| 标题 | 硬岩钻孔桩旋挖钻环切取芯快速成孔施工技术 |
| 范文 | 吴先锋 周冬 施德 摘 要：在山区桥梁嵌岩桩施工中，硬质岩成孔存在进尺速度慢的难题，通过采用三一重工SR385RC8型旋挖钻机，桩基入岩施工应用环切取芯钻进工艺。详细阐述了工艺特点、原理、工艺流程及操作要点以及安全、环保措施，大幅提高了工效，实现钻孔桩成孔硬岩快速钻进的突破。 关键词：山区桥梁；嵌岩桩；硬质岩；旋挖钻环切取芯；快速成孔 中图分类号：U443.15+4 文献标志码：A 0 引言 依据《岩土工程勘察规范》规定的岩石坚硬程度分类标准，饱和单轴抗压强度>60MPa，即为坚硬岩层。钻孔灌注桩钻进时，当遇到坚硬岩层，常规方法有人工开凿、冲击破岩、磨削破岩、剪切入岩，对应成孔方式有人工挖孔、冲击钻成孔，或采用回转钻机、旋挖钻机用小直径钻头施工先导孔，再换用大钻头二次切削。人工挖孔安全风险大，其余成孔方式进尺速度较慢，增加了工期和成本。 旋挖钻机性能好、效率高，近年来在基础施工领域已成为市场主力。由于普通旋挖钻机施工以旋转磨削为主，在有限的加压荷载下，无法对岩层形成有效冲击，导致旋挖钻机进行高强度岩层施工时，效率低下。如何在硬岩中发挥出旋挖钻机的优势，是非常值得研究的课题。 随着我国机械制造水平的发展，旋挖钻机的性能也在持续改进，功率和输出扭矩不断提高，同时出现了新型高强钻具，研发出了可以环切取芯的旋挖钻机。 笔者单位施工的山区桥梁工程，采用三一重工SR385RC8型旋挖钻机，桩基入岩施工应用环切取芯钻进工艺，不用施工先导孔，实现了坚硬岩层快速成孔，加快了施工进度，降低了成本。 1 工艺特点 1.1 适用于坚硬岩层 旋挖钻机选用机锁式钻杆和牙轮筒式取芯钻头。钻杆上附有锁点，通过机械锁点把每节钻杆锁住，把加压力传递给钻具，其加压荷载的传递效率可达95%以上，在钻具和岩体之间产生较大的剪切力，适用于坚硬岩层。 1.2 钻进速度快 采用筒式取芯钻头钻进切出环槽，然后将岩芯磨断整体取出。将钻齿的线接触改为旋转环形接触，降低钻具作用岩层的接触面积，有效减小钻具旋转时的运行阻力，同时减少了对岩层全面磨削破碎所需作用功，正常情况下无须更换钻具，实现快速钻进，根据岩层强度不同，一般每天可钻进25m～40m。 1.3 施工安全性高、机动性强 规避了人工挖孔法孔内作业的危险；旋挖钻机的履带式底盘移动方便、机动性强，在山区特别是跨河施工时，相对于冲击钻，当遇到洪水等自然灾害时可迅速撤离。 1.4 适用范围 适用于强度范围在40MPa～100MPa的较硬～坚硬岩层、桩长≤40m、桩径≤2.5m的钻孔桩施工。 2 工艺原理 采用大功率旋挖钻机，选用机锁式钻杆和牙轮筒钻，使用牙轮筒式取芯钻头在钻进岩层切出环槽，然后停止加压，通过钻头在孔底位置交替进行正反转操作，利用牙轮将岩芯磨断取出，如此循环钻进，实现快速成孔。 3 施工工艺流程及操作要点 3.1 环切取芯成孔工艺流程 埋设护筒→施工准备→常规钻进→开始入岩→环切取芯式钻进→切断、取出芯柱→循环钻进→成孔。 3.2 操作要点 3.2.1 护筒埋设 根据桩位点设置护筒，将其垂直埋入土体中，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识测量控制点方向线位置。护筒的内径应大于钻头直径200mm～300mm，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用黏土填实。 3.2.2 施工准备 ①钻机就位 将钻机行驶到施工桩位，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，钻机就位应保持平稳，不发生倾斜、位移，钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直。 ②泥浆调制 根据现场实际情况选择合适位置开挖沉淀池，循环池和沉淀池分开，泥浆循环利用，泥浆主要用来悬浮沉渣和冷却润滑钻头。选择符合要求的黏土制作泥浆，必要时，在泥浆中掺入适量的膨润土和碳酸钠。 3.2.3 常规钻进 进入硬质岩层前和硬质岩芯无法钻进完整取芯时，采用常规截齿钻头磨削式钻进。钻进前和钻进中，要对泥浆性能指标不断测试，泥浆比重为1.15～1.25，含砂率≤4%，黏度≤28S，胶体率≥95%。刚开始要放慢旋挖速度，放斗要稳，提斗要慢，旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。每挖一斗、掏取钻渣或停钻时，及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，护筒内的泥浆顶面应始终高出孔外水位或地下水位1.0m～1.5m。 为保证旋入钻斗内的岩石碎块不在钻杆提升过程中掉入孔中，截齿钻头的底部为双层底。双层底可以相对旋转一个角度，实现截齿钻头土口的打开与关闭。钻进时进土口为打开状态，适宜进土。每次进尺结束，将钻头反转一个角度使进土口关闭，钻头处于完全的封闭状态，保证筒内土体不掉出筒外。 3.2.4 入岩环切取芯式钻进 当钻进困难时，岩体有风化裂隙发育，钻进时被切割成岩块，即可判断进入硬质岩层。换用筒式钻头进行环切取芯式钻进。旋挖钻机成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。 环切钻进时钻机转速宜保证发动机发挥最大功率，使转速达到最大。利用牙轮筒钻圆周上的球型齿上的钨钢头在孔底滚动的同时，还伴有牙轮对孔底岩体的滑动碾压切割，将岩层进行中间留芯环切、环切筒钻及牙轮钻齿、环切钻进示意如图1和图2所示。 3.2.5 截断、取出芯柱 每次钻进钻头进入基岩面深度宜控制在0.8m～1.0m，進入深度过大或过小都不利于岩芯的取出。根据操作室深度显示器显示的入岩深度，判断钻头进入基岩深度在0.8m～1.0m，操作手应停止加压，钻头在孔底位置交替进行正反转操作，利用牙轮将岩芯磨断，然后将岩芯取出，完成一次环切取芯钻进，如图3所示。 如果岩芯无法完整取出，就需要换用截齿钻头对岩芯进行破碎挖进钻斗内取出孔外。 牙轮筒钻在岩石中钻进时，每隔15min左右将钻头提出岩石钻进面，利用孔内泥浆冷却钻头，以防长时间在基岩内钻进温度过高造成烧钻。 3.2.6 循环钻进 如此循环钻进，直至设计孔底。 3.2.7 成孔 经测绳检测孔深，探孔器检测孔径合格后成孔，否则继续采用上述方法钻进。 4 旋挖钻机性能参数 选用三一重工SR385C8或以上型号，以SR385C8型旋挖钻机为例，整机高度30.275m，重量150t，最大钻径2.9m，发动机功率360kW，最大转速1800rpm，最大加压力/起拔力350kN，最大输出扭矩380kN·m；選用机锁式钻杆，钻深可达到76m，加压荷载传递效率达95%以上；采用筒式取芯钻头在钻进岩层切出环槽，具备三高一强的特点（高可靠性、高稳定性、高效率、强入岩）。 5 安全措施 对桩基施工区域进行封闭管理，使用警示彩旗封闭，设置危险警告标志，安排专人负责值守。 在距泥浆池边缘1.0m处设置硬质防护栏杆并加设钢丝防护网，高度≥1.2m，护栏周边插彩旗，设置警示标志和夜间警示灯。 未开钻或停钻时，在护筒顶铺设钢质安全栏覆盖，安全栏使用φ18mm的螺纹钢焊制，钢筋空隙≤20cm。 钻进时，要按钻压值的要求减压钻进和均匀给进；发现异常情况要停钻。 对钻杆接头螺栓应仔细检查，凡已用过的旧螺栓，确认无明显疲劳裂纹时才可使用。 钻机设备在移位或拆、装、运过程中，避免碰撞变形，防止挤压电缆。 雷电天气，所有钻孔机必须停止作业，防止雷击。 汛期施工，安排专人值守，关注汛情。在施工区隔段修筑避险施工平台，确保洪水来临之前机械能安全撤离。 6 环保措施 施工机械的废油要存放在废油桶内，集中处理，严禁随意排放。生产用油料必须严格保管，防止泄漏，污染水体。 泥浆池设置循环系统，泥浆循环使用，在泥浆池周边用编织袋培土等措施确保泥浆不外溢污染环境。钻进产生的钻渣，采用运输车辆运到指定场地集中处理。 桩基施工全部结束后，采用措施使泥浆降解固化，采用专用运输车运至指定淤泥排放点。 施工中环切取出的岩芯运至料场集中破碎，用于施工便道的修筑。 结语 以一根直径1.8m、桩长16m的嵌岩桩施工为例，假设硬质岩入岩深度8m，如果采用冲击钻、回转钻或普通旋挖钻成孔，入岩后每小时钻进0.1m，需要再连续钻进80h方能成孔；而采用环切取芯工艺施工，入岩后每小时钻进0.8m～1.0m，8h～10h即可成孔，工效提高近10倍，同时大幅降低了能耗，1天轻松完成1根桩，经济效益、社会效益显著，具有较高的推广价值。 参考文献 [1]GB50021—2001（2009年版），岩土工程勘察规范[S]. [2]JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S]. [3]JTG F90—2015，公路工程施工安全技术规范[S]. [4]三一重工股份有限公司，三一重工SR385C8型旋挖钻机产品说明书[Z]. [5]中国建筑股份有限公司.建筑施工手册（第五版）第2册[M].北京：中国建筑工业出版社，2012. |
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