旋挖鉆硬巖成孔工效分析

高文

（中鐵二十二局集團(tuán)有限公司　北京　100043）

1　引言

由于鐵路橋梁線路一般規(guī)劃在遠(yuǎn)離城市中心的城鎮(zhèn)郊區(qū)地段，而該類地段大多存在江河、農(nóng)田、森林軟弱地層以及弱風(fēng)化硬巖地層等特殊環(huán)境，因此，在大多數(shù)橋梁施工中，多數(shù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選擇為對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)、施工方便的挖孔樁加承臺(tái)作為橋梁基礎(chǔ)。在這種條件下，往往挖孔樁的施工對(duì)整個(gè)單位工程甚至單項(xiàng)工程的施工質(zhì)量、工期要求等起到關(guān)鍵性作用，所以，我們將采用不同旋挖鉆設(shè)備進(jìn)行地層試驗(yàn)性施工，分析各種鉆機(jī)的施工效率，保證本項(xiàng)目各項(xiàng)指標(biāo)及要求，同時(shí)為其它類似工程提供寶貴經(jīng)驗(yàn)及借鑒和參考。

2　設(shè)計(jì)概況

2.1　項(xiàng)目概況

該鐵路橋名為跨規(guī)劃鐘太快速路特大橋，位于廣州市黃浦區(qū)九龍鎮(zhèn)楓下村，主要地層見表1～2：地層分類表。

2.2　巖層概況

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001），對(duì)巖石堅(jiān)硬程度分類如表2。

巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定的強(qiáng)度參數(shù)，不一定能全面反映巖石所在地層的工作性質(zhì)，因此，除飽和狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度外，還應(yīng)結(jié)合巖石的其它指標(biāo)來判斷巖石軟硬程度，其中最重要的參數(shù)指標(biāo)為地基承載力特征值（Fak），指通過原位試驗(yàn)確定該巖石地層可承受上部荷載的能力，絕大多數(shù)地質(zhì)報(bào)告提供的巖層強(qiáng)度指標(biāo)也為承載力指標(biāo)。

表1　地層分類表

表2　地層分類表

表3　巖石堅(jiān)硬程度分類表（單位：MPa）

圖1　

經(jīng)對(duì)孔底母巖取樣并進(jìn)行承載力試驗(yàn)，檢測(cè)評(píng)定依據(jù)《鐵路工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（TB10115-2014），得出結(jié)論：該巖石在烘干狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為124MPa，飽和狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度為110.7MPa，軟化系數(shù)為0.89，屬于堅(jiān)硬巖。

2.3　設(shè)備選型

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要，項(xiàng)目部擬定用360旋挖鉆施工鐘太橋27#墩樁基礎(chǔ)，擬定用400旋挖鉆施工鐘太橋2#墩樁基礎(chǔ)，以此為試驗(yàn)段，對(duì)兩種型號(hào)旋挖鉆工效進(jìn)行分析，最終確定樁基施工設(shè)備。

表4　400旋挖鉆參數(shù)表

表5　360旋挖鉆參數(shù)表

3　工效數(shù)據(jù)收集、分析

3.1　數(shù)據(jù)收集

嚴(yán)格按照獲準(zhǔn)的施工方案、作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)交底；整平場(chǎng)地，場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)牢固，鉆桿垂直度等各項(xiàng)性能指標(biāo)開鉆前檢查核對(duì)無誤，試運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置泥漿池，準(zhǔn)確測(cè)量泥漿比重等性能指標(biāo)，及時(shí)補(bǔ)漿，保證孔內(nèi)泥漿膠體率合格；現(xiàn)場(chǎng)放置渣樣盒，地質(zhì)變化時(shí)留取渣樣，當(dāng)確認(rèn)入巖后或遇到斜巖面時(shí)，應(yīng)低速低壓，平穩(wěn)鉆進(jìn)，防止鉆壓過大導(dǎo)致鉆桿斷裂、卡鉆掉鉆。

記錄過程：

（1）鉆渣——若地層無變化，每半小時(shí)測(cè)量一次孔深，地層有變化時(shí)，即地層變化處，必須及時(shí)測(cè)量孔深，記錄標(biāo)高位置，同時(shí)與設(shè)計(jì)圖紙地層位置進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)反饋信息；

（2）泥漿——保證泥漿性能，勤測(cè)泥漿比重、粘度、含砂率，膠體率，保證泥漿護(hù)壁質(zhì)量，防止塌孔；

（3）記錄——及時(shí)做好鉆孔過程中的各項(xiàng)記錄，匯總成表如下（分別取鐘太橋27#墩及2#墩兩根樁基舉例說明）：

（4）鉆進(jìn)過程中注意事項(xiàng)

圖2　

表6　鉆機(jī)工效記錄表（360旋挖鉆）

表7　鉆機(jī)工效記錄表（400旋挖鉆）

①巖石的體積破碎與荷載成一定的遞增函數(shù)關(guān)系，因此在一定范圍內(nèi)加大靜壓力和沖擊力可以使破碎體積很快增加，提高破巖效率；

②旋挖鉆加壓過程應(yīng)線性，尤其注意巖面交界處或斜巖處，應(yīng)低速低壓鉆進(jìn)；

③施加高壓、低壓的交替操作，其鉆入過程為：施加高壓時(shí)鉆齒鉆進(jìn)土體，鉆桿轉(zhuǎn)速減慢，渦輪介入，增大扭矩，該過程為鉆齒鉆入破壞土體的過程，施加低壓時(shí)，鉆桿速度加快，扭矩減小，該過程為將鉆下的土體掃入鉆斗的過程，本工程由于土體黏性大，采用開口鉆頭，方便倒渣；

④通過細(xì)化操作，實(shí)時(shí)掌控巖石情況，降低鉆頭磨耗，降低成本。

3.2　工效分析

在相同地質(zhì)（硬巖為二長(zhǎng)花崗巖W2/2000kPa）、相同樁徑（φ1m）、入巖深度相同（不小于設(shè)計(jì)入巖深度且不小于2倍樁徑）的前提下，360/400旋挖鉆成孔效率有成倍的差異，分析認(rèn)為：二長(zhǎng)花崗巖W2條件為兩種型號(hào)鉆機(jī)的臨界條件，即在小幅度提高鉆機(jī)動(dòng)力頭扭矩（360～400kNm）的情況下，成孔效率得到了較大的提高（0.4～0.9m/h）。

表8　360/400旋挖鉆工效、成本對(duì)比表

4　成本分析

結(jié)合當(dāng)?shù)厝斯べM(fèi)，鉆機(jī)使用成本，鉆具使用損耗等條件，工效與成本對(duì)比如下：

兩旋挖鉆使用相同型號(hào)筒鉆，鉆齒為12個(gè)可增大巖層鉆進(jìn)效率的螺旋鉆齒，經(jīng)過對(duì)鉆齒的磨耗情況，兩種鉆機(jī)鉆進(jìn)硬巖時(shí)，鉆頭損耗相差不大，但由于400旋挖鉆相對(duì)于360旋挖鉆施工效率更高，因此，施工相同數(shù)量的樁基，360旋挖鉆更換或維修鉆齒的次數(shù)及數(shù)量要比400旋挖鉆多出一倍，即費(fèi)用多出1倍。

5　結(jié)論

在符合硬巖條件下的地層中，采用旋挖鉆施工鉆孔樁，旋挖鉆機(jī)的選型尤為重要，選用400旋挖鉆施工硬巖，在工效、成本以及人工、管理等各方面優(yōu)勢(shì)明顯，效果顯著。