摘要：旋挖鉆機作為基礎(chǔ)工程機械中的新型機種，經(jīng)過幾年的推廣應(yīng)用，目前已被大量應(yīng)用于公路及鐵路、橋梁、水利工程、城市建筑工程等樁基工程之中。由于其高效、節(jié)能、低噪聲、低污染、地層適應(yīng)性較廣等優(yōu)點、受到越來越多的施工單位的青睞。但是在中風化巖中成孔的實例還較為少見，現(xiàn)在我以《長春市輕軌三期海關(guān)站—衛(wèi)星路站高架橋基礎(chǔ)工程》為例介紹旋挖鉆機在中風化巖中成孔的成功應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：旋挖鉆機；中風化巖；成孔
工程概況：本項目長春市輕軌三期海關(guān)站—衛(wèi)星路站高架橋基礎(chǔ)工程共有灌注樁510根，樁長為19~29m，樁徑分別有Ф1.0m、Ф1.2m和Ф1.5m，工期要求60日歷天。
1.地質(zhì)概況
長春市位于松遼凹陷的東部邊緣，是中朝地臺的一部分，古生代時期的沉積物較少，白堊紀泥巖和泥質(zhì)砂巖構(gòu)成基底，其上覆蓋有6.0—8.0m左右厚的粘性土層及砂土層；施工區(qū)域地層復(fù)雜，從0-7m主要以粉質(zhì)粘土為主，中間夾有2-4m的砂層；巖層較厚，地面7m以下就是巖石層，7-14m為全風化泥巖，14-22m為強風化泥巖，中間有砂巖夾層，22m以下為中風化泥巖砂巖互層。
人工堆積填土層：雜填土①1層：雜色，稍濕，孔位處于道路、方磚上，多為人工路面結(jié)構(gòu)層或人工混凝土面層，該部分強度較高，其下部主要由粘性土組成，結(jié)構(gòu)松散，密度不均。厚度0.60～3.50m；
第四系沖洪積層：粉質(zhì)黏土②1層：褐黃色、灰黃色，可塑，稍濕，包含有鐵錳結(jié)核，無搖振反應(yīng)，稍有光滑、干強度中等，韌性中等，中等壓縮性，局部缺失該層，層厚0.60～4.60m；
粉質(zhì)黏土②2層：灰色，灰黑色，軟塑，濕，有腥臭味，含少量有機質(zhì)，部分地段為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，稍有搖振反應(yīng)，無光滑、干強度較低，韌性較低，中～高壓縮性，局部地段夾有薄層細砂，局部缺失該層。層厚0.70-4.00m；
粗砂②3層：灰黃色，褐灰色，青灰色，飽和狀態(tài)，顆粒主要由石英、長石組成，亞圓形，分選較好，級配一般自上而下顆粒逐漸變粗，強度增加，中密～密實狀態(tài)，含有少量泥質(zhì)，底部見有薄層礫石。層厚0.50～5.20m。
白堊系泥巖全風化泥巖③1層：為紫紅色泥巖夾灰白色、灰黃色、灰綠色及青灰色泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，有殘余結(jié)構(gòu)強度，泥巖粘土狀，泥質(zhì)粉砂巖有砂感，硬塑～堅硬狀態(tài)，中～低壓縮性，遇水易軟化，泥質(zhì)粉砂巖強度較泥巖高，局部含有鈣質(zhì)膠結(jié)成巖很好的砂巖，較易鉆進，巖芯破碎，層厚2.60～13.10m；
強風化泥巖③2層：為紫紅色泥巖夾灰白色、灰黃色、灰綠色及青灰色泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，風化裂隙發(fā)育，塊狀，遇水易軟化，泥質(zhì)粉砂巖強度較泥巖高，呈互層狀產(chǎn)出，局部地段見有成巖比較好的層厚750px～1250px鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖，紫紅色泥巖巖塊可用手折斷或捏碎，灰白色、青灰色的泥質(zhì)粉砂巖較難鉆進；巖芯較完整，層厚2.50～12.30m；中風化泥巖③3層：紫紅色、灰綠色、青灰色，泥巖與砂巖互層，以砂巖為主，砂巖強度較泥巖高，原巖結(jié)構(gòu)部分破壞，風化裂隙發(fā)育，塊狀，鉆進難度增大，巖芯呈柱狀，較為完整，揭露厚度8.50～15.50m。1.2水文概況根據(jù)勘察報告，地下穩(wěn)定水位埋深0.80～4.70m。擬建區(qū)間場地地下水賦存于第四系粘性土和砂土層中，含水層的厚度在3.0～6.0m。其中粉質(zhì)粘土②1層至粉質(zhì)粘土②2層透水性中等，粗砂②3層透水性良好。其下部的泥巖為不透水層。
2旋挖鉆機成孔優(yōu)點及遇到的困難
長春市輕軌一期、二期樁基工程都是采用沖擊鉆成孔，沖擊鉆非常適合在堅硬地層施工。本工程要在短短的60天內(nèi)完成510根樁的施工，將會有很大的困難。所以我們綜合考慮試著采用旋挖鉆機進行成孔。
2.1采用旋挖鉆機的優(yōu)點
如果本工程全部程采用沖擊鉆成孔，至少要30臺鉆機同時施工，用電量將是一個很大的困難，每臺鉆機的功率為75kw，同時工作，用電負荷將達到2250kw，再加上其配套設(shè)備，總功率可達3000kw。這樣的巨大負荷，將給長春市電網(wǎng)帶來一定困難，同時也增加了我們的成本，降低了利潤。采用旋挖鉆機用電設(shè)備只有水泵和電焊機，相對沖擊鉆來說，用電量可以忽略不計。全部采用沖擊鉆，施工現(xiàn)場將布滿電纜線，在電線縱橫交錯的環(huán)境中施工，將給安全管理帶來很大不便，同時也增加了施工的危險性。沖擊鉆成孔時泥漿的產(chǎn)出系數(shù)為2.5—3.5，完成本工程一萬多方的工作量，將要運走三四萬方的泥漿，在市內(nèi)主干道施工，要將這樣大量的泥漿運走絕非易事。沖擊鉆同時施工，對周圍環(huán)境將造成很大的影響。我們選擇旋挖鉆機施工，不但可以降低施工時的安全管理風險、保證工期、降低對環(huán)境的污染，而且能很大程度上提高工程利潤率。
2.2成孔困難
在本工程中采用旋挖鉆機施工，遇到的最大問題就是進入中風化巖鉆進困難，鉆頭磨損嚴重，同時存在砂層施工過程中存在塌孔現(xiàn)象。
3工藝改進及采取措施
針對旋挖鉆機在本工程中遇到的困難，我們采取了一系列的改進措施。
3.1造漿防塌
在剛開始施工時，是采用清水成孔，在砂層施工時，發(fā)現(xiàn)有塌孔現(xiàn)象。我們采用膨潤土先造好泥漿，然后用造好的泥漿進行成孔，取得了明顯的效果。
3.2工藝改進順利鉆進
在鉆進困難的情況下，我們從鉆頭、鉆桿方面進行改進，同時改變以往的鉆進方法，取得了明顯的效果。從整個旋挖鉆機工作過程來看，鉆機的動力能多少轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕に璧膲毫团ぞ氐妮敵鲂蕟栴}，對每臺鉆機來說，出廠時就已經(jīng)確定下來，而鉆機工作過程中的壓力和扭矩的輸出效率則取決與鉆桿和鉆頭，鉆斗的關(guān)鍵參數(shù)是斗齒刃前角。
3.2.1改進鉆頭
鉆頭對鉆機成孔來說是最主要的部件，鉆頭的好壞直接關(guān)系到成孔速度和成孔質(zhì)量。通過前期的實驗，我們成直徑1.2m，孔深26m的孔需要11個小時，1—21m需要3.5小時，21—26m則需要7.5小時，而且鉆頭磨損嚴重，掉齒現(xiàn)象多有發(fā)生，把太多的時間花費在中風化巖成孔上，我們計算過，照這樣的速度，本工程我們不但不能按期完成，而且還存在虧損的風險。通過查閱有關(guān)資料，及項目技術(shù)人員的研究，我們向廠家訂做我們自己改進的鉆巖鉆頭。碎巖鉆頭應(yīng)具有點式或圓球形切削刃面，如裝有子彈頭的短螺旋鉆頭，嵌巖筒鉆。此鉆頭的主要特點一是耐磨，鉆具應(yīng)有一定的剛度，在鉆進中或其他操作時，不產(chǎn)生移動和搖晃；二是子彈頭的切巖角度不同以往的普通回轉(zhuǎn)鉆頭，要比回轉(zhuǎn)鉆頭的切入角大一些，一般取50°~65°為宜，這樣不至于在巖石面滑脫，可以提高切巖速度。在此工程我們定制了三款專用的鉆巖鉆頭，一種是裝有子彈頭的螺旋鉆頭，一種是裝有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭，還有一種是裝有子彈頭的嵌巖筒鉆，取芯巖石筒鉆除了筒體下端焊有子彈頭截齒外，筒體內(nèi)壁上裝有承托巖芯的合頁片。這三種鉆頭都是裝有子彈頭，子彈頭起到的作用就是與巖石面接受面積小，有利于進入巖石，而且子彈頭還有耐磨的特點。鉆堅硬巖石主要用的是嵌巖筒鉆，它可以取出整體巖樣，不至于巖石被碎后無法從孔內(nèi)取出，較軟的巖石可以用子彈頭螺旋鉆頭破碎，然后用裝有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭撈出，因為裝有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭也有一定破碎巖石的作用。
3.2.2鉆桿改進
旋挖鉆機的工作分為壓力和扭矩，壓力：動力頭油缸—動力頭—鉆桿—鉆頭—切削刃；扭矩：動力頭馬達—動力頭轉(zhuǎn)盤—鉆桿—鉆頭—切削巖土。由此可以看出鉆桿在鉆機工作中起著一個連接的重要作用。一般進行松軟地層鉆進時，依靠鉆桿和鉆具的自重即可滿足進尺加壓力的要求，此時選用摩擦式鉆桿即可。對于入巖鉆進則應(yīng)考慮具有強行加壓功能的機鎖式鉆桿。機鎖鉆桿各節(jié)桿上的外鍵是焊在各節(jié)桿鋼管上圓周120°均布的3條（或6條）帶有加壓端面（有臺階）或齒面的鋼條。
3.2.3施工方法改進
針對不同的地質(zhì)情況，要采取不同施工的方式、鉆進參數(shù)、質(zhì)量控制措施。對于這種既有土層、砂層還有巖層的特殊地層，我們采取了綜合鉆進的方法，即對不同的地層采取不同的鉆進方法。地表第四紀地層可選用回轉(zhuǎn)鉆斗鉆進；在濕孔鉆進時，可用雙底板撈砂鉆斗鉆進以便于撈取鉆渣；對于硬度較大的基巖地層直接用短螺旋鉆頭或旋挖鉆斗鉆進都比較困難，需要嵌巖筒鉆配合短螺旋鉆頭和雙底板撈砂鉆斗鉆進。鉆進工藝參數(shù)也要隨之改變。
?。?）加壓力
旋挖鉆機工作效率取決動力頭扭矩與加壓，對于滾刀鉆頭，原則上加壓力越大工作效率越高，但要考慮鉆機的加壓能力及鉆桿的承受能力。
（2）轉(zhuǎn)速
旋挖鉆機鉆進硬巖時轉(zhuǎn)速以10—15轉(zhuǎn)/每分鐘為宜，不可過快或過慢，過緩則鉆進效率太低，過快則造成孔底泥漿渦動過大，沖刷孔壁，同時容易使鉆機鉆桿擺動過大造成損壞。
4結(jié)語
經(jīng)過有針對性的改進措施，提高了旋挖鉆機的成孔效率和成孔質(zhì)量，把成孔時間平均縮短4小時，如期完成工作任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟效益。我們單位采用旋挖在長春市這種地層中成孔尚屬首例，具有開創(chuàng)先河的作用。在此充分展現(xiàn)了旋挖鉆機成孔速度快、質(zhì)量好、效率高，對環(huán)境污染小的特點。
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