(yōu)點，但適用范圍有一定的局限性，尤其不適用于巖石地層中的應用，為拓展其應用范圍，改進加強型長螺旋壓灌成樁工藝被大膽地應用在全巖地層中的成樁作業(yè)中，通過調(diào)整成孔及壓灌混凝土順序，解決了混凝土待時過長凝固等問題，經(jīng)應用項目的有效組織和順利實施，驗證了全巖地層中采用長螺旋壓灌成樁工藝的可行性，為巖石地層中全螺旋壓灌成樁工藝的應用提供了一個范例。

參考文獻

[1]趙樹強，李建功.長螺旋（氣旋）鉆機壓灌樁在巖石地基中的應用[J].建材發(fā)展導向，2017（15）：66-69.

[2]劉守進.長螺旋鉆機的發(fā)展趨勢探析[J].技術應用，2014（3）：89-90.