張軍

摘要：通過對傳統(tǒng)雙螺旋入巖鉆頭與施工工藝進行改進，采用改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭進行引孔，穿大粒徑卵石層能力強，單樁承載力高、施工效率高，操作簡便，既克服了由于地質(zhì)條件復(fù)雜，地下砂卵石粒徑大導致鉆機無法施工的難題，又避免了因卵石層厚度大、粒徑大而無法施工造成的工期延誤。成孔后再采用傳統(tǒng)長螺旋鉆頭進行二次清孔并注漿，防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病，施工質(zhì)量容易得到保證。

Abstract： Through the improvement of the traditional double helix rock bit and construction technology， the improved double helix thick blade bullet pick bit is used for the pilot hole， which has strong ability to wear large particle size pebble layer， high bearing capacity， construction efficiency and simple operation， and overcomes the problem that the drilling machine cannot be constructed due to the complicated geological conditions and the large particle size of the underground sand pebble， and avoids the delay of construction due to the large thickness of the pebble layer and the large particle size. After the hole is formed， the traditional long spiral drill bit is used for secondary clearing and grouting， which prevents the common construction problems such as broken piles， reduced diameter and collapsed holes， and the construction quality is easily guaranteed.

關(guān)鍵詞：雙螺旋；厚葉片；合金截齒；引孔；大粒徑卵石層；效率高

Key words： double helix；thick blade；alloy pick；lead hole；large particle size pebble layer；high efficiency

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）02-0129-05

1 研究背景

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，現(xiàn)代城市建設(shè)日新月異，在這場大的建設(shè)熱潮中，總會遇到各種各樣的的地質(zhì)條件情況，這就要求在遇到復(fù)雜地質(zhì)情況施工中樁基成樁形式與地基處理方式的選擇尤為關(guān)鍵。結(jié)合汝州市重點工程汝州市煤山街道洗耳河片區(qū)趙莊城中村改造工程的地質(zhì)情況，從施工難度、安全風險、設(shè)備資源、工效、塌孔、縮徑、漏漿、噪音、泥漿污染、成本、現(xiàn)有設(shè)備市場擁有量十一個方面對上述工藝進行分析、比較。

最后認為適宜的施工方案為：長螺旋鉆孔成孔、沖擊鉆成孔。我部對這兩種方法進行了反復(fù)比較，沖擊鉆機施工進度慢、成本高、對周邊環(huán)境污染較大，但對地層的適應(yīng)性較強。傳統(tǒng)長螺旋鉆成孔施工速度快，對周邊環(huán)境污染較小，但對地層的適應(yīng)性較差，粒徑超過80mm卵石鉆進困難。根據(jù)我們對周邊地層的調(diào)查，及對地質(zhì)資料的分析，我們進行了工藝性試樁。并對傳統(tǒng)螺旋鉆頭進行了改良，由于要穿過約5m厚的粒徑為30-200mm的卵石層，甚至有少數(shù)200-400mm的扁平漂石，成孔非常困難，耗費時間太長，鉆頭損耗嚴重，甚至不能成孔。最后我們對螺旋鉆頭進行了二次改良克服了這些困難。通過比選，最終確定改進型長螺旋鉆機成孔為主要施工方案，沖擊鉆成孔施工方案為替補施工方案。

2 改進型鉆孔灌注樁成孔施工工藝特點

2.1 可操作性強，在大粒徑卵石層運用該施工技術(shù)進行長螺旋鉆孔灌注樁施工，施工操作簡單，施工速度快，樁尖無虛土，成孔后再采用傳統(tǒng)長螺旋鉆頭進行二次清孔并注漿，防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病，施工質(zhì)量容易得到保證；解決了傳統(tǒng)的長螺旋鉆機施工對地層的適應(yīng)性較差，粒徑超過80mm卵石鉆進困難，遇到較大粒徑的卵石層或漂石層無法施工的難題。

2.2 施工效率高，對厚度約5m的大粒徑卵石層采用改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭進行引孔，穿大粒徑卵石層能力強，單樁承載力高、施工效率高，操作簡便；低噪音、不擾民、不降水、不擠土、不用進行泥漿護壁，施工現(xiàn)場整潔文明。

2.3 經(jīng)濟效益高，通過對傳統(tǒng)長螺旋鉆機鉆頭和施工工藝的改進，并加強鉆機的電動功率，投入小，但大大增大了樁基成孔的效率與速度，節(jié)約了整體工期，節(jié)省了采用沖擊鉆需進行泥漿護壁等成本。

3 改進型鉆孔灌注樁成孔工藝適用范圍

長螺旋改進型鉆孔灌注樁成孔施工工藝適用于施工場地較大，可容納大量機械運轉(zhuǎn)，水位較深，地質(zhì)穩(wěn)定、無地下空洞，砂卵石地層分布厚、粒徑大（粒徑要求在400mm以下）的卵石層下的鋼筋混凝土灌注樁、CFG樁的施工。

4 改進型鉆孔灌注樁成孔工藝原理

4.1 砂卵石層中，卵石密度較大，且存在部分200-300mm，甚至超過400mm的的大塊漂石，但漂石普遍存扁平、細長狀，而且含量較小，通過加厚雙螺旋鉆頭的葉片與增加螺旋鉆頭合金截齒數(shù)量與密度，將鉆頭閥門與鉆頭滿焊封閉，增加了對大粒徑卵石的抓力，通過此改進型鉆頭進行穿卵石層引孔，在鉆進時鉆頭會破碎部分扁平漂石，并通過螺旋鉆桿引出地面，此改進型螺旋鉆頭能夠成功進行鉆進成孔。

4.2 加大長螺旋鉆機動力頭的扭矩配合改進型雙螺旋鉆頭，可以大大提升鉆機鉆進效率與速度，提高動力頭的扭矩對鉆進速度與大粒徑漂石的提取起著重要作用，通過試驗與比選，我們確定了動力頭電機功率為90×2kW，動力頭最大扭矩200kN·m以上的長螺旋鉆機較為適合大粒徑卵石層成孔。

4.3 采用改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭引孔完成后，更換帶活動閥門普通螺旋鉆頭進行清孔，并達到設(shè)計樁底，停止鉆進，泵送混凝土，當鉆桿芯充滿混凝土后開始拔管，混凝土的泵送量與拔管速度相匹配，拔管速度控制在1.5-1.7m/min左右，注漿完成后進行后壓鋼筋籠，防止了斷樁、縮徑、塌孔等施工通病。

5 工藝流程及操作要點

5.1 鉆孔樁工藝流程

鉆孔樁工藝流程見圖1 長螺旋改進型鉆孔灌注樁施工工藝流程。

5.2 操作要點

5.2.1 施工準備

施工現(xiàn)場內(nèi)道路應(yīng)符合設(shè)備運輸車輛和汽車吊的行駛要求，保證運輸安全。清理整平原地面，是鉆機能穩(wěn)定擺放，并做好排水工作。設(shè)備組裝時設(shè)立隔離區(qū)，專人指揮，嚴格按程序組裝，非安裝人員不得在組裝區(qū)域內(nèi)，以杜絕安全事故。安排材料進場。對全體施工人員進行質(zhì)量、安全技術(shù)交底和質(zhì)量、安全教育。

5.2.2 場地平整

人工配合挖掘機將施工場地推平并碾壓密實，防止鉆機進場后因場地問題發(fā)生傾斜或移位產(chǎn)生安全質(zhì)量事故。

5.2.3 測量定位

①測量定位選用高精度的全站儀和檢測合格的鋼卷尺丈量，工程測量基準點用混凝土澆筑固定，并安置防護標志，防止重車碾壓和重物碰撞而產(chǎn)生的位移，基準點安設(shè)要在視線范圍內(nèi)不產(chǎn)生變形的位置，或設(shè)點澆注混凝土加保護。②在測定樁位前，先復(fù)校建筑物基點，閉合測量，待基點與軸線關(guān)系符合誤差要求，再進行樁位測定。③測定樁位分三次，在樁基定位前測量一次，在樁基定位后復(fù)側(cè)一次，并做好樁位標志。做好測量記錄。第三次是鉆機就位垂直校準。

5.2.4 鉆機就位

移動鉆機就位，用塔機塔身前后左右的垂直標桿檢查塔身導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，確保對中誤差不得大于1cm。

5.2.5 調(diào)平機身

鉆頭對準樁點，校正機身水平，通過樁機大臂上浮標，使鉆桿垂直地面。垂直度允許偏差為1%。

5.2.6 鉆機采用改進型合金鉆頭引孔至設(shè)計標高

①鉆進成孔。

樁位驗收后，鉆機就位并調(diào)整機身，應(yīng)用鉆機塔身的前后垂直標桿檢查導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，以保證樁身垂直度偏差不得大于允許偏差，更換鉆頭閥門與鉆頭滿焊的改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭。移動鉆桿使鉆頭觸及地面，啟動馬達先慢后快鉆進，減少鉆桿搖晃，檢查鉆孔的偏差。在成孔過程中，發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆砂卵石石，可放慢進尺，避免導致樁孔偏斜、位移，甚至是鉆桿、鉆具損壞。

通過鉆機上的電流表擺動情況、鉆機鉆桿抖動情況與鉆頭與卵石摩擦產(chǎn)生的聲音來調(diào)節(jié)鉆機鉆進速度，砂卵石層漂石密度較大時，放慢鉆進速度，增加研磨時間改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭會破碎部分偏平漂石，破碎后隨螺旋鉆桿排出地面，嚴格按照設(shè)計樁長施工。

②拔鉆。

鉆到樁底標高后，開始拔鉆，拔鉆應(yīng)緩慢均勻，并保持樁機機身水平，鉆桿垂直地面，防止鉆桿碰到孔壁。

③成孔驗收。

驗收時主要采用測繩檢查孔深，利用探孔器檢查孔的傾斜度。檢孔采用自制籠式探孔器，探孔器采用鋼筋制作，外徑為570mm，長度為3m，吊入孔內(nèi)檢測。探孔器能垂直放入孔底，且上下順暢無掛絆，即表示鉆孔孔徑、孔形、傾斜度符合要求，否則還要進行掃孔。成孔驗收合格后采用定制封孔蓋將樁孔封好，為節(jié)省時間和灌注混凝土達到一定量后再統(tǒng)一澆筑，待成孔6-10處后再進行下一步程序。

5.2.7 鉆機采用傳統(tǒng)螺旋鉆頭清孔、灌注混凝土

①清孔。

成孔6-7處后，準備進行灌注混凝土，鉆機就位并調(diào)整機身，應(yīng)用鉆機塔身的前后垂直標桿檢查導桿，校正位置，使鉆桿垂直對準樁位中心，以保證樁身垂直度偏差不得大于允許偏差，更換傳統(tǒng)活動閥門螺旋鉆頭。

開鉆前，先將混凝土泵的料斗及管線用清水濕潤，潤滑管線，防止堵管，然后攪拌一定的水泥砂漿進行泵送，并將所有砂漿泵出管外。關(guān)閉鉆頭閥門，開動鉆機旋動鉆頭。緩慢勻速進入已成孔的樁孔孔底，起到清孔的作用。

②灌注及拔管。

鉆頭到達設(shè)計樁底，停止鉆進，泵送混凝土，當鉆桿芯充滿混凝土后開始拔管，不可先拔管后泵料。混凝土的泵送量與拔管速度相匹配，拔管速度控制在1.5-1.7m/min左右。

5.2.8 后壓鋼筋籠

鋼筋籠的制作應(yīng)提前完成。混凝土灌注到樁頂后，馬上進行后壓鋼筋籠。吊入鋼筋籠時，要對準孔位，吊直扶穩(wěn)，先依靠鋼筋籠與導管的自重緩慢插入，當依靠自重不能插入時，由起重機吊裝振動錘擠壓鋼筋籠使鋼筋籠緩慢下沉，避免碰撞孔壁，使鋼筋籠上部直錨鋼筋全部進入混凝土既設(shè)計標高時停止下沉。

6 主要施工機械設(shè)備

長螺旋改進型鉆孔灌注樁主要施工機械設(shè)備見表1 主要施工機械設(shè)備表。

7 質(zhì)量控制

7.1 實行規(guī)范化管理，保證工程在安全、質(zhì)量、工期、環(huán)保、文明施工上創(chuàng)一流水平。成立以項目經(jīng)理為首的質(zhì)量管理小組，在施工過程中，項目經(jīng)理進行全面協(xié)調(diào)、指揮。項目主管工程師對長螺旋鉆孔灌注樁施工各工序進行全面監(jiān)控，并做好記錄。

7.2 項目部按日安排具體施工進度計劃，做到以日保旬，以旬保月，確保總工期按計劃完成。管理人員堅持每天下班前一小時開現(xiàn)場生產(chǎn)碰頭會，小結(jié)當天工作情況和存在的問題，布置第二天的工作，及時解決施工過程中矛盾，凡受客觀因素影響工程進度時，必須采取有力措施，及時進行糾偏。

7.3 項目部下設(shè)樁機施工架子隊，架子隊按照"管理有效，監(jiān)控有力，運作高效"的原則組建。架子隊設(shè)置專職隊長、技術(shù)負責人，配置技術(shù)、質(zhì)量、安全、試驗、材料、領(lǐng)工員、工班長等架子隊主要組成人員。各崗位要明確職責，落實責任。

7.4 架子隊建立和實行技術(shù)交底制度，技術(shù)負責人就工程作業(yè)工序和環(huán)節(jié)向領(lǐng)工員、工班長進行書面技術(shù)交底，書面技術(shù)交底資料均歸類存檔備查。領(lǐng)工員、工班長均在實施作業(yè)前對班組作業(yè)人員進行安全和技術(shù)交底。

8 安全措施

①建立健全安全生產(chǎn)責任制，做到安全文明施工，杜絕發(fā)生意外事故。②各操作人員必須了解，熟悉本崗位的安全操作規(guī)程，機械構(gòu)造原理的操作方法，施工時全體人員要密切配合。③施工人員要經(jīng)常檢查吊、索具及各種鋼絲繩，發(fā)現(xiàn)磨損過大應(yīng)及時更換，機械操作人員經(jīng)常檢查良好情況，每天上、下班時應(yīng)進行機械運轉(zhuǎn)，下班時要切斷電流。上、下接班時要做好接班交底。④所有電器設(shè)備要通過配電箱，箱內(nèi)必須裝置漏電保護器材，用電設(shè)備要接零接地，經(jīng)常檢查是否正常。電纜、電線工作前嚴格檢查，確保絕緣要良好。⑤施工現(xiàn)場必須戴好安全帽，爬高2米以上空中作業(yè)要系好安全帶，并鉤好帶鉤，嚴禁酒后作業(yè)等不符合安全操作規(guī)章制度。⑥在施工中做好防雨防潮工作，各種電機設(shè)備要裝置漏電保護裝置，非電工人員不得亂動電器設(shè)備。⑦特殊工種者必須經(jīng)過專門培訓，考試合格取得操作證才能上崗工作。⑧機電設(shè)備基礎(chǔ)必須穩(wěn)固，轉(zhuǎn)動部位要設(shè)防護裝置。⑨機電設(shè)備不準帶病運轉(zhuǎn)或超負荷作業(yè)，檢修設(shè)備時必須切斷電源，并掛牌告示。⑩機電設(shè)備必須配漏電保護器，鉆機移位時必須切斷電源，注意保護過路電纜。？輥？輯？訛電焊場地周圍應(yīng)清除易燃易爆物品或進行覆蓋隔離。？輥？輰？訛焊鉗和手把線必須絕緣。？輥？輱？訛夜間施工必須有足夠的照明。臨時照明電線和燈具應(yīng)高出地表2.5m。？輥？輲？訛樁機移位時，枕木應(yīng)鋪平，受力位置準確，同時嚴禁人員進入機架內(nèi)，保持樁機的平穩(wěn)度。？輥？輳？訛施工區(qū)域嚴禁非施工作業(yè)人員進入，對成孔的樁孔應(yīng)進行防護，防止人與物體掉入樁孔。？輥？輴？訛全體施工人員對質(zhì)量、安全意義和規(guī)章制度要必須牢記，樹立“質(zhì)量第一，安全第一”的觀念。接受建設(shè)單位、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)、公司及工程項目部有關(guān)人員意見和監(jiān)督檢查，保質(zhì)保量完成施工任務(wù)。

9 節(jié)能環(huán)保措施

①選擇環(huán)保性能好、噪聲低的機械設(shè)備，設(shè)備使用上，限制噪聲，如將金屬敲擊手段的操作改在白天進行?，F(xiàn)場建立文明施工與環(huán)保管理工作責任人。合理安排施工時間，盡量將必須產(chǎn)生噪音的工序與周圍居民正常的休息時間錯開，不打擾周圍居民的正常生活秩序。②現(xiàn)場出入口設(shè)置洗車池，運輸車輛出場均要檢查車輪，做到不將泥土帶離施工場地，污染城市道路。保證施工現(xiàn)場干凈、清潔、衛(wèi)生，保持良好的場地容貌。③配置噴霧降塵設(shè)備，防止運廢碴土、垃圾使塵土飄散飛揚，并盡量安排在晚間進行，施工完成后，及時對施工現(xiàn)場進行清理，多余材料及建筑垃圾清運出場。④施工完畢后，及時對現(xiàn)場的材料、機具等進行清理，建筑垃圾集中外運到當?shù)卣付ǖ慕ㄖ娣诺?。⑤保持施工區(qū)域和生活區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，及時清理生活垃圾，將其運至指定地點并按規(guī)定處理。⑥加強環(huán)保意識，使每一施工人員都認識文明施工的重要性、環(huán)境保護的必要性，人人都做文明施工的模范。

10 效益分析

10.1 經(jīng)濟效益

汝州市煤山街道洗耳河片區(qū)趙莊城中村改造工程，占地約128畝，地下兩層，地上二十三層，總建筑面積292674.32m2。分4#與5#兩個地塊，在17#樓鉆孔灌注樁施工過程中成功采用了大粒徑卵石層條件下長螺旋改進型鉆孔灌注樁成孔施工技術(shù)，采用改進的合金鉆頭施工，克服了由于地質(zhì)條件復(fù)雜，地下砂卵石粒徑大導致鉆機無法施工的難題，避免了因卵石層厚度大、粒徑大而無法施工的發(fā)生，節(jié)約了工期約25天。

施工中通過對本工程所在地實際地質(zhì)情況分析，通過改進長螺旋鉆機的合金鉆頭與施工工藝，確保了樁基施工的安全與質(zhì)量，圓滿順利地完成了17#樓復(fù)雜地質(zhì)情況下鉆孔灌注樁的施工。該技術(shù)的成功應(yīng)用，降低了直接施工成本、間接費用及工期折算費用共計20萬元。

10.2 社會效益

本施工工藝的應(yīng)用對于大粒徑卵石層長螺旋鉆孔灌注樁施工及類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗。采用改進的合金鉆頭施工，既克服了由于地質(zhì)條件復(fù)雜，地下砂卵石粒徑大導致鉆機無法施工的難題，又避免了因卵石層厚度大、粒徑大而無法施工造成的工期延誤，在保證施工質(zhì)量和安全的同時，提高了工作效率，縮短了施工周期，有效保證了工程質(zhì)量和安全，采用此工藝施工，具有積極的推廣意義，受到了設(shè)計單位、監(jiān)理單位及政府相關(guān)部門的一致認可和高度評價。具有顯著的社會效益。

11 工程應(yīng)用

11.1 工程概況

汝州市重點工程汝州市煤山街道洗耳河片區(qū)趙莊城中村改造工程，占地約128畝，地下兩層，地上二十三層，總建筑面積292674.32m2。分4#與5#兩個地塊，其中17#樓與18#樓為鉆孔灌注樁，設(shè)計有效樁長為13m，17#樓樁基施工于2017年9月30日開始，2017年11月5日完成，為相同地質(zhì)情況的18#樓樁基的施工與5#地塊CFG樁的施工積累了豐富的經(jīng)驗，效果顯著。

11.2 地層地質(zhì)概況

本工程場區(qū)范圍內(nèi)地貌單元屬汝河沖積平原，地貌形態(tài)單一，地層依次為雜填土層、粉質(zhì)粘土、卵石層、粘土、泥質(zhì)礫層、粘土層，卵石層大部分粒徑在100-200mm。詳見圖2工程地質(zhì)剖面圖。

11.3 試樁記錄

11.3.1 圖3為1#試樁鉆出卵石層樣本，1#試樁記錄：0-5m土質(zhì)為粘土，5-10m土質(zhì)為粘土與卵石（粒徑為30-200mm），10-16.5m土質(zhì)為粘土與鵝卵石，粒徑為200-400mm（見圖4長方向300mm的漂石），甚至有超過400mm的大塊漂石（見圖5長方向超過400mm的漂石），成孔用時2小時50分。

11.3.2 2#試樁記錄：0-5m土質(zhì)為粘土，5-7m土質(zhì)為砂卵石，粒徑為50-180mm（見圖6粒徑在100-200mm的卵石），7m后下降緩慢，成孔用時2小時08分。

11.3.3 3#試樁記錄：0-5m土質(zhì)為粘土，5-10m土質(zhì)為砂卵石（粒徑為50-150mm），10-16m土質(zhì)為黃粘土，砂土，成孔用時2小時15分。

11.4 工程特點和難點

通過對地質(zhì)報告分析與現(xiàn)場3根試樁的采樣，在距離地面5-10m范圍內(nèi)分部這一層砂卵石層，大部分卵石粒徑在100-300mm之間，存在少數(shù)粒徑單方向超過400mm的漂石。鉆樁難度極大，耗費時間較長。通過分析我們制定了先引孔，再灌注混凝土，后插鋼筋籠的施工方案。

我部對現(xiàn)有設(shè)備進行了改進，詳見圖7雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭。采用雙螺入巖鉆頭，將活動閥門與鉆頭滿焊，在鉆尖增加截齒，采用雙螺旋厚葉片，并增加截齒結(jié)構(gòu)。截齒采用圖8所示的FT-25A進口25合金硬崖地層子彈頭。

11.5 工程施工與建設(shè)成果

長螺旋鉆孔壓灌混凝土后插鋼筋籠灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，和傳統(tǒng)的灌注樁施工技術(shù)不同，長螺旋鉆孔壓灌混凝土后插鋼筋籠灌注樁施工技術(shù)的特點在于先進行混凝土的壓灌，再進行鋼筋籠的插入，其中差別非常顯著。利用這種技術(shù)進行施工，可以減少泥漿護壁等環(huán)節(jié)，降低施工污染和噪音，提高施工效率，對提升建設(shè)工程整體效益和質(zhì)量具有積極作用。

本工程是長螺旋鉆孔灌注樁施工過程中遇到地質(zhì)情況復(fù)雜，砂卵石粒徑較大，且卵石層較厚，通過采用改進型雙螺旋厚葉片子彈頭合金截齒鉆頭進行引孔，效果顯著，不但提高了施工效率，節(jié)約了時間，還保證了樁基施工質(zhì)量，樁基施工完成后，樁基承載力檢測均滿足設(shè)計要求，低應(yīng)變樁身完整性測試結(jié)果顯示樁身完整性均滿足設(shè)計要求，為建設(shè)單位早日完成趙莊城中村改造與類適地質(zhì)情況樁基施工提供了強有力的技術(shù)支持和施工經(jīng)驗。

參考文獻：

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