陳曉鴻

（廣東省第二建筑工程有限公司 廣東 汕頭 515041）

0 引言

旋挖機(jī)［1］是一種廣泛適應(yīng)于樁基礎(chǔ)成孔施工的高效專(zhuān)業(yè)施工機(jī)械，在基礎(chǔ)工程施工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在中南沿海地區(qū)特別是臨近海邊的海相海陸交互相濱海灘地，地層中強(qiáng)風(fēng)化球、中風(fēng)化球［2］廣泛發(fā)育、多層存在分界面大坡度基巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下［3］進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，樁基成孔困難，主要表現(xiàn)在：⑴鉆筒、鉆頭、鉆具穿過(guò)風(fēng)化球巖層困難；⑵大傾斜巖面、軟巖硬巖分界面處鉆進(jìn)容易偏孔、進(jìn)深受阻；⑶采用“取芯”工藝后，大直徑大長(zhǎng)度巖石段折斷并取出困難；⑷濱海灘地砂層地質(zhì)較厚，地下水位相對(duì)較高，成孔過(guò)程外水壓高等問(wèn)題，導(dǎo)致孔壁形成不穩(wěn)定，成孔成樁過(guò)程中，容易塌孔、埋鉆、縮頸等。以上問(wèn)題，直接影響樁基礎(chǔ)施工進(jìn)度，造成質(zhì)量控制困難，增加施工成本。

1 工程概況

為解決濱海灘地風(fēng)化球復(fù)雜地質(zhì)旋挖機(jī)成孔成樁施工技術(shù)［4］難題，我們?cè)谏穷^市某臨近海邊的住宅項(xiàng)目施工中，根據(jù)地質(zhì)中存在中風(fēng)化巖層、斜面硬巖［5］的實(shí)際，通過(guò)對(duì)旋挖機(jī)成孔過(guò)程進(jìn)行深入研究，對(duì)鉆筒和鉆具進(jìn)行技術(shù)研究，對(duì)施工工藝進(jìn)行革新和有效運(yùn)用，成功攻克了快速鉆進(jìn)穿過(guò)中風(fēng)化巖層、大傾斜巖面“取芯”工藝實(shí)施、大直徑大長(zhǎng)度巖石段折斷并取出等成孔技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)旋挖機(jī)同徑快速成孔，實(shí)現(xiàn)旋挖機(jī)成孔技術(shù)［6］的進(jìn)步。

2 旋挖灌注樁風(fēng)化球及斜面硬巖鉆進(jìn)施工技術(shù)特點(diǎn)

針對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量等級(jí)要求高、工期緊的實(shí)際，施工單位組織技術(shù)力量攻克施工難題，提出并實(shí)施旋挖灌注樁風(fēng)化球及斜面硬巖鉆進(jìn)施工技術(shù)，落實(shí)技術(shù)對(duì)策、工藝要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工程管理等要求，使旋挖機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效應(yīng)用，成孔效率提高［7］，大大加快了樁基施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量。

該施工技術(shù)主要有以下4 個(gè)方面特點(diǎn)：⑴通過(guò)對(duì)改進(jìn)鉆筒型式、鉆具技術(shù)參數(shù)和施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，成功實(shí)施旋挖機(jī)在硬巖地質(zhì)中“同徑取芯”成孔施工技術(shù)。有效解決旋挖成孔進(jìn)深技術(shù)難題，提高成孔施工效率，避免超標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔、產(chǎn)生偏孔、斜孔等不良后果，很好控制樁基混凝土澆筑的充盈系數(shù)［8］；⑵克服斜巖面旋挖成孔困難問(wèn)題，實(shí)施斜巖面與混凝土結(jié)合技術(shù)，形成“平整巖面體”，順利實(shí)現(xiàn)進(jìn)深，解決旋挖成孔時(shí)偏孔、擴(kuò)孔、斜孔等技術(shù)難題；⑶通過(guò)利用和改造廢舊鉆筒，利用“加壓自鎖”原理，使鉆筒與巖石段緊貼，旋挖機(jī)低速大扭矩運(yùn)用并橫向加力，使巖石段折斷并成功取出；⑷濱海灘地砂層地質(zhì)厚、地下水位高、成孔過(guò)程孔外水壓高等不利條件下，對(duì)孔壁穩(wěn)定形成進(jìn)行技術(shù)再研究，解決成孔成樁過(guò)程中容易塌孔、埋鉆、縮頸等技術(shù)難題。

3 工藝原理流程及操作要點(diǎn)

旋挖鉆機(jī)以其高效、環(huán)保、成孔質(zhì)量高、機(jī)械化程度高及適應(yīng)地層廣泛等特點(diǎn)，成為樁基礎(chǔ)工程高效、理想的成孔設(shè)備。通過(guò)研發(fā)、配置和應(yīng)用不同的旋挖鉆頭，采取相應(yīng)的工程施工技術(shù)，可以適用于多種地質(zhì)條件下的成孔施工。

3.1 通過(guò)對(duì)普通砂土質(zhì)、淤泥和粘土質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化巖層、中風(fēng)化層、微風(fēng)化層等不同地質(zhì)的再研究，通過(guò)對(duì)旋挖機(jī)挖土取土機(jī)理的再研究，通過(guò)改進(jìn)鉆筒鉆具型式、技術(shù)參數(shù)和施工技術(shù)，解決旋挖機(jī)在穿過(guò)強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化球、微風(fēng)化球等硬巖層時(shí)，鉆進(jìn)困難甚至受阻的技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)在濱海灘地地質(zhì)中旋挖進(jìn)深成孔，保證在富水、硬巖地質(zhì)的鉆深掘進(jìn)效率。

3.2 針對(duì)濱海灘地地質(zhì)條件復(fù)雜、地層中風(fēng)化球發(fā)育的實(shí)際，針對(duì)不同硬度巖層，設(shè)計(jì)和應(yīng)用不同型式的鉆筒鉆具，實(shí)際使用表明，達(dá)到科學(xué)施工、經(jīng)濟(jì)適用、保證效率的效果。

⑴一般砂層、黏土層地質(zhì)，采用筒狀撈砂斗，鉆頭楔狀，在鉆筒底部周邊布置。成孔過(guò)程中，通過(guò)旋挖機(jī)鉆桿帶動(dòng)鉆筒旋轉(zhuǎn)下挖削土、提升卸土，反復(fù)進(jìn)行。

⑵對(duì)巖層強(qiáng)度不大于500 kPa 的風(fēng)化程度高的低硬度泥巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等全風(fēng)化或軟巖，采用底部為尖狀鉆具布置型式的鉆筒（見(jiàn)圖1），或者采用開(kāi)口式的鉆筒，切屑鉆具采用子彈頭型式，鉆頭鉆具焊接在鉆筒底部周邊或固定后形成尖狀。當(dāng)鉆筒加壓鉆進(jìn)時(shí)，鉆具切削巖石使巖石“開(kāi)槽”，實(shí)現(xiàn)破碎巖石的作用。

⑶對(duì)巖層強(qiáng)度大于500 kPa 的強(qiáng)風(fēng)化巖，采用底部為開(kāi)口式的鉆筒（見(jiàn)圖2），切屑鉆具采用子彈頭型式，鉆頭鉆具焊接在鉆筒底部周邊。當(dāng)鉆筒加壓鉆進(jìn)時(shí)，鉆具切削巖石使巖石“開(kāi)槽”，實(shí)現(xiàn)破碎巖石的作用。

圖1 鉆具為尖狀的鉆筒Flg.1 A Drill Tube with a Pointed Drill Tool

圖2 底部為開(kāi)口式的鉆筒Flg.2 Bottom Open Drill Tube

⑷對(duì)巖層強(qiáng)度大于45 MPa 以上的中風(fēng)化巖石，采用底部為開(kāi)口式的鉆筒，切屑鉆具采用合金球狀型式（見(jiàn)圖3）。在鉆筒底部周邊焊接、固定鉆具。當(dāng)鉆筒加壓鉆進(jìn)時(shí)，鉆具切削巖石使巖石“開(kāi)槽”，實(shí)現(xiàn)破碎巖石的作用。球形鉆具可以自傳，使整個(gè)球面都能與巖石接觸，巖面破碎的作用機(jī)理由單面切屑改變?yōu)闈L動(dòng)碾壓破碎。對(duì)鉆具而言，改變了單面單點(diǎn)接觸應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)快磨損的后果。通過(guò)開(kāi)孔狀鉆筒研究和優(yōu)化，對(duì)成孔工藝的改進(jìn)，成功實(shí)施旋挖機(jī)在硬巖地質(zhì)中“同徑取芯”成孔技術(shù)，不浪費(fèi)工程材料。

圖3 球形鉆具開(kāi)口型鉆筒Flg.3 Open Type Drill Cylinder of Spherical Drilling Tool

3.3 采用“同徑取芯”工藝，實(shí)現(xiàn)成孔進(jìn)深過(guò)程不全斷面破除巖層。當(dāng)大直徑大長(zhǎng)度巖石段長(zhǎng)度超過(guò)鉆筒長(zhǎng)度時(shí)，進(jìn)深終止。強(qiáng)度大的巖石段，采用一般辦法折斷并取出相當(dāng)困難。我們通過(guò)利用廢舊鉆筒，在其內(nèi)壁頂端上焊接加設(shè)小斜度條形鍥塊，利用"加壓自鎖"原理，使鉆筒與巖石段緊貼，旋挖機(jī)低速大扭矩運(yùn)用并橫向加力，使巖石段折斷并取出（見(jiàn)圖4）。

3.4 旋挖成孔至斜巖以及分界面大起伏的硬巖地質(zhì)，采取清洗孔底，架設(shè)導(dǎo)管灌注混凝土［9］技術(shù)，使斜巖面與混凝土結(jié)合后形成“平整巖面體”，解決旋挖成孔進(jìn)深技術(shù)難題。同時(shí)避免超標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔、產(chǎn)生偏孔、斜孔等不良后果，有利于控制樁基混凝土澆筑的充盈系數(shù)。

圖4 廢舊鉆筒折斷并取出超長(zhǎng)巖體Flg.4 Fracture of Waste Drill Pipe and Extraction of Super-long Rock Mass

灌注混凝土一般采用C20 以上，超灌至最大標(biāo)高巖面50 cm 以上，待3 d 以上混凝土強(qiáng)度成長(zhǎng)至C15以上、斜巖面與混凝土結(jié)合后形成一體化的“平整巖面體”（見(jiàn)圖5），繼續(xù)進(jìn)行鉆孔進(jìn)深，可以解決偏鉆、斜鉆甚至進(jìn)深受阻的難題。

圖5 斜巖面與混凝土結(jié)合形成一體化“平整巖面體”巖體樣式Flg.5 The Combination of Oblique Rock Surface and Concrete to Form an Integrated "Flat Rock Body" Rock Mass Style

3.5 濱海灘地砂層地質(zhì)厚，地下水位高，成孔過(guò)程孔外水壓高等問(wèn)題存在，容易導(dǎo)致孔壁形成不穩(wěn)定，成孔成樁過(guò)程中，容易塌孔、埋鉆、縮頸等。以上問(wèn)題，直接影響樁基礎(chǔ)施工進(jìn)度，造成質(zhì)量控制困難，增加施工成本。

成孔過(guò)程中，通過(guò)控制泥漿比重、控制進(jìn)深速度、提桶速度等措施，實(shí)現(xiàn)反復(fù)循環(huán)成孔。在成孔過(guò)程中，樁基棄渣固定堆置，方便及時(shí)外運(yùn)處理，較之傳統(tǒng)沖擊樁基施工、回旋鉆機(jī)施工等工藝，旋挖成孔樁基礎(chǔ)施工，排渣方法更有效地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工，環(huán)保效應(yīng)明顯。

4 應(yīng)用效果和體會(huì)

在旋挖機(jī)成孔和混凝土澆筑成樁施工過(guò)程中，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)護(hù)筒埋設(shè)［10］質(zhì)量要求、水位控制、泥漿指標(biāo)控制以及施工工序的有效銜接等，使旋挖機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效應(yīng)用，成孔效率提高，大大加快了樁基施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量。實(shí)踐證明，相比于沖孔等其它施工工藝，在濱海灘地風(fēng)化球復(fù)雜地質(zhì)條件下，旋挖灌注樁風(fēng)化球及斜面硬巖鉆進(jìn)施工技術(shù)的成功實(shí)施，達(dá)到了節(jié)省能源消耗，節(jié)省人力資源消耗，減少噪聲排放，減輕振動(dòng)危害的預(yù)期目標(biāo)，成樁質(zhì)量符合驗(yàn)標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境健康效益。