提高旋挖钻机在方形抗滑桩施工中的成孔效率

提高旋挖钻机在方形抗滑桩施工中的成孔效率

李小鹏

重庆巨能建设集团路桥工程有限公司   重庆市  400000

 摘要:在传统的方形抗滑桩施工工艺当中，比较常用的两种施工工艺为人工挖孔桩和圆形旋挖钻头先成孔，后采用锤击刀具切割护壁成孔。以上两种工艺成孔效率都相对较低，且锤击刀具对地质岩层要求较高，为了提高旋挖钻机在方形抗滑桩施工中的成孔效率，本文介绍一种在圆形旋挖钻机挖孔取土后，可以更换动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔的施工工艺。以确保在施工方形抗滑桩的过程中更快捷、更安全。

关键词：方形；抗滑桩 ；动力驱动钻头；成孔效率

　　旋挖钻机圆形钻头施工具有速度快、精度高、噪声小、环保、可独立行走、移机方便、机械化程度较高、使用地层广泛等特点。施工过程与人工挖孔桩有很大区别，不需要对钻杆进行拆除和组装,可减少人工费，降低作业人员的劳动强度,同时确保整个过程工人的生命安全得到保障。

　　本文结合方形抗滑桩施工实例，分析圆形旋挖钻机先成孔，后采用锤击刀具切割护壁造壁成孔与动力驱动方形钻头切削护壁土体成孔在施工效率、施工安全上具有突出特点。

　　1工程简介

　　渝北区G210茨竹至邻水段改建工程（渝邻快速通道）项目桩板墙共设计截面尺寸为2m×3m的抗滑桩6根，桩长18-22m，外露部分7m，地面以下部分11m-15m左右；截面尺寸为2m×2.5m的抗滑桩37根，桩长12-19m，外露部分10-15m，地面以下部分4m-8m左右。地质横断面图显示，0-2m为粉质粘土，2m-20m为大部分强风化泥岩，部分中风化泥岩，无地下水。

　　2施工重、难点介绍

　　由于标段内设置有43根抗滑桩，并且处在全线控制性工程两座车行天桥下的运输通道上，直接制约着两座车行天桥的结构施工。抗滑桩必须快速的施工完成以保证运输通道及时打通、不影响交通出行。

　　3方案比选

　　3.1圆形旋挖钻机先成孔，后采用锤击刀具切割护壁造壁成孔（锤击刀具照片附后）

3.1.1圆形旋挖钻机先成孔，后采用锤击刀具切割护壁造壁成孔施工优缺点

（1）优点
　　①施工速度较人工挖孔桩快。旋挖桩机作业靠底部带有活动开关门的筒式钻头旋转破碎岩土，直接将岩土装入钻斗内提升至地面。
　　②施工精度比较高。施工过程对桩基深度、垂直度、钻头压力、钻筒内岩土容量等均可以通过操作室内电脑控制。
　　③噪声较小。旋挖桩机作业的噪声主要来自机身发动机发出的声音，其余部件几乎不存在摩擦噪声。
　　④机械化程度比较高。施工作业过程当中不需要作业人员进行钻杆拆除和安装，不需要清除泥浆等，可降低作业人员的劳动强度，同时节省人力成本。
　　⑤易于管理。因为旋挖桩机本身自动化程度较高自身，作业过程中所需设备和作业工人数量骤减，同时用电管理要求低，从项目管理角度来说，容易管理且节约成本。
　　（2）缺点
　　①旋挖钻机自重足够大，对作业面要求相对严格。旋挖钻机工作状态自重一般不小于72t，但其履带与地表接触面积约7.0㎡,因此要求地基承载力不小于100kPa。
　　②孔壁护壁较差。由于旋挖钻机钻进速度较快，主要靠钻头旋转切削土体向下钻进，在填方区和软弱土体地层，容易发生塌孔和缩径。
　　③旋挖钻机受地层岩性的制约，在硬质岩层、较致密的卵砾石层、孤石层施工相对困难，且容易发生卡钻和设备故障等事故。

④锤击刀具对地质岩层要求较高，仅适用于软弱黏土、强风化泥岩，且切削土地成孔外观质量较差。
　　3.2圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔（动力驱动钻头图附后）　　

3.2.1圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔优缺点
　（1）优点

①、施工速度更快。圆形旋挖钻头取土后，旋挖桩机换上带有动力的方形旋挖钻头能够快速造壁，针对不大于30Mpa的砂岩也有很好的施工效果，成孔感官质量更好。

② 该旋挖钻机方形钻头能够高效、高质量地完成土层浅孔的方形桩孔工程。

③ 该旋挖钻机方形钻头自带驱动装置，钻齿旋转切削土体，不易损坏，生产成本及维护成本更低，经济性更好。

④在保证强度的前提下，加大方形钻头四个角的排土空间，减小导向体总成的宽度等能够改善方形钻头的施工性能，大大提高施工效率。

⑤此旋挖钻机动力驱动方形钻头及其施工工艺扩展了旋挖钻机应用范围，为今后越来越多的特殊工程施 工提供了一种思路。

⑥孔壁护壁较好，电动驱动方形钻头能够平稳的切削护壁土体，大大避免了塌孔和缩径问题。

（2）缺点

①动力驱动方形钻头的驱动力对30Mpa以下的岩层效果较好，在强度更高的砂岩地层、孤石层中使用效率相对较低。
　　②对现场作业面的要求较高，需提供满足作业设备承载能力的施工作业范围。
　　③施工过程短期投入增加较多。由于电动驱动方形钻头施工速度更快，短期需要投入的材料费用也更大。
　　4圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔抗滑桩施工
　　通过上述方案对比，拟采用圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔矩形抗滑桩。抗滑桩施工时采用试验桩的方式，通过试验桩确定地质情况和工艺参数，试验桩施工时应查阅相关设计地勘资料，保守设计。施工过程中可根据具体情况相应调整工艺参数与机械组合。

　　4.1施工前准备
　　场地平整度、承载力应满足旋挖钻机使用说明书对场地的要求。使用说明书未作具体要求时，应满足桅杆倾斜度不大于2度，地面地基承载力应满足使用要求或采取有效措施保证正常使用。对原材料进行检测，配置ZR360旋挖钻一台、17.5×3m爬梯平板车一台、25汽车吊一台，80cm钻头、1m钻头、2m钻头、方形动力驱动钻头钻头。
　　4.2施工方法
　　（1）锁口施工：锁口施工时根据旋挖机工作时宽度适当加大，以保证其稳定性。
　　（2）护壁施工：由于采用机械施工，护壁可根据实际地质情况酌情设置，以防止施工过程中塌孔，本标段抗滑桩施工时设置2m护壁。
　　（3）钻孔：

钻机就位后，要事先检查旋挖钻机机钻头的性能状态，确认良好后进行钻机施工前的调试工作，保证钻机作业正常。在桩位处若施工场地地质偏软，则采用铺设钢板或石方换填的方式进行处理，保证钻机工作时处于平稳状态且不下沉。检查在回转半径内是否有影响回转的障碍物。

引孔是方桩成孔的关键，可以了解该桩大概地质构造，并复核是否与地勘报告相符。若遇塌孔严重将采用人工护壁工艺施工。

引孔钻进（四角引孔法）：根据项目地勘报告现实地层构造相对稳定，不易塌孔的桩基，可采用ϕ800mm圆形旋挖捞渣钻头在桩基4个边角开梅花状引孔，每孔应钻至设计孔底标高加深0.5-1米深度。

四角引孔全部达到相应深度后，采用ϕ1800mm圆形旋挖捞渣钻头在方桩中心钻进，直至钻进到设计孔底标高加深0.5-1米深度。

（4）旋挖钻机方钻铣孔造壁：

旋挖钻机方钻铣孔进程就是一个对预成桩孔孔壁进行修边的过程，工作原理是动力驱动方形钻头有效地利用旋挖钻机的动能，经过复杂的动能传动部件机构转换，将横向旋转动能转换成纵向旋转动能，再通过该方桩钻头执行部件机构进行掘进修边处理。因修边过程中孔壁有大量孔渣不断掉入预成孔孔底，而方桩钻头不具有取土功能，故该过程将由：方桩钻头修边→圆形钻机取土→方桩钻头修边→圆形钻机取土反复循环进行，直至形成完整的方桩桩孔。
　　（5）安装钢筋笼。钢筋笼在钢筋加工场统一制作完成后，由平板运输车运至施工现场，主筋采用丝套筒连接，由25t吊车吊装入孔。
　   （6）混凝土浇筑。
　　5结语
　　圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔抗滑桩施工技术在渝北区G210茨竹至邻水段改建工程（渝邻快速通道）项目抗滑桩施工中首次应用。该施工技术可行性高，使用方便，与之前的采用锤击刀具切割护壁造壁成孔相比，具有施工进度更快，工程造价更低，施工效率更好等优点。
　　结合本标段工程实例，旋挖钻机适用于粘土、淤泥质土、粉土、泥岩、砂土，人工回填含有部分卵石，碎石的地层。圆形旋挖钻机挖孔，动力驱动钻头切削护壁土体成方形孔抗滑桩与传统人工开挖成孔比较更是降低了作业安全风险，工序少，操作简单，省去了护壁等工序，提高的效率成倍增加。
　　
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