李 民

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

1 工程概況

哈大鐵路客運(yùn)專線全線的橋梁部分占線路總長(zhǎng)的73.32%，而橋梁基礎(chǔ)幾乎全部采用樁基礎(chǔ)，全線有16.38萬根基礎(chǔ)樁，接近600萬延米，其中摩擦樁占70%，有11.7萬根，合計(jì)約520萬延米，曲家屯特大橋里 程 為 DK655+3.86—DK672+291.18，橋 長(zhǎng)17 287.32 m，樁基均為鉆孔灌注樁。

根據(jù)地質(zhì)狀況，結(jié)合摩擦樁施工量大，工期緊，環(huán)保和成本控制等要求，確定使用旋挖鉆機(jī)，鉆具的選取和改進(jìn)是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

2 鉆具的選擇與改進(jìn)

2.1 鉆具的初選

曲家屯特大橋所在區(qū)域土壤最大季節(jié)凍土深度156 cm，橋位處屬于不良地質(zhì)和特殊巖土條件地區(qū)，逐次下層分別是砂巖、泥巖、鐵板砂、泥巖夾砂巖，其基本承載力從200 kPa、220 kPa、到440 kPa分層不等。

本橋雖然確定使用旋挖鉆機(jī)施工，前期使用旋挖鉆機(jī)(220型號(hào))的施工進(jìn)度不理想，需要結(jié)合旋挖鉆機(jī)的性能和工程的地質(zhì)情況，進(jìn)行鉆具的選取。

影響旋挖鉆具選用的因素概括起來主要有地質(zhì)情況，鉆機(jī)功能，孔深、孔徑、沉渣厚度、護(hù)壁措施等具體要求。不同的地質(zhì)以及不同的鉆進(jìn)目的都需要選擇與之相適應(yīng)的鉆具結(jié)構(gòu)，一般來說，基礎(chǔ)工程樁基施工需要擴(kuò)底的在成孔以后只能選用擴(kuò)底鉆頭來完成(后壓漿除外)，鉆孔直徑在800 mm以下的則一般使用長(zhǎng)螺旋鉆頭來完成，而對(duì)于地下連續(xù)墻的墻體形狀有特殊要求的，不能通過單樁部分重疊形成連續(xù)墻體的，則只能使用沖抓錐或者液壓抓斗來完成。

對(duì)于一般的樁基施工，在旋挖鉆機(jī)能力范圍內(nèi)，鉆頭的選擇主要取決于鉆遇地層地質(zhì)情況。旋挖鉆具對(duì)各種地層適用性如表1所示。針對(duì) DK655+3.86—DK672+291.18段曲家屯特大橋的地質(zhì)情況，選擇了短螺旋鉆頭、旋挖鉆斗(單層底板鉆斗和雙層底板鉆斗)兩類鉆頭。

2.2 初選鉆具存在的問題

選擇短螺旋鉆頭、旋挖單層底板鉆斗和旋挖雙層底板鉆斗施工，在施工過程中發(fā)現(xiàn)它們都存在一定問題，并不能滿足施工要求。使用短螺旋鉆頭幾乎不能成孔，因其提土功能不能滿足成孔效率的要求，因?yàn)槎搪菪@頭具備的主要工作性能是破碎性，對(duì)提土的功能基本不具備，如圖1所示。

單層底旋挖鉆斗提土?xí)r底板只能關(guān)閉一半，使提土過程中另一半砂土漏回孔內(nèi)，降低了鉆進(jìn)效率，還影響了孔底清潔度。而使用雙層底旋挖鉆斗，其鉆進(jìn)效率及孔底清潔度明顯優(yōu)于單層底鉆斗，單層底旋挖鉆斗和雙層底鉆斗在遇到基本承載力400 kPa以上的泥巖夾砂巖地層時(shí)，會(huì)遇到切削困難，或遇到砂巖切削成塊時(shí)，雙層底鉆斗的進(jìn)泥情況相當(dāng)不好，導(dǎo)致鉆進(jìn)速度相當(dāng)緩慢，出現(xiàn)打滑不能取出巖土的情況，造成空鉆，經(jīng)常性卡鉆。

表1 鉆具類型與適用地層統(tǒng)計(jì)表

圖1 短螺旋鉆頭

使用這三鐘鉆具施工時(shí)，每完成一根40 m長(zhǎng)的樁，需要15～18 h旋挖成孔和清空，再加上吊裝鋼筋籠和灌注混凝土的工序時(shí)間，和其他一些不確定的外界影響因素耽誤的時(shí)間，導(dǎo)致每根樁的成樁時(shí)間在25～28 h，即每天單臺(tái)旋挖鉆機(jī)的每日成樁數(shù)在 1根以內(nèi)，相應(yīng)的每完成一根樁的經(jīng)濟(jì)成本也是成倍地增加。

2.3 鉆具的改進(jìn)

對(duì)鉆渣進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)巖土本身的硬度不是問題，鉆機(jī)的機(jī)械性能、鉆進(jìn)的速度、司機(jī)的操作方法、孔深、孔徑和護(hù)壁措施等都不是影響鉆進(jìn)的因素。問題在于泥巖夾砂巖地層，單層底鉆斗在工作時(shí)，因?yàn)榍邢鞯膸r土成塊狀，沒有被破碎，塊體整體比較大，不易整體進(jìn)入鉆斗，鉆齒易折斷，或者導(dǎo)致鉆桿承受力太大，鉆桿發(fā)燙甚至裂壞，出現(xiàn)機(jī)械故障;雙層底鉆斗在工作時(shí)，因?yàn)檫@種泥巖夾砂巖的地層夾雜有黏泥和碎體塊狀石，導(dǎo)致被切削的巖土容易卡在雙層底板之間，致使鉆進(jìn)時(shí)順時(shí)針逆時(shí)針均不能動(dòng)作(即卡鉆)，或鉆斗根本不能進(jìn)行切進(jìn)巖土，致使鉆斗在工作面上打滑不進(jìn)。

為解決鉆斗進(jìn)泥問題可對(duì)單層底旋挖鉆斗進(jìn)行改進(jìn)，將單層底旋挖鉆斗底部改為單層整塊底板構(gòu)造，然后兩側(cè)對(duì)稱切開扇形進(jìn)泥口，切開的進(jìn)泥口扇形半徑是夾雜碎體塊狀石直徑的兩倍，扇形弦長(zhǎng)是夾雜碎體塊狀石直徑的1.5倍，圖2和圖3為改造前和改造后的對(duì)照示意圖。

圖2 改造前單底層鉆斗底部構(gòu)造示意

圖3 改造后單層整塊底板鉆斗底部構(gòu)造示意

鉆斗改造后，在遇到容易打滑的地層段時(shí)，鉆進(jìn)非常順利;而在鉆遇其他稍硬的地層段時(shí)，及時(shí)更換配合使用短螺旋鉆頭，大大提高了鉆進(jìn)效率。使得原來每樁成孔時(shí)間由15～18 h縮短到8～12 h，每日單臺(tái)鉆機(jī)可完成2～3根樁，滿足了工期進(jìn)度的需要，其每根樁成本也從8 000～10 000元降低到3 000～4 000元。

3 結(jié)語

綜上所述，旋挖鉆具的選用必須以鉆遇地層為前提，根據(jù)鉆遇地層選用合適的鉆具不僅僅是技術(shù)問題，也是經(jīng)濟(jì)問題。系統(tǒng)合理的旋挖鉆具選用規(guī)則，將對(duì)旋挖鉆具的研制開發(fā)、旋挖鉆機(jī)施工的推廣、施工功效和成本控制有著重要的意義。

［1］張順忠，聶坤平．多年凍土區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)的旋挖鉆施工［J］．鐵道建筑，2004(2):16-19．

［2］郭玉文．旋挖鉆機(jī)在北京城市鐵路高架橋樁基施工中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2001(12):8-10．