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［摘要］國內(nèi)外旋挖鉆孔灌注樁相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是在硬地層如巖石或極硬巖中，嵌巖式的大口徑旋挖樁施工技術(shù)仍處于不斷探索和完善階段。本文提供一種大口徑旋挖樁嵌巖施工方法，通過施工技術(shù)的改變，結(jié)合新型鉆具的使用，提高了入巖效率，節(jié)省了施工時(shí)間，有效地降低了施工成本，能夠?qū)崿F(xiàn)樁基的較大嵌巖深度。

［關(guān)鍵詞］大口徑旋挖樁;嵌巖;新型鉆具;施工工藝

0引言

我國旋挖鉆孔灌注樁始于20世紀(jì)60年代初，首先在橋梁和港口建設(shè)中使用，20世紀(jì)70年代中期旋挖鉆孔灌注樁開始在國內(nèi)一些大城市應(yīng)用于高層和重要建筑，80年代后期旋挖鉆孔灌注樁迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)工程建設(shè)。隨著社會發(fā)展、工程需求，大口徑旋挖鉆孔灌注樁也應(yīng)運(yùn)而生［1］。國內(nèi)外旋挖鉆孔灌注樁相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是在硬地層如巖石或極硬巖中，嵌巖式的大口徑樁基施工技術(shù)仍處于不斷探索和完善階段，在應(yīng)用和施工經(jīng)驗(yàn)方面的資料也很有限，為了適應(yīng)城市化發(fā)展的要求，隨著越來越多的超高層建筑、大橋梁的建設(shè)，將會有更多的大口徑樁基需要嵌巖施工。某公司之前公開了一種復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖鉆機(jī)嵌巖樁施工方法，該工藝基于巖石破碎理論，根據(jù)巖性特點(diǎn)選用不同嵌巖鉆鉆頭和合理布齒，輔以合理鉆進(jìn)工藝，一般都可取出完整的巖石，達(dá)到旋挖鉆機(jī)高效入巖目的，施工進(jìn)度快。但是，該工藝只采用了大功率的旋挖裝備來作業(yè)，大功率的旋挖鉆機(jī)采購及使用成本高，運(yùn)輸超限、特別是對超出樁徑1.5m的大口徑樁基的嵌巖單純采用大功率旋挖裝備不能完全滿足施工需求，無法實(shí)現(xiàn)樁基的較大嵌巖深度［2］。

1工作原理

為了解決上述技術(shù)問題，本文通過對旋挖筒鉆的改進(jìn)、施工技術(shù)的改變，大幅提高了入巖效率。目前常規(guī)使用的旋挖筒鉆是單層筒體結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目將其改進(jìn)成了雙層筒鉆。該雙層筒鉆由內(nèi)筒體和外筒體構(gòu)成。內(nèi)筒體外表面與外筒體內(nèi)表面之間形成環(huán)形空腔，內(nèi)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(nèi)筒體內(nèi)部還嵌套旋挖鉆頭，旋挖鉆頭直接連接在旋挖鉆機(jī)的鉆柱端部上，內(nèi)筒體的下緣低于外筒體的下緣，旋挖鉆頭的下緣低于內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)在豎直方向上切割鉆孔，鉆柱的旋轉(zhuǎn)帶動連接在鉆柱末端的旋挖鉆頭旋轉(zhuǎn)切割砍巖。旋挖鉆頭轉(zhuǎn)動時(shí)，砍割器接觸鉆孔壁，孔壁的巖石產(chǎn)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(shè)置，其側(cè)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(shè)有限定通道，限定通道上設(shè)置有若干漿孔。漿液流經(jīng)鉆柱后進(jìn)入主體內(nèi)，在旋挖鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)可通過漿孔噴出沖洗鉆孔中的巖屑。內(nèi)筒體和外筒體通過一連接部件固定在旋挖鉆機(jī)的鉆柱上，內(nèi)筒體和外筒體在旋挖鉆機(jī)的帶動下轉(zhuǎn)動。施工中，內(nèi)筒體和外筒體在旋挖鉆機(jī)驅(qū)動裝置的作用下能夠進(jìn)行鉆進(jìn)操作，隨著內(nèi)筒體和外筒體的鉆齒不斷旋轉(zhuǎn)切割地層。鉆渣進(jìn)入內(nèi)筒體的內(nèi)腔以及內(nèi)筒體與外筒體之間所形成的環(huán)形空腔后上移，一次鉆進(jìn)工作完成后提鉆，此時(shí)，驅(qū)動裝置進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)交替高速轉(zhuǎn)動，從而快速地完成卸渣操作。

2工程概況

福州市某工程項(xiàng)目采用的工程樁是樁徑為1.5～2.0m之間的大口徑樁。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求灌注樁樁底需穿透圓礫層及砂層進(jìn)入中風(fēng)化巖不小于4.5m或者微風(fēng)化巖2.0m。本工程場區(qū)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)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(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、含泥卵石、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(碎塊狀)。工程樁樁底主要位于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(碎塊狀)，設(shè)計(jì)要求需嵌入中、微風(fēng)化巖。

3成孔方式選擇

目前常規(guī)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(shí)項(xiàng)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(wù)［3］。旋挖機(jī)、沖孔樁機(jī)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(jī)的工效提升速率會比沖孔樁機(jī)的大。尤其在嵌入硬巖層時(shí)，旋挖機(jī)與沖孔樁機(jī)的工效比達(dá)到最大值。因?yàn)樾跈C(jī)是帶動力的主動鉆進(jìn)，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(jī)是靠樁錘的自由落體產(chǎn)生的沖擊力作為掘進(jìn)力，故對巖層的破壞力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)雖然也降低工效，但降低的幅度沒有那么大。說明旋挖機(jī)比沖孔樁機(jī)更適合在入巖深度大或巖層地質(zhì)條件多變的情況下施工。經(jīng)試驗(yàn)，在相同的地層中，旋挖機(jī)的成孔速度是沖孔樁機(jī)的3～5倍，優(yōu)勢明顯。由此，本項(xiàng)目選定旋挖成孔方式是正確合理的。

4主要施工難點(diǎn)

(1)成孔垂直度偏差大①深距離鉆進(jìn)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(xiàn)上端大、下端小的現(xiàn)象，原因是上端樁穿越軟土地層，成孔時(shí)間久，孔壁受泥漿循環(huán)擾動影響大，易出現(xiàn)塌孔等不良問題，造成孔徑擴(kuò)大［4］。在軟硬層過渡區(qū)域，鉆機(jī)鉆進(jìn)困難，鉆頭偏向較軟地層，從而使鉆頭不斷向各個(gè)方位鉆進(jìn)，但一旦進(jìn)入硬巖層，鉆頭握裹力強(qiáng)勁，就不再擴(kuò)孔，所以易造成孔徑大小不一的情況發(fā)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(qiáng)度高，鉆齒磨損大，鉆頭進(jìn)尺緩慢，成樁工效過低，造成施工成本高。

5施工技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)和施工難點(diǎn)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(shí)現(xiàn)樁底硬巖破碎，保證成孔垂直度、孔徑質(zhì)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(jī)和旋挖鉆機(jī)的位置夯實(shí)并現(xiàn)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(jī)械旋挖鉆機(jī)、吊車、混凝土罐車出入施工現(xiàn)場。施工現(xiàn)場水、電、路三通，達(dá)到施工要求［5］。(2)小口徑鉆機(jī)引孔:利用小口徑鉆機(jī)重復(fù)引孔，在樁基底部巖石內(nèi)部引成蜂窩狀孔，便于后續(xù)旋挖鉆機(jī)繼續(xù)碎石鉆孔。(3)旋挖鉆機(jī)成孔:樁基底部被打成蜂窩狀孔后，替換旋挖鉆機(jī)鉆孔，一邊利用旋挖鉆機(jī)的旋挖鉆頭鉆至設(shè)計(jì)孔深;鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，可通過旋挖鉆頭向孔內(nèi)通入攜渣泥漿，攜渣泥漿可攜帶鉆渣通過雙層筒鉆實(shí)現(xiàn)撈渣。(4)鉆孔完畢后，形成樁孔，在樁孔內(nèi)吊裝制作好的鋼筋籠，并在鋼筋籠內(nèi)部安裝導(dǎo)管。(5)鋼筋籠和導(dǎo)管安裝完畢后，利用導(dǎo)管灌注樁澆筑，完成樁基嵌巖作業(yè)。

6結(jié)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(jī)和旋挖鉆機(jī)的組合鉆具進(jìn)行大口徑樁基的嵌巖施工。小口徑鉆機(jī)具有鉆孔、引孔以及打斷樁基底部巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，旋挖鉆機(jī)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(yōu)點(diǎn):(1)小口徑鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)的組合鉆具能適用于將大口徑的灌注樁嵌于強(qiáng)度超過100MPa的硬巖中。(2)本工藝結(jié)合了小口徑鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)設(shè)備特點(diǎn)。小口徑鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)組合使用，用小口徑鉆機(jī)在樁基位置先施工到樁基設(shè)計(jì)深度，把巖石打成蜂窩狀，用以破壞樁基底部巖石結(jié)構(gòu)，然后再使用旋挖鉆具，提高入巖效率，節(jié)省施工時(shí)間。有效地降低施工成本，同時(shí)能夠有效地降低施工現(xiàn)場的噪音污染，保護(hù)環(huán)境，特別適用于市區(qū)等對于噪音環(huán)境要求較高地段。(3)本工藝對旋挖鉆具進(jìn)行改進(jìn)，提高現(xiàn)有旋挖設(shè)備的使用工況，使用雙層筒鉆，在雙層筒鉆內(nèi)部設(shè)置有旋挖鉆機(jī)實(shí)施砍巖工作，同時(shí)旋挖鉆頭的側(cè)壁上還設(shè)置有漿孔，漿液通過漿孔噴出后可用于清洗鉆孔，改進(jìn)后的旋挖鉆頭即能夠保證可靠的鉆進(jìn)導(dǎo)向又能夠?qū)崿F(xiàn)有效的攜帶出渣，提高成孔質(zhì)量和成孔效率。

參考文獻(xiàn)

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作者:唐文 陳國占 單位:福建建中建設(shè)科技有限責(zé)任公司