改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋鉆孔壓灌樁在全巖地層中的應(yīng)用

1、    改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋鉆孔壓灌樁在全巖地層中的應(yīng)用    鄧環(huán)宇摘  要：該文闡述了改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋壓灌成樁工藝在全巖地層中的應(yīng)用，比較分析3種可行成樁工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋鉆孔壓灌樁作為成樁工藝，介紹了鉆機(jī)技術(shù)改進(jìn)方法和手段，通過合理組織安排成孔及壓灌混凝土施工順序，解決了成樁過程中的潛在問題，拓展了長螺旋壓灌工藝應(yīng)用范圍，此外，經(jīng)實(shí)踐總結(jié)，說明了應(yīng)用工藝存在的不足之處以及需要改進(jìn)的方向。關(guān)鍵詞：改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋鉆機(jī);全巖地層;入巖成孔;壓灌順序調(diào)整：tu753        文獻(xiàn)標(biāo)志

2、碼：a1 項目概況該建設(shè)項目位于遼寧省錦州市濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，施工樁基為鋼筋混凝土擋土墻底部樁基礎(chǔ)，東西方向成條狀分布。該樁基既作為頂部擋土墻基礎(chǔ)，承受豎向荷載，該樁嵌入深部巖層中，還可起到抗滑樁的作用，此外在一側(cè)土方開挖剝離后，通過錨索張拉施工輔助后，該樁基又可作為擋土樁。設(shè)計樁徑為800 mm，樁長3.5 m8.2 m，分為鋼筋混凝土樁和素混凝土樁，鋼筋混凝土樁沿著墻體走向按1.2 m間距布置，素樁主要布置在建設(shè)場地東側(cè)鋼筋混凝土樁中間，與鋼筋混凝土樁相互咬合對樁間土進(jìn)行支護(hù)。2 工程地質(zhì)條件施工場地地層從上到下分布的主要地層為素填土、礫質(zhì)黏性土、風(fēng)化花崗巖及砂巖地層，建設(shè)場地東側(cè)區(qū)域，

3、樁長范圍內(nèi)為砂質(zhì)黏性土，黏性土呈棕黃色-磚紅色，可塑-硬塑，干強(qiáng)度、韌性中等;建設(shè)場地其他區(qū)域在樁基施工前，表層第四系土及雜填土均已清除，因此樁基開孔鉆進(jìn)地層基本即為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖或者砂巖地層，巖石大多呈破碎狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石強(qiáng)度差異性大，勘察取芯巖樣單軸抗壓強(qiáng)度分布在10.6 mpa40 mpa。施工期間，未見地下水，鉆孔均為干孔。3 成樁工藝選擇該建設(shè)項目樁基樁長較短，在項目實(shí)施前期，通過比選，擬確定3種可適應(yīng)于該場地的成樁工藝，分別為沖擊正反循環(huán)鉆機(jī)成孔-水下混凝土灌注、旋挖鉆機(jī)成孔-水下混凝土灌注、長螺旋鉆孔壓灌成樁，3種成樁工藝在該建設(shè)場地的適應(yīng)性及優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。（1）沖擊正反循

4、環(huán)鉆機(jī)成孔-水下混凝土灌注成樁沖擊成孔灌注樁樁徑一般為800 mm以上，管狀或者實(shí)心錐頭利用重力勢能錘擊破碎巖土層成孔。其優(yōu)點(diǎn)是在各種地層中均可實(shí)現(xiàn)有效鉆進(jìn)，適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是施工速率慢，需要拌制泥漿沖洗液，污染嚴(yán)重，沉渣清理難度大，充盈系數(shù)相對較大，造價較高。（2）旋挖鉆機(jī)成孔-水下混凝土灌注成樁旋挖鉆機(jī)成孔工藝目前應(yīng)用最為廣泛，其可以通過更換專用鉆頭適用于各種地層，施工效率高，鉆機(jī)自動化程度高，可在各種復(fù)雜場地內(nèi)施工作業(yè)，輔助需求相對較少。缺點(diǎn)是成孔后，塌孔縮頸容易發(fā)生，尤其在軟土地層中容易產(chǎn)生負(fù)壓引起深層孔壁坍塌，必要時也需造漿輔助護(hù)壁，成樁質(zhì)量不易保障，重大工程應(yīng)用中，重點(diǎn)需關(guān)注沉渣厚度

5、及樁體質(zhì)量問題。（3）長螺旋鉆孔壓灌成樁傳統(tǒng)長螺旋鉆孔適用于在黏性土、粉土、沙土、填土、非密實(shí)的碎石類土以及強(qiáng)風(fēng)化巖等地層中鉆進(jìn)成孔，施工效率高、振動小、噪聲低、環(huán)境污染小，在壓力灌注條件下成樁質(zhì)量易于保障，缺點(diǎn)是只能在相對均質(zhì)、松軟的第四系巖土層鉆進(jìn)施工，尤其不適應(yīng)于在相對堅硬地層中施工，應(yīng)用范圍有限，其自身的一些優(yōu)點(diǎn)得不到發(fā)揮。近年來，各種改進(jìn)型長螺旋鉆機(jī)的研制、開發(fā)及應(yīng)用擴(kuò)大了長螺旋鉆機(jī)的適用范圍，改進(jìn)技術(shù)主要是從改進(jìn)鉆頭及鉆進(jìn)形式，加大軸向壓力，加大旋轉(zhuǎn)扭矩等方面改進(jìn)加強(qiáng)。該應(yīng)用項目選用的改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋鉆機(jī)采用雙直流動力電機(jī)提供動力，可提供250 kn·m扭矩，利用增設(shè)的加

6、壓卷揚(yáng)裝置最大可提供400 kn軸向壓力以利于在巖石地層中破巖鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆頭為錐形結(jié)構(gòu)，鉆頭主體材料為高強(qiáng)鋼材，耐磨性好，鉆頭螺旋狀胎體外沿焊接鎢鈷硬質(zhì)合金齒牙，進(jìn)一步適應(yīng)于高強(qiáng)巖石地層鉆進(jìn)，該型鉆機(jī)在錦州市老城區(qū)基坑工程項目中成功應(yīng)用，中等風(fēng)化礫巖層最大鉆進(jìn)深度為3.7 m。應(yīng)用項目工期要求特別短，建設(shè)地點(diǎn)位于大型國有石油化工企業(yè)生產(chǎn)場地內(nèi)，環(huán)保及安全要求標(biāo)準(zhǔn)為極高級別，綜合考慮上述3種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)以及工藝對于現(xiàn)場條件的適應(yīng)性，最終選用改進(jìn)型長螺旋鉆機(jī)作為該應(yīng)用項目的成樁工藝。4 成樁施工工藝流程該應(yīng)用項目全巖地層成樁工藝流程如下。（1）樁孔位置測量放線定位后，為了減少樁位偏差，利用小型挖掘

7、機(jī)破巖裝置沿作業(yè)面點(diǎn)位鑿巖開挖出一系列小型導(dǎo)向坑，引導(dǎo)鉆頭開孔鉆進(jìn)。（2）鉆機(jī)就位，破巖鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計樁長孔深，達(dá)到預(yù)計孔深后不立即壓灌混凝土，而是繼續(xù)按孔位排序鉆進(jìn)后續(xù)樁孔，完成的樁孔為保障安全，可立即用樁孔鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑回填，杜絕其他雜物摻雜其中被回填至樁孔內(nèi)。（3）待樁孔數(shù)量達(dá)到預(yù)定數(shù)量后（滿足一定數(shù)量混凝土集中供應(yīng)條件），安排鉆機(jī)在已形成鉆孔的樁位處再次鉆進(jìn)并超鉆深度0.3 m0.4 m，隨后通過中空的鉆桿向孔內(nèi)壓灌混凝土直至孔口。（4）提出鉆具，利用振搗下壓方式下發(fā)安裝鋼筋籠。5 項目實(shí)際應(yīng)用中的初步嘗試以及存在的問題（1）該應(yīng)用項目首次在全巖地層條件下選擇改進(jìn)型長螺旋鉆機(jī)開展成

8、樁作業(yè)，具有一定先導(dǎo)性，進(jìn)一步驗證了長螺旋壓灌樁工藝在類似地質(zhì)條件下的可行性及可操作性。（2）為了減小全巖地層中樁位偏差，試驗性地在鉆機(jī)開孔鉆進(jìn)前開鑿引導(dǎo)坑，通過現(xiàn)場實(shí)施驗證，可在一定范圍內(nèi)保證孔位偏差。（3）結(jié)合該項目中樁長相對較短，單樁混凝土需求量少，巖石地層鉆進(jìn)樁孔時間較長，并考慮長螺旋壓灌工藝特點(diǎn)，該應(yīng)用項目選擇“集中鉆進(jìn)成孔，二次清孔壓灌混凝土成樁”的施工工藝，即根據(jù)設(shè)計要求先行成批量鉆進(jìn)形成樁孔，在此期間不按根壓灌混凝土，待樁孔混凝土需求量達(dá)到一定數(shù)量后，按樁位順序再次鉆進(jìn)已形成管狀孔洞的樁孔，隨后壓灌混凝土并振動安裝鋼筋籠最終成樁，經(jīng)驗證，該種成樁組織方式也具有一定開創(chuàng)性和可行性

9、，可解決混凝土待時過長凝固造成堵管問題，此外混凝土可集中供給，利于與商砼站的配合協(xié)調(diào)組織工作。該工藝在該應(yīng)用項目中取得了一定成果，但在應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些不適應(yīng)和需要改進(jìn)的方面，主要有。（1）錐形鉆頭在開孔鉆進(jìn)過程中，因巖石地層強(qiáng)度存在的差異性容易出現(xiàn)孔位偏差，鉆頭缺少有效導(dǎo)向結(jié)構(gòu)裝置，因此可進(jìn)一步優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)構(gòu)造。（2）改進(jìn)鉆機(jī)采用直流電機(jī)作為主要動力來源，需配備復(fù)雜交變電流轉(zhuǎn)換直流電裝置，整機(jī)運(yùn)行易受外部電源條件影響，此外復(fù)雜的電流轉(zhuǎn)換集成電路及輸配電線路自身也易出現(xiàn)問題，下一步需提高配電系統(tǒng)的自身穩(wěn)定性及可靠性。（3）鉆機(jī)各部件均為自主定制研發(fā)產(chǎn)品，缺乏相關(guān)構(gòu)配件配套，在單個部件損壞或者磨

10、損后，需專門到相關(guān)加工企業(yè)加工定制，不利于工期保障，此外，在巖石地層中施工作業(yè)過程中，各主要部件承受很大的施工負(fù)荷時，象鉆桿、鉆頭及動力頭，鉆機(jī)無有效自身保護(hù)系統(tǒng)，容易造成電機(jī)過荷線路燒毀，鉆桿斷裂，鉆頭過度磨損等問題，因此需開發(fā)一套有效的自保系統(tǒng)。6 結(jié)語傳統(tǒng)長螺旋壓灌成樁工藝其自身有很多優(yōu)點(diǎn)，但適用范圍有一定的局限性，尤其不適用于巖石地層中的應(yīng)用，為拓展其應(yīng)用范圍，改進(jìn)加強(qiáng)型長螺旋壓灌成樁工藝被大膽地應(yīng)用在全巖地層中的成樁作業(yè)中，通過調(diào)整成孔及壓灌混凝土順序，解決了混凝土待時過長凝固等問題，經(jīng)應(yīng)用項目的有效組織和順利實(shí)施，驗證了全巖地層中采用長螺旋壓灌成樁工藝的可行性，為巖石地層中全螺旋壓灌成樁工藝的應(yīng)用提供了一個范例。參考文獻(xiàn)1趙樹強(qiáng)，李建功.長螺旋（氣旋）鉆機(jī)壓灌樁在巖石地基中的應(yīng)用j.建材發(fā)展導(dǎo)向，2017（15）：66-69.2劉守進(jìn).長螺旋鉆機(jī)的發(fā)展趨勢探析j.技術(shù)應(yīng)用