旋挖鉆機(jī)硬巖鉆進(jìn)施工工藝探究

華樺

摘 要：目前旋挖鉆進(jìn)技術(shù)中對鉆進(jìn)硬巖、極硬巖常規(guī)辦法是采用旋挖鉆機(jī)筒鉆進(jìn)行“硬磨”。為解決上述問題，本文通過不對旋挖本身進(jìn)行改變，而是利用組合外部設(shè)備的方式大幅提高了對高強(qiáng)度巖鉆進(jìn)的入巖效率。

關(guān)鍵詞：道路橋梁工程;基礎(chǔ)工程;樁基施工

0 前言

旋挖鉆機(jī)是建筑工程中成孔作業(yè)的現(xiàn)代化施工機(jī)械，它具有自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動靈活、施工率高等特點。目前已廣泛應(yīng)用橋梁、市政設(shè)、高層建設(shè)等基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁工程。但是在硬地層如巖石或極硬巖中，嵌巖式的樁基施工技術(shù)仍處于不斷探索和完善階段，在應(yīng)用和施工經(jīng)驗方面的資料也很有限，為了適應(yīng)城市化發(fā)展的要求，隨著越來越多的超高層建筑、大橋梁的建設(shè)，將會有更多的樁基，需要嵌入中、微風(fēng)化硬質(zhì)巖或極硬巖層施工。

目前旋挖鉆進(jìn)技術(shù)中對鉆進(jìn)硬巖、極硬巖常規(guī)辦法是采用旋挖鉆機(jī)筒鉆進(jìn)行“硬磨”。

為解決上述問題，本文通過不對旋挖本身進(jìn)行改變，而是利用組合外部設(shè)備的方式大幅提高了對高強(qiáng)度巖鉆進(jìn)的入巖效率。

1 旋挖鉆機(jī)的優(yōu)越性及工作原理

旋挖鉆機(jī)采用動力頭裝置，具有軸向壓力及扭矩大的特點。施工時，鉆機(jī)根據(jù)不同地層可自動調(diào)整，使各項鉆進(jìn)參數(shù)達(dá)到最佳，自有的行走功能和桅桿變幅機(jī)構(gòu)使得鉆具能正確的就位到樁位，利用桅桿導(dǎo)向下放鉆桿將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位，鉆機(jī)動力頭裝置為鉆桿提供扭矩、加壓裝置通過加壓動力頭的方式將加壓力傳遞給鉆桿鉆頭，鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土、卸土，直鉆符合設(shè)計深度。節(jié)省大量人力。作業(yè)人員在安全的環(huán)境下作業(yè)，實現(xiàn)本質(zhì)安全。旋挖鉆進(jìn)為干式或無循環(huán)泥漿鉆進(jìn)，護(hù)壁泥漿為可重復(fù)利用，無需外運，大大減少環(huán)境污染，挖出的土直接裝車外運，保持現(xiàn)場清潔平整;旋挖鉆機(jī)采用原裝進(jìn)口柴油機(jī)，噪音小、功效高，能耗是完成相同工作量鉆（沖）孔樁機(jī)的1/4。據(jù)統(tǒng)計，在相同地層旋挖鉆機(jī)的成孔速度是傳統(tǒng)（沖）孔鉆機(jī)的3～5 倍左右。

2 潛孔鉆機(jī)的工作原理

潛孔鉆機(jī)一般用于鉆鑿巖石錨索孔、錨桿孔、爆破孔、注漿孔等鉆鑿施工。其工作原理是，潛孔鉆的風(fēng)動沖擊器連同金剛石鉆頭裝在釬桿的前端，鉆孔時，推進(jìn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)推進(jìn)并將一定的軸向壓力施加于孔底，使鉆頭與孔底巖石相接觸;回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)，安裝在鉆桿前面的沖擊器，在壓縮空氣的作用下，使活塞往返沖擊鉆頭，完成對巖石的沖擊;壓縮空氣從回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)入，經(jīng)中空桿直達(dá)孔底，把破碎的巖粉從鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間排至孔外。由此可見，潛孔式鑿巖的實質(zhì)是，在軸向壓力的作用下，沖擊和回轉(zhuǎn)兩種破碎巖石方法的結(jié)合，其中沖擊是間斷的，回轉(zhuǎn)是連續(xù)的，巖石在沖擊和剪切力作用下不斷地被壓碎和剪碎，可見潛孔鉆機(jī)對巖石的破壞性是顯著的。行走裝置由行走架、液壓馬達(dá)、多級行星式減速機(jī)、履帶、驅(qū)動輪、從動輪及張緊裝置組成，可適應(yīng)大多數(shù)地型自由行走。

本項目則集合以上兩種機(jī)械特點，采用潛孔鉆機(jī)配合旋挖鉆機(jī)的方法進(jìn)行施工，快速突破硬質(zhì)或極硬巖層，從而提高機(jī)械使用效率、降低施工成本、提高施工效率。

3 工程概況

重慶市某工程項目處于滑移帶上，需成孔數(shù)十根基礎(chǔ)樁。場地地層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，主要分布有人工填土、滑坡堆積層、石英砂巖、量碳質(zhì)泥巖等。設(shè)計要求樁端嵌入中、微風(fēng)化石英砂巖層，且樁端以下支承巖層的3倍樁徑或5 m深度范圍是完整石英砂巖層。該項目淺層石英砂巖與碳質(zhì)泥巖交替發(fā)育，故需多次穿過石英砂巖完成嵌巖。石英砂巖天然強(qiáng)度達(dá)85 MPa～135 MPa。屬于堅硬巖層，如采用普通SR420旋挖機(jī)在中風(fēng)化層鉆進(jìn)緩慢，在微風(fēng)化層甚至無法鉆進(jìn)。

4 主要施工難點

（1）成孔垂直度偏差大，深距離鉆進(jìn)地層阻力大，易使鉆桿彎曲偏斜。軟硬地層交替易致鉆頭偏鉆，形成斜孔。

（2）成孔孔徑難保證上軟下硬地層易使樁徑出現(xiàn)上端大、下端小的現(xiàn)象，原因是上端樁穿越軟土地層，成孔時間久，孔壁擾動影響大，易出塌孔等不良問題，造成孔徑擴(kuò)大。

（3）在軟硬層過渡區(qū)域，鉆機(jī)鉆進(jìn)困難，鉆頭偏向較軟地層，從而使鉆頭不斷向各個方位鉆進(jìn)，但一旦進(jìn)入硬巖層，鉆頭握裏力強(qiáng)勁，就不再擴(kuò)孔，所以易造成孔徑大小不一的情況發(fā)生。

（4）成樁工效低，成本高，由于樁徑大，入巖深，巖層單軸抗壓強(qiáng)度高，鉆齒磨損嚴(yán)重，鉆頭進(jìn)尺緩慢，成樁式效過低，造成施工成本高。

5 施工技術(shù)要點

根據(jù)本項目特點和施工難點分析，本文提出的組合式施工工藝不但要實現(xiàn)樁底硬巖破碎，保證成孔垂直度、孔徑質(zhì)量，需且要保證施工工效高、成本低。

（1）平整場地，測量放樣將施工位置夯實、整平，一般開發(fā)部坡度不大于3度，地基承載力特征值不小于200 kPa，以適宜旋挖、潛孔鉆機(jī)、吊車、混凝土罐車出入施工現(xiàn)場。施工現(xiàn) 場水、電、路三通，達(dá)到施工要求。

（2）潛孔鉆機(jī)使用方式：1）在原地面延樁內(nèi)壁均勻布孔，每孔間距10 cm，垂直鉆進(jìn)至設(shè)計深度，孔間間距是為保證孔壁厚度，防止輕微偏心后動能過大而導(dǎo)致串孔。然后再由旋挖鉆機(jī)開孔，鉆進(jìn)至設(shè)計高程。此種方式優(yōu)點：是在旋挖開孔前施工，即提高了潛孔鉆機(jī)的使用率，也不影響旋挖機(jī)正常施工，同時對旋挖筒鉆鉆齒垂直范圍內(nèi)的巖層造成破壞，保證成孔垂直度，提高了施工工效。缺點：是由于從原地面開鉆，每單孔施工周期相對延長，且需嚴(yán)格控制潛孔鉆成孔垂直度，防止串孔?？捎娩摪遄灾颇＞咛岣咝?。2）在旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至硬巖時停止，在樁孔口平放一根工字鋼作為潛孔鉆機(jī)鉆架的作力點，由潛孔鉆機(jī)在巖層上施鉆，布孔以蜂窩狀更為有利，起到破壞孔內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)的作用，突破該層或鉆進(jìn)至設(shè)計高程，再替換為旋挖鉆機(jī)施工。優(yōu)點：是潛孔鉆機(jī)單孔施工周期短，可利用旋挖鉆機(jī)多孔施工中的間隙交替作業(yè)。缺點：是鉆頭需加長至巖層施鉆，由于高度過大，且鉆桿無束縛，擺動大，無法實現(xiàn)延樁內(nèi)壁均勻布孔，破壞的是樁中心部分的巖層結(jié)構(gòu)，所以布孔數(shù)較第一種方式多。但同樣能提高成孔工效。

6 結(jié)語

本文提出的應(yīng)對堅硬巖旋挖施工工藝，是采用潛孔鉆和旋挖鉆機(jī)的組合施工。潛孔鉆機(jī)具有鉆孔、導(dǎo)孔以及破壞樁基內(nèi)部巖層結(jié)構(gòu)的作用，旋挖鉆機(jī)利用筒鉆可反復(fù)突破巖層夾層，到達(dá)設(shè)計深度，從而滿足樁基有效長度和設(shè)計嵌巖要求。 該新工藝方法具有以下優(yōu)點：

（1）潛孔鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)的組合能適于層巖硬度超過120 MPa硬巖中。

（2）本工藝結(jié)合了潛孔鉆和旋挖鉆機(jī)設(shè)備特點，潛孔鉆即可在樁基位置先施工到樁基設(shè)計深度，也可在開孔進(jìn)入巖層后把巖石打成蜂窩狀，用以破壞樁基底部巖石結(jié)構(gòu)，然后再使用旋挖鉆機(jī)施工，提高入巖效率，節(jié)省施工時間。有效地降低施工成本，同時能夠有效地降低施工現(xiàn)場噪音污染，保護(hù)環(huán)境，特別適用于市區(qū)等對于噪音環(huán)境要求較高地段。

（3）本工藝對潛孔鉆機(jī)使用方式進(jìn)行改進(jìn)，使原本僅用于成孔錨桿、爆破孔等的機(jī)械器具提供了新的使用方式，即提高了機(jī)械使用率又可為成孔質(zhì)量和成效率提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]于春紅.如何控制建筑工程中鉆孔灌注樁質(zhì)量和技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2013（9）：312.

[2]曹新苗.河床巖石邊坡上大口徑鉆孑瞧工技術(shù)[J].中國煤炭地質(zhì)，2018，20（7）：62-63.

[3]文敏.深空孔超長麵巖樁關(guān)鍵施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2015（4）：34-36.

[4]殷志堅.論灌注樁在建筑施工中的應(yīng)用[J].科技傳播，

2010（15）：186-187.

[5]雷世松，魏春來.大直徑超長樁基成孔方法的探討[J].交通世界，2019（Z1）：190-191+199.