洛陽鏟、沖擊鉆機及旋挖鉆機在復雜地層中的綜合應用

劉合勇

（河南省地礦局第五地質勘查院，河南鄭州450001）

洛陽鏟、沖擊鉆機及旋挖鉆機在復雜地層中的綜合應用

劉合勇*

（河南省地礦局第五地質勘查院，河南鄭州450001）

在復雜地層下，簡單的施工工藝已經不能滿足施工要求了。現以某電廠樁基工程為例，論述一下洛陽鏟、沖擊鉆機及旋挖鉆機在復雜地層中的綜合使用。此樁基工程是某電廠在原場地拆除舊機組建新機組，樁基頂部埋深-4.5m，樁長26m，樁徑700mm。

洛陽鏟；沖擊鉆機；旋挖鉆機

1　巖土地層構成及特征

擬建場地為原有機組場地，地形北高南低，場地平整、開闊。本工程為在原地拆舊機組，場地工程地質資料表明：巖石地層主要由填土和第四系沖積成因的黃土狀土及沖洪積成因的粉質粘土、卵石和砂巖組成。

地層自上而下依據巖土物理性質及工程特性的差別可分為8層：

層①雜填土：以建筑垃圾為主，粒徑大小不一，混有粘性土，為前期建筑物未完全清理所致，分布無規律，層厚1.00～3.50m。

層①素填土：成分以粉土和粉質粘土為主，部分地段，不同深度分布有雜填土（層①1雜填土）。層厚0.90～5.30m，該層為場地平整時經簡單碾壓而成，局部為直接堆填，濕，密實度差別很大。

層②黃土狀粉質粘土：孔隙發育，混有碎石，局部存在舊機組鋼筋混凝土梁。以可塑為主，具有壓縮性，具濕陷性。分布有軟弱層透鏡體和黃土狀粉土夾層，層厚5.70～15.30m。

層③黃土狀粉質粘土：褐黃色，見成孔、鈣質網紋和鐵錳質斑點，孔隙較發育，混有姜石。可塑狀態，具有中壓縮性。層厚1.20～5.50m。層底埋深18.00～26.30m，層底高程283.56～290.09m。

層④卵石：以紅褐色砂巖及灰褐色灰巖為主，一般粒徑40～70mm，局部有粒徑較大的紅色砂巖塊。渾圓狀，充填物由中砂和礫石組成。厚度為1.30～12.50m。

層⑤粉質粘土：含鐵錳質結核和少量姜石，土質較均勻，硬塑，具有中壓縮性。地層連續穩定。層厚9.60～22.20m。

層⑥卵石：成分以石英砂巖為主，一般直徑40～80mm，局部有較大的紅色砂巖塊。充填物為中砂和圓礫。密實，低壓縮性。層厚13.5～14.5m。

層⑦粉質粘土：粒徑10～20mm，土質較均勻，局部混有少量卵石，具有低壓縮性。層厚6.4～7.5m。

層⑧長石石英砂巖：以石英，正長石為主，巖石完整，中等風化。

2　地下水條件

場地內地下水為潛水，卵石層為其主要的含水層。區內地下水主要來源于大氣降水，地下水由北向南方向徑流，水力坡度平緩，徑流緩慢。地下水的排泄方式主要為垂直向上的人工開采及側向徑出。地下水埋深在21.40～26.20m左右，水位動態變化主要受大氣降水滲入影響。

3　地下水的腐蝕性評價

按《巖土工程勘察規范》（GB50021）的標準進行判別：按Ⅱ類環境類型評價，地下水對混凝土結構具微腐蝕性。在長期浸水和干濕交替環境下，地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。按地下水滲透性對混凝土結構的腐蝕性評價，地下水對混凝土具有微腐蝕性。

4　地基土的腐蝕性評價

按《巖土工程勘察規范》（GB50021）的標準進行判別：按Ⅱ類環境類型評價，土對混凝土結構具弱腐蝕性。對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。按地下水滲透性對混凝土結構的腐蝕性評價，土對混凝土具有微腐蝕性。

5　不良地質作用

擬建場地與周圍附近未發生不良地質作用。

6　地基土工程特性

6.1地基土分布規律

根據野外勘探所見，結合室內土工試驗和現場原位測試成果可以看出：場地巖石地層層序是其沉積環境的反映，符合沖洪積地層的一般規律，各主層連續性較好，上部地層（層④以上）工程特性較差，具有濕陷性，且分布有工程特性差的透鏡體，下部地層工程特性好。

6.2地基土承載力

根據室內土工試驗、野外原位測試統計成果，結合現場勘探的實際情況，通過采用經驗公式計算和工程經驗，綜合出各巖土地層的承載力特征值，如表1所示。

表1　地基土承載力特征值綜合表

6.3主要物理性質指標與工程特性指標建議

根據室內土工試驗成果，結合原位測試成果、現場勘探的實際情況和工程經驗，各方案巖土地層的主要物理性能與工程特性指標匯總如表2所示。

表2　主要物理性能與工程特性指標

7　飽和粉土液化性評價

場地地基土中分布有粉土、砂土，根據地下水埋深綜合判定，為非液化場地，可不考慮飽和粉土地震液化的影響。

8　地基土凍藏性評價

根據《建筑地基基礎設計規范》附錄F（中國季節性凍土標準凍深線圖）：擬建建筑物場地屬于季節性凍土，位于60cm凍深線以南，標準凍結深度小于60cm，依據收集的資料，最大凍結深度為18cm。

9　黃土濕陷性評價

場地分布有濕陷性黃土狀土，自重濕陷系數數值大于0.015呈零星分布，經計算，自重濕陷量小于70mm，為非自重濕陷性場地。濕陷起始壓力最小值100kPa，地層埋深為9m，相應高程為305.61m。濕陷程度以輕微為主，濕陷性呈不連續分布，濕陷等級輕微（Ⅰ級），濕陷層底埋深為15m，相應高程為292.89～295.79m。隨著壓力的增大，濕陷程度為輕微—中等，濕陷性連續增強，深度增大，層底埋深為22.60m。

10　地質災害風險分析

擴建場地屬于原地拆舊建新，場地平坦，位于澗河河谷平原，地形變化較小，沖溝不發育。地質構造不發育，沒有開采地下水，也沒有開采價值的礦藏，不存在地下采空區。在現條件下，場地內未發現崩塌、滑坡、泥石流、場面塌陷及地裂縫等地質災害，地質災害不發育，地質災害危險性小。

11　施工工藝

由于場地土層較為復雜，打樁需要比較復雜的工藝。

（1）需要先用挖掘機挖除表層建筑垃圾，并回填素土，對場地進行整平，重新測量定位樁基位置。

（2）對于碾壓過的素填土，使用洛陽鏟。洛陽鏟的成孔原理，主要是利用其鏟刀頭部下降時產生的動能，使鏟刀切入土體中，利用土質自身所具有的粘性，把土體提出地面，機械松開鏟刀，帶出的土在自重作用下，落在鏟刀下的推車內運走，不斷循環作業，完成樁孔內土方開挖。其主要施工工藝流程為：測量定點—人工挖孔坑—設備安裝、就位、調整位置并試運行—上端樁孔土方開挖、檢查直徑、垂直度并調整設備—中、底段樁孔土方開挖。該工藝主要適用于無地下水的粘性土、黃土、粉土及無礫石的人工回填地基。使用于干法成孔灌注樁，對土質的要求必須為具有粘性，土質應由一定的含水率，其開挖的樁孔直徑，適用于1m范圍內的孔徑，鏟刀上部的鋼管周圍平均分布有刮刀，利用其鏟刀下落時重力刮落孔邊上的土，從而形成1m直徑的樁孔。對于1m以內的孔樁，根據需要，通過調整刮刀距離即可實現。不適用與大直徑的孔樁。由于實際地質情況中均含有一定的非粘性土層，如卵石層、砂層、積水層等，另外在對孔底清理時，需配合人工開挖方式，但是，這并不影響此工藝在干法成孔灌注樁實際施工中的廣泛應用。

優點：機械洛陽鏟干法成孔工藝設備簡單、成孔速度快、施工成本低、對現場條件要求低等特點，特別適用于無地下水粘性土、黃土、粉土及無礫石的人工回填地基。施工時采用此成孔工藝，能大大加強施工進度。

（3）由于原機組修建時對素填土地面做了碾壓處理，素填土下方是原機組基礎，有大量鋼筋混凝土梁。

（4）就地拼裝鉆機架。十字型鉆頭，適當配重。遇到鋼筋混凝土梁時，應低錘沖擊或間斷沖擊，如發生偏孔應回填片石至偏孔上方300～500mm處，然后重新沖孔，遇到孤石時，可預爆或用高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎或擠入孔壁。沖孔中遇到斜孔、彎孔、塌孔時，應停止施工，采取措施孔壁垂直后再進行施工。每鉆過鋼筋混凝土梁，需要驗一次孔。

沖擊鉆機施工優點：用沖擊方法破碎鋼筋混凝土，所消耗的功率小，破碎效果好；同時，沖擊土層時的沖擠作用形成的孔壁較為堅固；設備簡單、操作方便，鉆進參數容易掌握，設備移動方便，機械故障小；鉆進時孔內泥漿循環的作用，使得懸浮鉆渣循環至地面排除，并保持了孔壁穩定，泥漿用量小；沖進過程中，只有提升鉆具時才需要動力，鉆具自由下落時不消耗動力的，能耗小。和回轉鉆相比，當設備功率相同時，沖擊鉆能施工較大直徑的樁孔。

（5）以下地層均采用旋挖鉆機施工。旋挖鉆機具有噪音小、污染少、鉆孔速度快的特點，最大鉆孔直徑為1.8m，最大鉆深62m。自帶履帶行走方便，操作采用微電腦系統控制，精度高，速度快，能自動調整樁身的垂直度和傾斜度，并能準確地控制鉆孔深度，旋挖鉆機最大優點是不需要外加泥漿護壁，減少環境污染，同時成孔速度快，功效是一般GPS-15鉆機的10倍。鋼筋混凝土梁以下的地層采用旋挖鉆機，能增加鉆孔效率，縮短工期。

12　結語

利用洛陽鏟在淺層土層投入小、回報大、效率高、體積小、操作方便、施工方便的特點，沖擊鉆機在堅硬巖層及鋼筋混凝土層的成孔優勢及旋挖鉆機在土層及強風化地層中高效率成孔的特點，解決了復雜地層下鉆孔灌注樁成孔難題，縮短了施工工期，并且使用干孔成樁，孔壁摩阻增大，孔底無沉渣，樁端承載力增大，取得了顯著地經濟和社會效益。

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［3］張永霞.淺談旋挖鉆的優點及施工實例［J］.城市建設理論研究（電子版），2012（3）.

［4］楊中波，劉樹幗.沖擊鉆喝旋挖鉆機結合成孔技術在灌注樁施工中的應用［J］.城市建設理論研究（電子版），2011（34）.

［5］韓永生.混凝土灌注樁鉆機類型選擇經濟技術分析［J］.鐵路工程造價管理，2008（3）.

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1004-5716（2016）05-0020-03

2016-01-13

2016-01-14

劉合勇（1979-），男（漢族），河南鄭州人，工程師，現從事地質工程施工技術工作。