旋挖鉆機硬巖鉆進施工工藝探究

華樺

摘 要：目前旋挖鉆進技術中對鉆進硬巖、極硬巖常規辦法是采用旋挖鉆機筒鉆進行“硬磨”。為解決上述問題，本文通過不對旋挖本身進行改變，而是利用組合外部設備的方式大幅提高了對高強度巖鉆進的入巖效率。

關鍵詞：道路橋梁工程;基礎工程;樁基施工

0 前言

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

目前旋挖鉆進技術中對鉆進硬巖、極硬巖常規辦法是采用旋挖鉆機筒鉆進行“硬磨”。

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

1 旋挖鉆機的優越性及工作原理

旋挖鉆機采用動力頭裝置，具有軸向壓力及扭矩大的特點。施工時，鉆機根據不同地層可自動調整，使各項鉆進參數達到最佳，自有的行走功能和桅桿變幅機構使得鉆具能正確的就位到樁位，利用桅桿導向下放鉆桿將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位，鉆機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，鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環往復，不斷地取土、卸土，直鉆符合設計深度。節省大量人力。作業人員在安全的環境下作業，實現本質安全。旋挖鉆進為干式或無循環泥漿鉆進，護壁泥漿為可重復利用，無需外運，大大減少環境污染，挖出的土直接裝車外運，保持現場清潔平整;旋挖鉆機采用原裝進口柴油機，噪音小、功效高，能耗是完成相同工作量鉆（沖）孔樁機的1/4。據統計，在相同地層旋挖鉆機的成孔速度是傳統（沖）孔鉆機的3～5 倍左右。

2 潛孔鉆機的工作原理

潛孔鉆機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，潛孔鉆的風動沖擊器連同金剛石鉆頭裝在釬桿的前端，鉆孔時，推進機構使鉆具連續推進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;回轉機構使鉆具連續回轉，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;壓縮空氣從回轉供風機構進入，經中空桿直達孔底，把破碎的巖粉從鉆桿與孔壁之間的環形空間排至孔外。由此可見，潛孔式鑿巖的實質是，在軸向壓力的作用下，沖擊和回轉兩種破碎巖石方法的結合，其中沖擊是間斷的，回轉是連續的，巖石在沖擊和剪切力作用下不斷地被壓碎和剪碎，可見潛孔鉆機對巖石的破壞性是顯著的。行走裝置由行走架、液壓馬達、多級行星式減速機、履帶、驅動輪、從動輪及張緊裝置組成，可適應大多數地型自由行走。

本項目則集合以上兩種機械特點，采用潛孔鉆機配合旋挖鉆機的方法進行施工，快速突破硬質或極硬巖層，從而提高機械使用效率、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，需成孔數十根基礎樁。場地地層結構相對復雜，主要分布有人工填土、滑坡堆積層、石英砂巖、量碳質泥巖等。設計要求樁端嵌入中、微風化石英砂巖層，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泥巖交替發育，故需多次穿過石英砂巖完成嵌巖。石英砂巖天然強度達85 MPa～135 MPa。屬于堅硬巖層，如采用普通SR420旋挖機在中風化層鉆進緩慢，在微風化層甚至無法鉆進。

4 主要施工難點

（1）成孔垂直度偏差大，深距離鉆進地層阻力大，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上端大、下端小的現象，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，造成孔徑擴大。

（3）在軟硬層過渡區域，鉆機鉆進困難，鉆頭偏向較軟地層，從而使鉆頭不斷向各個方位鉆進，但一旦進入硬巖層，鉆頭握裏力強勁，就不再擴孔，所以易造成孔徑大小不一的情況發生。

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

5 施工技術要點

根據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樁底硬巖破碎，保證成孔垂直度、孔徑質量，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、吊車、混凝土罐車出入施工現場。施工現 場水、電、路三通，達到施工要求。

（2）潛孔鉆機使用方式：1）在原地面延樁內壁均勻布孔，每孔間距10 cm，垂直鉆進至設計深度，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致串孔。然后再由旋挖鉆機開孔，鉆進至設計高程。此種方式優點：是在旋挖開孔前施工，即提高了潛孔鉆機的使用率，也不影響旋挖機正常施工，同時對旋挖筒鉆鉆齒垂直范圍內的巖層造成破壞，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，且需嚴格控制潛孔鉆成孔垂直度，防止串孔。可用鋼板自制模具提高效率。2）在旋挖鉆機鉆進至硬巖時停止，在樁孔口平放一根工字鋼作為潛孔鉆機鉆架的作力點，由潛孔鉆機在巖層上施鉆，布孔以蜂窩狀更為有利，起到破壞孔內巖層結構的作用，突破該層或鉆進至設計高程，再替換為旋挖鉆機施工。優點：是潛孔鉆機單孔施工周期短，可利用旋挖鉆機多孔施工中的間隙交替作業。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，無法實現延樁內壁均勻布孔，破壞的是樁中心部分的巖層結構，所以布孔數較第一種方式多。但同樣能提高成孔工效。

6 結語

本文提出的應對堅硬巖旋挖施工工藝，是采用潛孔鉆和旋挖鉆機的組合施工。潛孔鉆機具有鉆孔、導孔以及破壞樁基內部巖層結構的作用，旋挖鉆機利用筒鉆可反復突破巖層夾層，到達設計深度，從而滿足樁基有效長度和設計嵌巖要求。 該新工藝方法具有以下優點：

（1）潛孔鉆機和旋挖鉆機的組合能適于層巖硬度超過120 MPa硬巖中。

（2）本工藝結合了潛孔鉆和旋挖鉆機設備特點，潛孔鉆即可在樁基位置先施工到樁基設計深度，也可在開孔進入巖層后把巖石打成蜂窩狀，用以破壞樁基底部巖石結構，然后再使用旋挖鉆機施工，提高入巖效率，節省施工時間。有效地降低施工成本，同時能夠有效地降低施工現場噪音污染，保護環境，特別適用于市區等對于噪音環境要求較高地段。

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

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