淺談汽車筒鉆機在細砂巖層中的施工應用

吳進強

1　前言

新建滴道過境鐵路立交橋下部樁基工程施工，先后引進了汽車回旋鉆、沖擊鉆、旋挖鉆進行施工，但由于地質結構復雜，細砂巖層較厚，三種鉆機都無法順利施工，無法滿足施工進度及成本要求。后經鉆機改良，大大提高了施工效率，降低了施工成本，為后續結構的施工提供了有利條件。

2　工程概況

該立交橋工程建于雞西市滴道城區內，跨越鐵路林口至密山上下行正線、大唐電廠雞西廠專用線共三條鐵路線，并跨越G201方虎璐及一條電廠專用公路。主線采用30m連續箱梁橋，樁基直徑1.5m，樁長17～23m，共88根樁基。

3　工程地質特征

根據鉆孔揭露和室內土工試驗結果，橋址區地層巖性主要為第四系沖基層，下伏侏羅系上統細砂巖，無重大斷裂構造，地質土分布較均勻，地層有新至老詳述如下：

①雜填土（Q4ml）：黑褐色，含少量碎磚塊、碎石、煤渣等，主要分布于居民區，巖土施工工程分級為Ⅰ級松土。

②粉質黏土（Q4al）：黑褐色至黃褐色、凍結狀態，巖土施工工程分級為Ⅱ級普通土，σ0=150kPa。

③細砂（Q4al）：黃褐色、潮濕至飽和，中密。巖土施工工程分級為Ⅰ級松土，σ0=220kPa。

④礫砂（Q4al）：主要礦物成分為長石和石英，含細圓礫25～40%，巖土施工工程分級為Ⅰ級松土，σ0=380kPa。

⑤細圓礫土（Q4al）：以粗砂為主，含少量粗圓礫。巖土施工工程分級為Ⅱ級松土，σ0=400kPa。

⑥細砂巖（J3）：灰綠色，強風化，巖芯風化成碎塊狀，裂隙發育，內部填充泥砂質土，結構為細粒，泥質膠結，礦物成分以長石、石英為主。

⑦細砂巖（J3）：灰綠色，弱風化，巖芯風化成短柱狀，裂隙較為發育，結構為細粒，泥質膠結。巖土施工工程分級為Ⅴ級次堅石，σ0=900kPa。

4　施工鉆機的選擇

根據建設單位對工期的要求，結合地質勘察報告及設計文件，項目部決定選用回旋鉆機跟沖擊鉆機進行樁基的施工。

4.1　汽車回旋鉆機

首先施工的是15#墩樁基。起初鉆進時比較順利，在進尺到全風化細砂巖層時，進尺較緩慢，當進尺到強風化細砂巖層時，幾乎不進尺，鉆頭出現開裂現象，重新加固后繼續鉆進。C號樁基利用了四天時間才得以灌注水下混凝土。

4.2　沖擊鉆機

首先施工的是16#墩樁基。在起初錘進時比較順利，進尺到6～12m中粗砂地層時，由于砂礫的密實程度不同，導致進尺比較緩慢，出現偏錘現象。在進尺到細砂巖層時，沖擊鉆機的實力才得以發揮，進尺順利，歷時6d時間得以順利灌注混凝土。

4.3　旋挖鉆機

一般在有粘土、粉土、粉砂土、砂層、淤泥質土、人工回填土及含有少量卵石的地層中鉆進施工較為適宜。根據地勘報告，該橋地質不適合選用旋挖鉆機。

鑒于以上幾種鉆機的比較，汽車回旋鉆機在樁基底端時無法鉆進，時間不穩定且易出現塌孔及短樁現象，沖擊鉆雖然成樁質量高但歷時太長，無法滿足施工進度要求，旋挖鉆不僅進場施工費用高，而且也不適合該地質。那么，能不能綜合考慮鉆機的優勢，而改進一種鉆頭適合該種地質的施工呢？經過項目技術人員及鉆機操作手的悉心研究，加工而成了一種既能鉆動全風化、強風化細砂巖層而又能節約時間提高效率的鉆頭-筒鉆。

5　筒鉆的構成

5.1　主機

主機即為進場汽車回旋鉆機，充分利用汽車回旋鉆機的動力裝置、傳動裝置及鉆進裝置，唯一區別在于鉆頭的不同。

5.2　鉆身

筒身選用25mm厚鋼板車間卷制而成，根據樁徑的大小卷制不同的筒身，一般直徑不宜超過1.5m。根部要外幫一圈同厚度的鋼板以加強扭矩，高度300mm。鋼板幫根完成后等距離切割埡口，以備后續焊接鉆頭用。

5.3　鉆頭

采用礦山開采用一字型硬質合金釬片加工而成。該合金釬片在礦山機械店即可買到，根據釬片的硬度不同，價格也不一樣，價格比較適中。本筒鉆所選的釬片牌號為YK30.2的礦山釬片。

5.4　連接

將加工好的筒鉆與鉆桿連接，采用絲扣連接，擰緊加固好后即可開鉆，連接方式與原汽車回旋鉆相同。

6　筒鉆的鉆進施工

6.1　鉆機就位

待場地平整完成，經壓實滿足施工承載力要求后，根據測量定點，將鉆機就位。

6.2　制備泥漿

根據地質勘察報告，本文所述樁基地質約在4～12m范圍內為中粗砂、砂礫地質層，在鉆進的過程中，必須采用塑性指數大的黏土制備，以保證成孔質量。本文所采用的泥漿為黃土外加膨潤土及少量水泥調制而成。

6.3　鉆孔

鉆機按照測量班給定的點位就位后，調整好鉆桿垂直度，加入事先根據配合比調制好的泥漿，即可開鉆。在鉆機鉆進的過程中，要隨著進尺的加深持續不斷的往孔內注入制備好的泥漿，并保證不低于1.5m的水頭，以增大孔內靜水壓力，提高成孔質量，防止塌孔。

6.4　成孔及灌注

在鉆孔鉆進到設計深度并超鉆一定比例后，經檢查合格，進行提鉆、清孔、鋼筋籠吊裝、焊接、固定后，按照灌注水下混凝土的方法進行灌注即可成樁，邊灌注邊量測混凝土標高，控制好導管埋入深度，防止出現夾層及斷樁的出現。

7　樁基質量無損檢測

所有樁基施工完畢，待齡期達到設計及規范要求后，邀請第三方檢測機構進場檢測，采用低應變反射波法對所施工樁基樁身完整性進行無損檢測，以判定樁身缺陷程度及位置。

8　結束語

通過該汽車筒鉆機在細砂巖層中的成功運用，在施工進度了上與沖擊鉆機相比節約了一半的時間，大大提高了施工效率，為后續承臺墩身的施工提供了時間保證。在施工成本上，改良后的筒鉆機結合了汽車回旋鉆機與旋挖鉆機的優勢，削、切、鉆實現了完美的結合統一，大大降低了施工成本，為企業創造了良好的效益，實現了效益最大化。

[1]中華人民共和國鐵道部《鐵路工程基樁動測技術規程》.