1引言

 

　　以往在坚硬地层桩基施工桩多采用冲击成孔，但由于宁天城际轨道交通一期工程高新开发区站至信息工程大学站之间居民区较多，同时该工程为南京2014年青奥会配套工程工期紧等特点，在施工中寻求一种更加快捷、环保的硬质地层下的桩基施工工艺就成了一道必须解决的课题。

 

　　2工程概况

 

　　宁天城际轨道交通一期工程高新开发区站至信息工程大学站高架区间位于南京市浦口区，沿江北大道中央隔离带布设。桩基础采用φ1.2m钻孔灌注桩，每个承台4～8根，桩长6～32m，混凝土为C30。

 

　　该高架区段地基施工范围地貌类型为侵蚀堆积岗地。根据地质钻探报告，地层深度自上以下依次为：杂填土0m~4.5m，粉质粘土1.1m~11.7m，含砾粉质粘土9.3m~21.4m，全风化岩11.7m~21m，强风化岩10.2m-29.6m，中风化粉砂岩14.7m~未揭穿。桩基础以嵌岩桩为主，选择中等风化粉砂岩（岩土施工等级为Ⅴ级）作为桩基持力层，且入岩深度不小于1m。

 

　　3施工方法

 

　　3.1成孔设备选型

 

　　根据地层结构、地下水和周边环境条件，通过对硬质地层成孔工艺的钻进难度、安全风险、设备资源、工效、成本等方面进行分析比选，最终决定采用大功率旋挖钻机作为成孔设备进行桩基施工。

 

　　3.2施工工艺

 

　　旋挖钻成孔施工工艺流程为：桩位放样，埋设护筒，钻机对中就位，泥浆配置，钻孔，孔内泥浆的补充，成孔及清孔。旋挖钻机定位后，钻杆中心线，回旋盘及护筒中心线应保持同一条直线，钻头入孔开始钻进时，启动泥浆泵，在钻进过程中，不断补充孔内泥浆，转动钻杆桅杆，将取出的渣土弃于孔外，然后由装载机集中清理堆放。

 

　　3.3施工过程控制

 

　　钻机施工前，必须对桩位、钻头直径、钻头磨损情况、护筒等进行检查。开钻时低速慢进，穿过护筒以下1m后逐步恢复正常钻进速度。施工过程中设专职管理人员对钻机钻机施工进行记录，包括钻进速度、地质情况、施工中出现的问题、机械设备状况等。记录必须认真、及时、准确、清晰，能为下一步施工提出指导性建议。

 

　　旋挖钻进是一个短进尺、多回次的重复循环过程，旋挖钻机在硬质地层相对于软岩地层有回次进尺短、回次时间长的特点，钻头随着钻入岩层的深度及地层的变化，回转阻力会增加。当钻进至进尺困难的硬岩层后，在钻进负荷增大到一定程度后，操纵加压液压缸，通过动力头对钻杆短时间加压，加压操作可视情况，重复1～2次，当钻头切入量很小甚至不能切入时，应立即提钻，所以在钻进过程中，操作手应密切注意驾驶室内压力，转速仪表变化情况，实时加压，提钻。钻进过程中当从软岩层变化到硬岩层时，要减速慢进，防止地层变化处出现扩孔现象。

 

　　4坚硬地层下旋挖钻成孔措施

 

　　4.1采用大功率旋挖钻机

 

　　通过实践表明，钻进速度与比压p的关系曲线①（见图1）。由表面破碎（区域Ⅰ）到体积破碎（区域Ⅲ）要经过疲劳破碎区（区域Ⅱ），在坚硬土层施工中，采用大功率旋挖钻机，如徐工XR360、三一SR380及德国宝俄BG25型旋挖钻，保证钻头上比压达到或超过一定值（图1中b点）才能使达到最大值，其岩层破碎效果才是最好。

 

　　图1钻进速度与比压关系

 

　　4.2不同地层旋挖钻头选用

 

　　合理的破碎工具形状应使其压入岩层阻力最小。一般规律：对于坚硬岩层采用钻头球形刀刃比较合理，对于较软岩层选用楔形刀刃。由于钻进至中风化粉砂岩，楔形刀刃不具备切削、压碎岩石功能，钻头球形刀刃可以通过钻杆压力，刀刃侵入岩层表面，通过钻杆的回旋，可将大块岩石进行切削、碾碎成进入钻斗的小块。施工过程中共采用了3种旋挖钻头(见图2)：截齿螺旋钻头、截齿旋挖钻头、斗齿旋挖钻头，针对高新开发区站至信息工程大学站高架区间的特殊地质情况三种钻头均发挥了不同作用。

 

　　图2施工采用钻头

 

　　埋深较浅的粘土层、砂土层现场施工中主要采用斗齿旋挖钻头，成孔施工进尺较快。

 

　　当钻进至中风化岩层时，由于斗齿旋挖钻头不具备切削、压碎岩石功能，必须更换为截齿旋挖钻头继续钻进，钻头截齿可将大块岩石切削、碾碎成可进入钻斗的小块。

 

　　当截齿旋挖钻头进尺困难、每回次进尺切入量非常小时，说明钻进到了岩石块径较大且强度非常高的硬岩层，就需更换为截齿螺旋钻头。由于螺旋钻头回转阻力小，可将孔下大粒径的石块搅散并利用螺旋钻头的的叶片和叶片间隙部位将大块石头卡住提出。螺旋钻头在施工中的使用频率较低，只有当截齿旋挖钻头几乎无进尺时才换装截齿螺旋钻头。

 

　　施工过程中发现，由于斗齿旋挖钻头磨损后更换困难，且磨损速度较快，故后期施工中一直采用截齿旋挖钻头作为旋挖钻机钻进成孔的主要钻头。

 

　　5旋挖钻机成孔分析

 

　　5.1适应性强

 

　　旋挖钻机以柴油机为动力，全液压驱动，履带行走，底盘可360°回转，塔架可自行起落，钻杆根据进尺深度可自由伸缩；同时钻机所有动力均来源于随机的柴油发动机，施工现场无需提供大功率电源。

 

　　5.2环保性好

 

　　旋挖钻机在施工过程中，噪音低、振动小、泥浆用量少，因为旋挖钻机成孔过程中仅适用泥浆护臂，而不用泥浆排渣，钻渣流动性小可集中堆放，利于现场文明施工。

 

　　5.3施工效率高

 

　　旋挖钻机成孔过程中进尺速度快；且钻机整体置身于可自动行走的履带式底盘上，机动性好，钻机移位便捷。

 

　　5.4成桩质量高

 

　　旋挖钻机钻杆粗、机架稳固，且旋挖钻机有自动测斜装置，钻塔垂直度及钻孔深度均有仪表显示，钻机底盘可伸缩并自动整平，因此钻进时非常稳定，可随时监视并调整钻孔的垂直度，能有效的保证钻孔垂直度。

 

　　高新开发区站至信息工程大学站高架区间桩基施工完毕后，通过超声波法检测其中的114根桩，桩身完整性指标都达到Ⅰ类桩，完全满足设计要求。

 

　　6结语

 

　　由于旋挖钻碎岩方式属于机械碎岩，压入破碎再孔底碎岩中起了重要的部分，现场在实际使用钻机型号中，徐工XR360、三一SR380及德国宝俄BG25型旋挖钻能够达到在最不利岩层时压入岩层的臂力扭矩，故根据施工所选配的钻头，有效保证了工地钻孔桩施工的进度。由于大功率的旋挖钻在嵌岩桩施工应用中，只有通过改进旋挖钻钻具的配置及合理的现场技术措施，才能满足现在工程量大、工期紧、复杂地质条件下的钻孔桩施工。

 

　　参考文献：

 

　　[1]《哈大铁路客专钻孔桩旋挖钻机施工及钻头研究》惠向兵

 

　　[2]《岩石破碎学》涂厚泽，高森

 

　　[3]《土钻掘工程学》李巨龙，杨伟峰，于宗仁