旋挖钻孔灌注桩在桩基工程中的应用和改进作者：张川邵本科田元
来源：《科技创新导报》2011年第05期
摘要:论文从当前国内旋挖钻机在桩基工程中的运用情况出发,针对不同地层、不同直径桩孔分析对比,得出在常见地层（砂层、土层等第四纪Q 1地层）中优化钻进参数,最后结合笔者所经历多个旋挖钻进成孔工程,分析了在具有一定抗压强度地层中使用旋挖钻进成孔所需要解决的问题,提出旋挖钻机局部改进方案并提出阶段性建议。
关键词:旋挖钻机岩层钻进技术改进
中图分类号:TU473 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0085-02
1 前言
随着我国改革开放及加大基础设施建设等大政策的实施,从交通、建筑和港口码头等基础桩的施工都提出了优质、高效、快捷的要求。旋挖钻因其施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等诸多优势,成为工程界钻孔桩施工的主要成孔设备。从旋挖钻在基础桩中应用开始到目前,旋挖钻进施工工艺仍然具有其局限性,尤其是在对于大口径（>2.0m）、硬岩中成孔时,其时效性（单位时间内的进尺）都受到重大影响。因此在与循环钻进等传统施工对比情况下,有效地提高旋挖钻机在硬岩和大口径钻孔中的成孔效率,将使得旋挖钻进施工工艺在更大的领域中得以运用,提高施工效率、降低经济成本、提高桩基质量等。
论文以内蒙古鄂尔多斯市康巴什新区电力厂址基础工程为工程实例,结合国内外众多旋挖钻进的施工参数,与本工程改进后旋挖钻进工艺对比,分析旋挖在中风化、强风化、全风化等砂岩地层中钻进的时效性和工程施工成本分析。
2 旋挖钻机适用性分析
鉴于旋挖钻机的性能特点以及众多的工程优越性,旋挖钻孔灌注桩在各类基础工程基桩中得到了普遍的应用。纵观国内外旋挖钻机的发展历程,其基本构成（如图1所示）还是具有一致性。
2.1 旋挖钻机成孔工序
旋挖钻机就位→埋设护筒→钻头轻着地后旋转开钻,当钻头内装满土砂料时提升出孔外→旋挖钻机旋回,将其内的土砂料倾倒在土方车或地上→关上钻头活门,旋挖钻机旋回到原位,锁上钻机旋转体→放下钻头→钻孔完成,清孔并测定深度→放入钢筋笼和导管→进行第二次清孔→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头沉淤或渣土回填,成桩。
2.2 适用范围
旋挖钻孔灌注桩广泛应用于各类基础工程桩基施工中,从地区来看,目前主要应用在西北、华北、东北、中原、江浙的大部分地区以及其他部分地区; 从地层来看,较适用于土层、淤泥层、卵石粒径小于30mm的卵石地层、强风化页岩等。通过更换不同的工作装置可进行钻孔桩、地下连续墙、预制桩、咬合桩、全套管钻进等施工。
2.3 时效性分析
根据施工经验,合理设计旋挖钻机钻齿角能有效提高钻机的时效性。若钻齿角过小,容易发生空钻,不进尺,如果单方面加大钻压,则容易导致钻齿损坏;若钻齿角过大,旋挖钻进过程中产生扭矩过大,容易导致钻杆扭曲变形,损坏钻机设备。图2是对在第四纪Q1地层采用旋挖钻进设置不同斗齿前角度的关系曲线。
从上图中可得到,旋挖钻机在第四纪Q1地层中成孔时,最优斗齿前角应该介于32°～43°之间,根据不同钻孔直径合理设计斗齿前角,实现高效、准确的桩位施工。同时,根据工程所使用钻机性能,对于钻机功率偏大旋挖钻机,斗齿刃前角应该设置偏大,相反对于功率偏小钻机斗齿刃前角需要设置小些,以实现最优钻进成孔。
随着旋挖钻孔灌注桩在不同区域、不同地层中的应用,出现了在中风化、强风化地层中采用旋挖钻进的工程。对于常见具有一定抗压强度地层,旋挖钻机在其的适用性受到较大限制,图3对于旋挖钻机常见地层及岩层中钻进的时效性分析。从图中可以得出,旋挖钻机对于砂层和土层具有良好的成孔效率,不同钻孔直径之间时效性差别不是很大。当在卵石、强风化岩层中钻进时,时效性有明显的下降,主要是由于旋挖钻机的破土、碎岩机理所决定。
因此在全风化、强风化岩层中采用旋挖钻机成孔时,对斗齿刃前角的合理、优化设计十分重要。
3 工程实例研究
3.1 工程概况
工程实例位于内蒙古自治区鄂尔多斯市,主体工程为康巴什新区电力厂址基础桩基工程。作业区域位于鄂尔多斯高原,平均海拔为1264m,本工程处于软岩地基,上部荷载较大,地基采用桩基,桩基施工对软岩地基的扰动破坏不明显,设备基础很多且基础埋深高低不一,使得基坑内局部存在高差。桩基成孔工艺选用钻孔灌注桩,桩径1米,桩长28米。本标段桩数为502根。基础工程计划施工周期为30天,为确保工程施工质量并能在预计施工周期内完成工作量,拟用旋挖钻孔灌注桩施工工艺。根据施工区域内地层属性特点确定采用干成孔方式进行旋挖成孔,减少对工程周边环境的影响。
3.2 工程及水文地质条件