氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機在復雜地層樁基施工中的應用

劉 偉， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機在復雜地層樁基施工中的應用

劉 偉， 蘇 波， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

傳統旋挖鉆機在完整中～硬質基巖段以及易塌孔孔段施工難度大、效率低，極易發生孔內事故。以南京電建地產洺悅府樁基礎項目為背景，比較了普通旋挖鉆機、潛孔錘鉆機、長螺旋鉆機三種方案的優缺點，充分利用大直徑潛孔錘鉆具進尺效率高的特點，同時利用粘性土膠結性好的特點，有效解決了塌孔的施工難題，拓寬了其在復雜地層的施工范圍，為施工類似地層提供了技術參考。

氣動潛孔錘；長螺旋鉆機；樁基礎；復雜地層

隨著城市化進程的不斷推進，越來越多的樁基礎要在地下水位高、地質條件復雜、土體原位性能極不均勻、巖體強度極高的條件下進行施工。適當的施工工藝有助于提高工效，節約成本資源。因此，開展復雜地層條件下樁基礎施工工藝研究、為類似地質情況的樁基礎施工積累經驗及提供參考具有十分重要的意義。筆者以南京電建地產洺悅府樁基礎項目為背景，探究了潛孔錘配合長螺旋鉆機在復雜地層條件下的施工工藝。采用潛孔錘鉆具配合長螺旋鉆機鉆進成孔作業，解決了樁基礎需要穿透大粒徑、不規則塊石、漂石、孤石以及卵礫石等復雜地層、地層較完整、裂隙不發育的中～硬質基巖的樁基成孔技術難題[1]。

1 工程概述

南京市電建地產洺悅府項目位于南京市棲霞區萬壽村伏家場邁堯路611號，東依華山路，南臨邁化路，西近樂居雅花園一、二期，北靠神農路。擬建建筑物共33棟，主要由住宅樓、商業用房、幼兒園組成。樁基工程采用混凝土鉆孔灌注樁，樁長6～16.6 m，樁徑為600 mm，樁身混凝土強度等級為C30。鉆孔要求入中等風化粉砂巖深度大于、等于1 m，實行樁長與入巖雙控。

場地表層為人工填土，其下局部為全新統(Q4)新近沉積的粉質粘土，中部為一般沉積的粉質粘土，下部為上更新統(Q3)沉積的粉質粘土，下伏基巖為侏羅系象山群(J1-2xn3)的含礫粉砂巖、砂礫巖，強風化基巖埋深0.5～24.7 m，中等風化基巖埋深2～29 m，巖面局部起伏較大。擬建場地B-05樓原為南京化纖股份有限公司廠區，建筑物拆除后一直荒廢、閑置并曾臨時作為樂居雅花園一、二期建筑垃圾堆放場地。勘察施工時，場區內不均勻分布著大面積的厚層雜填土，該厚層雜填土主要由粉質粘土夾含少量碎石、磚塊和建筑垃圾組成，硬質雜物含量不均，一般為10%～20%，局部富集達50%左右，直徑一般為0.5～30 cm不等，局部夾少量直徑大于50 cm的碎石，結構極松散。

2 施工工藝的選取

B-05樓建設場地雜填土地層的地質條件復雜，粉質粘土、碎石、建筑垃圾未被均勻壓實，回填層中含有大量粒徑不均的硬質雜物，采用普通旋挖鉆機在鉆孔灌注樁基施工時面臨卡鉆、傾斜及塌孔等技術問題；回填層中大粒徑硬質雜物形成的空洞在樁基的混凝土灌注過程中會造成大量混凝土的外漏；下伏的中等風化基巖強度較大，普通旋挖鉆機鉆進效率可能受影響。

針對可能面臨的技術難題，項目部通過采用不同的施工工藝進行現場試樁試驗：(1)普通旋挖鉆機鉆進成孔(圖1)；(2)長螺旋鉆機鉆進成孔(圖2)；(3)潛孔錘沖擊回轉鉆進成孔(圖3)。

根據地質勘察報告中B-05樓現場工程地質條件，選取地質情況接近的六處進行了三個試樁(SZ-01，SZ-02，SZ-03)的施工，分別采用普通旋挖鉆機鉆進成孔、長螺旋鉆機鉆進成孔、潛孔錘沖擊回轉成孔，利用試樁成孔情況比較了其成孔效率及成孔質量。

圖1 普通旋挖鉆機圖

圖2 長螺旋鉆機圖

在試樁施工鉆進中等風化含礫粉砂巖、砂礫巖的過程中，SZ-01采用配合耐磨合金鋼鏟式斗齒的單底鉆斗進行施工，由于樁徑較大，中等風化含礫粉砂巖段結構完整、裂隙不發育，旋挖鉆機在鉆進過程中經常出現憋鉆現象，隨后采用普通單底鉆斗與鑿巖筒鉆兩種鉆進方法交替進行鉆進，但鉆進仍較困難，進尺效率低下。采用該工藝的SZ-01號試樁緩慢鉆至設計孔深，但耗時太長，僅基巖段的施工就長達4 h。從取得結果看，施工達到了預定的孔深，但旋挖鉆機成孔速度快的優點沒有得到充分的發揮，同時，鉆機壓力表顯示鉆機在鉆進中等風化含礫粉砂巖過程中長時間處于超負荷工作狀態，并在施工過程中因鉆進阻力較大造成一根高壓油管爆裂，鉆機和鉆具損耗太大，硬質合金鉆斗齒更換太頻繁，綜合運轉成本過高。SZ-02采用長螺旋鉆進成孔，在鉆進厚層雜填土(主要由粉質粘土夾含碎石、磚塊和建筑垃圾構成)時進尺困難；同時，由于該厚層雜填土強度表現極不均勻，長螺旋鉆桿軌跡偶有偏差即導致擴孔率較難控制，使孔徑大小與設計值出現偏差，不利于成樁質量的把控。SZ-03采用大直徑潛孔錘鉆具鉆進成孔，該工藝靈活性好，主機體能夠360°回轉，起拔力大，電動、液壓雙配套，不用拆換鉆具就能一次性滿足深孔作業，適應性強，穩定性好，所配備的大扭矩動力頭回轉速度平穩適中，輸出扭矩功率大，始終保持良好的工作性能。SZ-01，SZ-02，SZ-03三根試樁鉆進效率見表1。

圖3 潛孔錘鉆機圖

根據效率統計，大直徑潛孔錘鉆具鉆進成孔效率明顯優于普通旋挖鉆機鉆進成孔和長螺旋鉆機鉆進成孔。由于雜填土層密實度較低且分布不均，下伏粉質粘土層力學強度較低，在大直徑潛孔錘鉆具成孔后，鉆孔出現塌孔現象。經過相關論證，決定先采用大直徑潛孔錘鉆具進行鉆進，至設計孔深后采用黏土回填，最后采取長螺旋鉆機進行掃孔及壓灌混凝土。具體工藝流程為：測量定位→潛孔錘鉆機對位→潛孔錘引孔至設計標高→提鉆→擴孔至設計標高→提鉆→鉆孔回填→長螺旋鉆機對位→復鉆至設計標高→壓灌混凝土→振插鋼筋籠→樁端振搗→成樁。

表1 鉆進效率統計表

3 氣動潛孔錘配合長螺旋鉆機成樁施工工藝

3.1 鉆機就位

保持平整、穩固，在機架或鉆桿上設置標尺，以便控制和記錄孔深，就位后校正好鉆桿的位置和垂直度，垂直度的容許偏差不大于1%，下放鉆桿，將鉆頭對準樁位點。

3.2 潛孔錘引孔及長螺旋鉆機擴孔

大直徑潛孔錘鉆具以履帶式多功能打樁機做樁架，以履帶式打樁機動力頭做旋轉動力，在特制的空心鉆桿下懸掛氣動式潛孔錘，鉆桿內部套裝有與空壓機相連接的進風管，其出風口與氣動潛孔錘導風口相連。由空壓機產生的壓縮空氣經內部進風管傳輸給風動潛孔錘并驅動其作功，潛孔錘在沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，如此實施，既能研磨刻碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停的變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，氣動潛孔錘排出的廢氣經鉆頭排氣孔排出，既能冷卻鉆頭，又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達到快速破碎巖石的作用[2]。鉆進過程中，根據巖層情況及時調整鉆進速度，鉆進速度應根據巖層情況來確定：殘積土、砂卵石、全風化巖層、強風化巖層、中風化巖層為0.2～0.5 m/min。

潛孔錘將樁孔引孔至設計樁長，然后用粘土將樁孔填至孔口。換鉆頭直徑為594 mm的長螺旋鉆機擴孔至引孔標高，然后提鉆，再用粘土將樁孔填至孔口，長螺旋鉆機第二次鉆進至設計標高。長螺旋成孔工藝利用一定升角的連續螺旋葉片將底部鉆頭鉆出的土連續不斷的返出地面，當第二次鉆頭到達設計標高后，鉆桿空轉1～2 min，將孔內殘留的回填土返出地面，然后提起30 cm[3]。

3.3 泵送混凝土

鉆頭到達設計標高時，鉆桿保持原位不停鉆，待孔內虛土全部上返后，開始泵送混凝土，待泵壓上升至10 MPa且中心管頂部的泄氣閥關閉時開始提拔鉆桿，一邊泵送混合料、一邊提鉆，提鉆速率的控制必須與泵送量相匹配，以保證管內有一定高度的混凝土，直至樁體混凝土高出樁頂設計標高500 mm。

3.4 后插鋼筋籠

將振動錘和導入管通過法蘭盤連接。將鋼筋吊直、扶正緩緩送入孔內，啟動振動錘，通過振動用鋼筋籠導入管將鋼筋籠送入樁身素混凝土內至設計標高，將樁身混凝土振搗密實，同時將鋼筋籠固定。

4 成樁效果

該工程樁基礎采用氣動潛孔錘鉆具配合長螺旋泵壓混凝土后插鋼筋籠樁工藝施工，潛孔錘在厚層雜填土及中～硬質的基巖地層中鉆進效率高，回填粘土能有效改善孔壁的完整性，不易塌孔。經南京先科巖土工程檢測有限公司檢測，B-05#樓在低應變檢測的54根樁中，I類樁52根，II類樁2根；堆載法檢測鋼筋混凝土樁3根，實測單樁承載力均為3 800 kN，滿足設計要求。

5 結 語

(1)施工工藝的選取，包括施工流程的設計應結合巖土工程勘察報告，特別是針對中～硬質的基巖地層、易發生坍塌和縮徑的地層。對可能發生的各種孔內外事故應提高預見性，做好相關防護工作，準備好應急施工方案。

(2)由于采用了合理的施工工藝和施工流程，在具體施工夾雜建筑垃圾的雜填土及中～硬質的基巖地層時采用了大直徑潛孔錘鉆具，鉆孔移位較機動方便，孔與孔之間的轉移施工便捷快速。鉆孔施工總時間較普通旋挖鉆機鉆進成孔以及沖擊鉆沖擊成孔大大減少，提高了長螺旋鉆機施工的效率，同時亦降低了各種原材料的消耗，取得了可觀的經濟效益[4]。

(3)大直徑潛孔錘鉆具配合長螺旋鉆機成樁工藝，解決了鉆進復雜地層及塌孔的施工難題。該施工技術應用于樁基工程施工中，具有節約成本，縮短工期，減少場地污染，保證工程質量的優點，值得在復雜地層樁基施工中進行推廣。

[1] 譚現鋒,朱學順,胡克禎，等.潛孔錘旋挖鉆機組合在基巖樁施工中的應用[J].探礦工程-巖土鉆掘工程,2006,33(7):22-23,26.

[2] 余 翔.高壓氣動潛孔錘鉆進成孔工藝在炸山填海復雜地質條件下的應用[J].石油化工建設,2014,36(5):87-90.

[3] 劉起霞,李慧生.大直徑潛孔錘與長螺旋多功能樁機組合引孔技術[C].第二屆中國國際樁與深基礎峰會論文集.2012:118-121.

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-10

TV223;TV553;TV53+8.2

B

1001-2184(2016)06-0088-04

劉 偉(1982-)，男，四川人仁壽人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

蘇 波(1989-)，男，四川綿陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，基礎分局總工程師，教授級高級工程師，從事水利水電、工業與民用建筑工程施工技術與管理工作.