大口徑旋挖樁嵌巖施工工藝探究

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1工作原理

為了解決上述技術問題，本文通過對旋挖筒鉆的改進、施工技術的改變，大幅提高了入巖效率。目前常規使用的旋挖筒鉆是單層筒體結構，本項目將其改進成了雙層筒鉆。該雙層筒鉆由內筒體和外筒體構成。內筒體外表面與外筒體內表面之間形成環形空腔，內筒體和外筒體底部沿圓周邊緣固定有若干傾斜且朝向一致的鉆齒，內筒體內部還嵌套旋挖鉆頭，旋挖鉆頭直接連接在旋挖鉆機的鉆柱端部上，內筒體的下緣低于外筒體的下緣，旋挖鉆頭的下緣低于內筒體的下緣。旋挖鉆頭與鉆柱連接的一端為安裝端，與巖石接觸的一端為操作端。旋挖鉆頭包括主體、圍繞主體外周且從主體向外延伸的若干支撐片以及固定在支撐片上的若干砍割器，砍割器通過旋轉在水平方向上砍巖，支撐片沿安裝端縱向延伸連接至操作端，操作端底面的中心處有斜向固定的柱切割器。柱切割器用于通過旋轉在豎直方向上切割鉆孔，鉆柱的旋轉帶動連接在鉆柱末端的旋挖鉆頭旋轉切割砍巖。旋挖鉆頭轉動時，砍割器接觸鉆孔壁，孔壁的巖石產生切向力，柱切割器與鉆孔底接觸可用于定鉆孔切割巖石。其中，砍割器和柱切割器均為多晶金剛石制成的圓柱體，砍割器呈水平向設置，其側壁嵌入支撐片中，柱切割器與操作端水平面之間的夾角為60～70°。主體為中空鋼管，相鄰支撐片之間留設有限定通道，限定通道上設置有若干漿孔。漿液流經鉆柱后進入主體內，在旋挖鉆頭旋轉時可通過漿孔噴出沖洗鉆孔中的巖屑。內筒體和外筒體通過一連接部件固定在旋挖鉆機的鉆柱上，內筒體和外筒體在旋挖鉆機的帶動下轉動。施工中，內筒體和外筒體在旋挖鉆機驅動裝置的作用下能夠進行鉆進操作，隨著內筒體和外筒體的鉆齒不斷旋轉切割地層。鉆渣進入內筒體的內腔以及內筒體與外筒體之間所形成的環形空腔后上移，一次鉆進工作完成后提鉆，此時，驅動裝置進行正、反轉交替高速轉動，從而快速地完成卸渣操作。

2工程概況

福州市某工程項目采用的工程樁是樁徑為1.5～2.0m之間的大口徑樁。根據設計圖紙要求灌注樁樁底需穿透圓礫層及砂層進入中風化巖不小于4.5m或者微風化巖2.0m。本工程場區地層結構較復雜，巖土層種類較多，巖土層的埋深、厚度及性能變化較大。工程樁范圍分布地層主要為:雜填土、淤泥、含泥粗中砂、粉質粘土、淤泥質土、含泥卵石、強風化花崗巖(砂土狀)、強風化花崗巖(碎塊狀)。工程樁樁底主要位于強風化花崗巖(碎塊狀)，設計要求需嵌入中、微風化巖。

3成孔方式選擇

目前常規樁基成孔方式主要有旋挖成孔和沖擊成孔。鑒于本工程樁為大口徑樁，且對樁基嵌巖深度要求高，同時項目工期十分緊張，為此，選用正確合適的成孔方式將是首要任務［3］。旋挖機、沖孔樁機整樁成孔工效會隨著成孔深度的增加而逐步提高，但旋挖機的工效提升速率會比沖孔樁機的大。尤其在嵌入硬巖層時，旋挖機與沖孔樁機的工效比達到最大值。因為旋挖機是帶動力的主動鉆進，在輸出功率保持一致的情況下，其對土層、巖層的破壞力是一致的，而沖孔樁機是靠樁錘的自由落體產生的沖擊力作為掘進力，故對巖層的破壞力遠遠比對土層破壞力低。所以在入巖階段，沖孔樁將會大幅降低工效，而旋挖機雖然也降低工效，但降低的幅度沒有那么大。說明旋挖機比沖孔樁機更適合在入巖深度大或巖層地質條件多變的情況下施工。經試驗，在相同的地層中，旋挖機的成孔速度是沖孔樁機的3～5倍，優勢明顯。由此，本項目選定旋挖成孔方式是正確合理的。

4主要施工難點

(1)成孔垂直度偏差大①深距離鉆進地層阻力大，易使鉆桿彎曲偏斜。②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，孔壁受泥漿循環擾動影響大，易出現塌孔等不良問題，造成孔徑擴大［4］。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，鉆頭握裹力強勁，就不再擴孔，所以易造成孔徑大小不一的情況發生。(3)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，鉆齒磨損大，鉆頭進尺緩慢，成樁工效過低，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，本文提出的一種大口徑旋挖樁嵌巖施工工藝不僅要實現樁底硬巖破碎，保證成孔垂直度、孔徑質量，而且要保證施工工效高、成本低，特制定如圖7施工工藝流程。(1)平整場地，測量放樣:將放置小口徑鉆機和旋挖鉆機的位置夯實并現場整平。一般情況下坡度不大于3°，地基承載力特征值不小于200kPa，以適宜施工機械旋挖鉆機、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［5］。(2)小口徑鉆機引孔:利用小口徑鉆機重復引孔，在樁基底部巖石內部引成蜂窩狀孔，便于后續旋挖鉆機繼續碎石鉆孔。(3)旋挖鉆機成孔:樁基底部被打成蜂窩狀孔后，替換旋挖鉆機鉆孔，一邊利用旋挖鉆機的旋挖鉆頭鉆至設計孔深;鉆孔至設計深度后，可通過旋挖鉆頭向孔內通入攜渣泥漿，攜渣泥漿可攜帶鉆渣通過雙層筒鉆實現撈渣。(4)鉆孔完畢后，形成樁孔，在樁孔內吊裝制作好的鋼筋籠，并在鋼筋籠內部安裝導管。(5)鋼筋籠和導管安裝完畢后，利用導管灌注樁澆筑，完成樁基嵌巖作業。

6結論

本文提出的一種大口徑旋挖樁嵌巖施工工藝，是采用小口徑鉆機和旋挖鉆機的組合鉆具進行大口徑樁基的嵌巖施工。小口徑鉆機具有鉆孔、引孔以及打斷樁基底部巖石內部結構的作用，旋挖鉆機配備旋挖鉆頭和雙層筒鉆，旋挖鉆頭具有砍巖作用，雙層筒鉆能夠鉆孔攜渣，從而滿足樁基的嵌巖深度要求。該新工藝方法具有以下優點:(1)小口徑鉆機和旋挖鉆機的組合鉆具能適用于將大口徑的灌注樁嵌于強度超過100MPa的硬巖中。(2)本工藝結合了小口徑鉆機和旋挖鉆機設備特點。小口徑鉆機和旋挖鉆機組合使用，用小口徑鉆機在樁基位置先施工到樁基設計深度，把巖石打成蜂窩狀，用以破壞樁基底部巖石結構，然后再使用旋挖鉆具，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的噪音污染，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)本工藝對旋挖鉆具進行改進，提高現有旋挖設備的使用工況，使用雙層筒鉆，在雙層筒鉆內部設置有旋挖鉆機實施砍巖工作，同時旋挖鉆頭的側壁上還設置有漿孔，漿液通過漿孔噴出后可用于清洗鉆孔，改進后的旋挖鉆頭即能夠保證可靠的鉆進導向又能夠實現有效的攜帶出渣，提高成孔質量和成孔效率。

參考文獻

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［3］曹新苗．河床巖石邊坡上大口徑鉆孔樁施工技術［J］．中國煤炭地質，2018，20(07):62－63．

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［5］殷志堅．論灌注樁在建筑施工中的應用［J］．科技傳播，2010(15):186－187．

作者:唐文 陳國占 單位:福建建中建設科技有限責任公