某工程土岩地层钻孔灌注桩成孔机械的对比分析

某工程土岩地层钻孔灌注桩成孔机械的对比分析

Summary：桩下部的坚硬岩石的成孔往往在整根桩成孔的功效方面起决定作用，虽然这部分成孔进尺较少，甚至不足10%，但是它却占用大部分的施工时间，现有通常设备都不能很多的解决这部分的功效问题，需要考虑复合设备及特种设备。如果在叠加别的成孔问题，比如塌孔，偏岩，溶洞等等，这将使施工更加艰难，因此，施工前充分考虑到困难，并设置预案，做到有备无患。Keys：花岗岩；旋挖钻机；效率1、工程概况某工程为市政高速环线工程，该工程部分桥桩位于吉林省中北部大黑上山脉的中部，饮马河上游支流侵蚀堆积山谷中，3~5月份为平水期，6~9月为丰水期，地下水位在地面以下5米范围内，局部埋深不到半米，丰水期地表有径流。该区域岩性为华力西期花岗岩体。地质条件较为简单，上层为第四系(Q4)河流冲洪积物，主要为砂砾、圆砾土层、表层为种植土，砂砾、圆砾土层含泥量较少，下层为华力西期(γ43)花岗岩，分别为全风化层、强风化层和中风化层，岩石坚硬。该工程设计要求桩径主要为1.2m和1.5m，桩长20m至35m不等。为满足桥桩的构造要求，灌注桩桩长普遍较长，桩身穿过第四系河流冲洪积物，均进入华力西期花岗岩地层，大部分桥桩需进入中风化花岗岩3~4米，个别到6~8米。桥台为群桩基础，桥墩为单桩基础，因此桩的合格率要求很高，特别是桥墩桩合格率必须达到100%。1.1典型剖面图该工程沿线施工，桥桩较多，工程量大，施工时间从3月份至11月份。2、成孔机械的选择通用钻孔灌注桩成孔设备有冲击钻机，正、返循环钻机，旋挖钻机，长螺旋钻机，沉管钻机，搓管机及全回转钻机。冲击钻机靠冲锤自由落体的反复冲击进行成孔，结合泥浆护壁，地层适应性很强，能够施工粘性土、粉土、砂土、填土、软硬风化岩层及旧基础、建筑垃圾等回填地层。缺点是该工艺不够环保，单机施工效率较低，没有好的泥浆成孔效率低，易塌孔。正、返循环钻机适合较软的地层，比如粘性土、粉土、砂砾土、填土、软岩层等。但是对于较硬地层不能成孔或成孔效率极低。旋挖钻机利用液压、旋转切屑的原理进行成孔，结合泥浆护壁和全套管。能够施工粘性土、粉土、砂土、填土、软硬风化岩层及混凝土结构、建筑垃圾等回填地层。缺点是设备较为笨重，对于坚硬完整岩石施工效率不高。沉管钻机利用静压或冲击的方式先行沉管，浇筑完混凝土后拔出套管。该方法使用与粘性土、粉土、砂土、填土等能够沉管的地层，对于硬质地层施工困难。搓管机及全回转钻机依靠液压，利用套管切屑地层。利用的全套管的特点多施工咬合桩等，对于硬质地层需配合别的设备，该设备在北方市场价格方面不占优势。鉴于本工程的特点，施工前对于钻孔灌注桩成孔机械设备进行筛选，由于需在中风化花岗岩地层成孔，且需要好的护壁条件，综合成本问题，本工程选择旋挖钻机施工。施工过程中所选旋挖机满足不了施工进度要求，后增加冲击钻机进行成孔。3、施工工艺对比3.1旋挖机成孔工艺本工程旋挖机采用大功率旋挖机（额定功率为298KW，最大扭矩为360KW•m），护壁采用化学泥浆护壁（旋挖机专用护壁液）。施工流程如下图：

3.1旋挖机成孔泥浆护壁流程图本工程钻机成孔重点在于易塌方的砂砾层护壁问题和坚硬风化花岗岩的成孔效率问题，基于在两点，分别采用如下策略：⑴旋挖机成孔采用传统额泥浆护壁，现场制作泥浆循环系统，施工过程中不断检测泥浆比重，稠度确保不塌孔。⑵坚硬风化花岗岩的成孔问题，采用大功率、大扭矩的旋挖机结合入岩钻头来解决。3.2旋挖钻机3.3冲击钻机3.2冲击钻机成孔冲击钻机较旋挖钻机体型较小，转场方面，但是由于靠自由落体式冲击，单孔耗时较长，冲击钻机靠数量来弥补效率低下的问题。本工程进场4台冲击钻机进行效率对比。4、成孔效果分析本工程施工自4月27日开始至8月30日，含有中风化花岗岩地层的桩已经施工近50%工程量。施工结果如下：4.1、施工效率分析。根据大量桩统计结果如下表：设备类型功率单桩桩长（m）施工时间（h）中风化用时（h）单台班进尺（m）中风化单台班进尺（m）旋挖钻机298KW（360KW.m）2512816.72冲击钻机77KW25503240.5注：按一根约25m长桩（其中中风化花岗岩占2米）进行对比。从统计结果可以看出三个方面结论：⑴本地区的中风化花岗岩硬度确实很大，旋挖钻机和冲击钻机的效率都很低。⑵横向对比，旋挖钻机比冲击钻机的效率较高。⑶针对旋挖钻机打大部分时间均耗在中风化岩成孔过程中。4.2、施工成本分析首先，两种设备的低效率造成成本均高，相对而言，旋挖钻机的成本比冲击钻机低。4.3、工期要求，现实结果，两种设备均满足不了施工进度要求，需要调整施工工艺。5、结论对于施工中风化花岗岩这类坚硬岩石，要有充分的准备，普通常用机械难以达到现在的功效要求。基于本次工程对比分析，工艺改进采取如下方式：⑴采用更大功率及扭矩的旋挖钻机，且配有特殊钢制造的钻头。⑵对于坚硬中风化岩单独采用设备预先破碎，即采用破碎设备配合旋挖机施工坚硬中风化岩，采用复合设备时