旋挖钻与冲击钻组合成孔技术在嵌岩桩施工中的应用

旋挖钻与冲击钻组合成孔技术在嵌岩桩施工中的应用

魏巍、文志杰、王海峰、陈伟

中国核工业第二二建设有限公司

[摘  要]近些年来，随着经济的发展，城市基础设施建设规模不断扩大，相应的各类复杂地质条件也不断涌现，虽然常规施工技术在一定程度上可以满足施工要求,但如何有效控制工程施工进度和质量、降低施工成本，增加竞争优势，成为建筑行业发展不可避免的问题。本文通过工程实例，嵌岩桩施工采用旋挖钻与冲击钻组合成孔技术在复杂地质条件下的应用进行了技术探索和总结，供以后同类型地质条件的桩基施工参考应用。

[关键词]：旋挖钻，冲击钻，组合成孔，嵌岩桩

1 工程概况

某宿舍楼工程，位于沿海地区，建筑物坐落于岩石山脚位置，主楼基础形式采用灌注桩+独立基础，基础持力层为中分化凝灰质岩层，桩径采用φ600mm和φ800mm两种，桩端持力层起伏较大，层面坡度较大，桩长22~47m，要求桩端进入中等风化岩持力层不小于600mm。根据本项目岩土工程地勘钻探揭露，场地地层从地面至持力层自上而下依次主要分布见下表：

2.旋挖钻与冲击钻组合施工技术介绍

2.1 旋挖钻成孔原理及优缺点

旋挖钻成孔原理：利用旋挖钻机上伸缩式钻杆自重和固定在桅架上的油缸液压压力，通过钻杆和钻斗的旋转带动钻头回转破碎岩土，然后再将钻孔中的泥土充填满旋挖钻机的钻头、一次次的提升经反复循环成孔。

优点：振动小，噪声低；钻进速度快，成孔质量高；自带的平衡系统可以很好的控制成孔垂直度；同等地质中相比其它成孔设备造价成本较低。

缺点：遇较硬岩层或大孤石层时，钻进困难。

2.2 冲击钻成孔原理及优缺点

冲击钻成孔原理：采用冲击式钻机或卷扬机把带刃的冲击钻头提高到一定的高度，突放钻头，依靠钻头自由降落的冲击动能冲击土层或切削破碎岩层钻进形成桩孔，然后利用泥浆循环或掏渣筒将钻渣排出清理成孔。

优点：冲击动能大，穿透力强，消耗功率小，适用性较广，对于岩层及大孤石土层中成孔效率较高；可根据施工现场的实际情况自行组装，操作简单。

缺点：钻进效率低，随钻进深度，作业时间大部分消耗在提放钻头和掏渣；易产生孔斜、卡钻、掉钻、桩孔不圆等问题；相比其它成孔设备造价成本较高。

通过对旋挖钻和冲击钻的成孔原理及优缺点进行对比分析可以看出，二者在不同层面有着一定的互补作用，因此,将二者优势结合进行成孔施工，必定能够在施工效率、成孔质量及施工成本方面有较大提升。

根据该工程的设计要求，采用冲击成孔方式利用工程桩进行试成孔。根据地勘报告岩层分布特性，选择3处工程桩进行试成孔。经过正循环冲击钻试成孔发现成孔效率较低，速度慢，桩径和桩孔垂直度不易控制，且本工程工期要求紧，结合其地质条件，通过比选采取旋挖钻机和冲击钻相组合的成孔方式流水施工。即：上部砂、泥土区段采用旋挖钻成孔技术，下部岩层区段则采用冲击钻成孔技术。

3 旋挖钻与冲击钻组合施工技术要点

3.1主要施工步骤

桩位放样→旋挖钻机就位、校正→埋设护筒→旋挖机钻进至岩层、移机→冲击钻机就位、校正、钻进→清渣→成孔→下钢筋笼→二次清孔→浇筑混凝土。

3.2主要施工技术要点

3.2.1开钻以前，应对照工程地质柱状图，将各孔部位的地质情况研究清楚，确定每根桩开挖土层厚度及岩层厚度，初步判断变换成孔设备的深度。根据工程地质资料、土层分布及灌注桩间距等情况，必须合理安排成桩顺序并提前确定施工机具各项技术参数，跳打法施工，尽量避免相近成孔施工时的相互扰动以及移动更换施工机具导致孔壁坍塌问题。

3.2.2组合成孔是先采用旋挖钻机钻进至岩层表层区域，然后改用冲击钻冲孔至设计桩底标高的方式。成孔设备就位后，必须平正、稳固，确保在施工过程中不发生倾斜、移动，改变设备前后必须校核孔洞垂直度，尤其冲击钻具设备的钻杆垂直度应与旋挖钻机钻孔垂直度基本吻合。

3.2.3利用旋挖机成孔前，必须根据桩基定位准确埋设护筒，并确保护筒稳定可靠，护筒中心竖直线与桩中心线应重合，偏差≯50mm，竖直线偏离中心线误差不大于1%。护筒内径应不小于钻头直径200mm，上部对称开设2个溢浆孔。根据土层分布情况确定护筒埋置深度，宜为2~4m，若钻进地质条件较差，可适当增加护筒高度和埋置深度，以确保钻孔和混凝土浇筑顺利进行。

3.2.4为有效控制钻孔深度，并方便施工中进行观测、记录，根据钻机操作室内所显示的钻进深度，及时辅以测量绳测量孔深进行校核。

3.2.5旋挖机钻进速度应根据地层土质、水文地质、钻斗和钻杆的类型、钻具和钻机的负荷能力等综合考虑，合理确定钻压。根据孔径大小及土质情况及时调整钻斗的升降速度，以防孔壁坍塌。当钻具携带岩石碎屑，钻机进尺缓慢时，说明已进入岩层，应降低钻进速度，并及时取样判断岩层情况，根据岩层风化程度及岩层硬度更换冲孔钻机。

3.2.6冲击钻机钻进前，根据护筒中心定位、已成孔深度及垂直度调整冲击钻机钻杆垂直度，并进行试钻，垂直度符合要求后方可正式冲击钻进。在冲击钻孔的钻进过程中应保证孔内水位高于护筒下口500mmm以上，避免水位升降波动而引发对护筒底口处的冲刷，同时孔内水位也应高于地下水位1m以上。进入基岩后，非桩端持力层每钻进300-500mm和桩端持力层每钻进100~300mm时，应清孔取样一次，并做好记录。岩层表面不平或倾斜，应抛石回填使孔底表面略平，低垂快击密实后再正常冲击，防止偏孔。

3.2.7当冲孔深度达到设计标高时，捞取岩石碎屑试样与地勘报告岩层特性进行对比，确定入岩深度，对成孔孔深、孔径进行符合性检查，确认达到终孔要求后，即可进行清孔。清孔时应视地层分布情况调整泥浆相对比重，同时辅以轻锤冲击，将比较粗大的碎石颗粒冲击成细小颗粒，方便随泥浆带出孔外。当循环泥浆不再带渣、泥浆含砂率明显降低、泥浆相对比重显著减小时，说明第一次清孔已经完成。对较深的钻孔，岩渣颗粒较小不容易被抽出，可考虑往孔内加入适量水泥粉，提高岩渣之间的粘结度使细小颗粒互相附着变大而易被抽出。

3.2.8为保证钢筋笼的顺利下沉，吊放钢筋笼前应用检孔器检查孔位、孔深及孔径等，符合要求后方可进行钢筋笼吊放工作。钢筋笼吊放入桩孔时，采用两点吊将钢筋笼吊放入桩孔内，防止起吊时钢筋笼发生变形，钢筋笼居中孔位，匀速下落，不得碰撞孔壁。钢筋笼下放至规定深度后，校核其垂直度和桩心位置偏差并加以固定。

3.2.9混凝土浇筑前，应再次检查孔底沉渣厚度，孔壁有无坍塌发生，若沉渣量超过标准要求时，应进行二次清孔。二次清孔过程中通过不断置换泥浆的方式清理孔底沉渣，直至混凝土灌注。首批混凝土灌注正常后，应连续不断灌注混凝土，严禁中途停工，防止出现断桩现象。为保证桩身混凝土的连续均匀，混凝土浇筑过程中，导管提升、拆卸前，应采用测锤探测管内外混凝土面高度，严格控制导管的埋置深度。桩顶的灌注标高应比设计标高增加0.5~0.8m，以便清除桩顶部的浮浆渣层后桩顶混凝土强度符合设计要求。

4 经济效益分析

本工程采用旋挖钻与冲击钻组合施工工程桩共计254根，其中φ600mm桩182根，总长6188延长米；φ800mm桩72根，总长2448延长米。平均每根桩进入岩层深度不小于5米。根据当时市场价信息，旋挖钻施工φ600mm桩成孔综合单价为126.81元，冲击钻施工φ600mm桩成孔综合单价为207.96元；旋挖钻施工φ800mm桩成孔综合单价为225.43元，冲击钻施工φ800mm桩成孔综合单价为337.47元。采用旋挖钻与冲击钻相结合施工相比单独采用冲击钻成孔节约成本共：(6188-5×182) × (207.96-126.81)+(2448-5x72)× (337.47-225.43) = 666730.82元。

根据现场试桩情况，单独采用冲击钻施工，每台设备约1根桩/工日，而改用旋挖钻与冲击钻相组合施工，每组设备平均3根桩/工日，本工程254根灌注桩成孔采用旋挖钻与冲击钻相组合施工，采用2组设备，节约工期约42工日，加快了施工进度，节约了工期。

5 结论

通过现场实践，旋挖钻和冲击钻组合施工工艺，突破了传统嵌岩桩单一机械施工的限制，对施工进度、成孔质量、安全环保及施工成本等均起到良好的促进作用。这种创效的施工方法也为同类型的桩基工程施工积累了宝贵的经验，为后续项目的施工推广和应用起到了良好的推动作用。

参考文献

[1]张伟，旋挖钻与冲击钻在嵌岩桩基施工中的组合应用，交通工程建设，2018，（2）：34-37

[2]屈加林，复合成孔工艺在大直径灌注桩中的应用，公路，2017，（2）：106-108

[3]汪雨珍，复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究[J].工程与建设，2017，31(01): 125-127+141

[4]龚晓南，桩基工程手册（第二版），2015