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　　鉆孔灌注樁自問(wèn)世以來(lái)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑、高層樓宇、水利水電及橋梁碼頭等工程建設(shè)中。同時(shí)，在這些工程建設(shè)中，鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。按照成孔工藝可將鉆孔樁基設(shè)備分為：正反回旋鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)等。針對(duì)不同地質(zhì)情況選用不同的鉆機(jī)類型，但選用時(shí)并沒(méi)有明確的界限。同一地質(zhì)類型可選用多種鉆機(jī)進(jìn)行施工，但在某些地層地質(zhì)變化差異較大的鉆孔樁施工過(guò)程中，選用一種鉆機(jī)很難順利地成孔。為保證鉆孔施工順利和成孔質(zhì)量，在技術(shù)條件限制下只能針對(duì)不同地層選用不同類型鉆機(jī)鉆進(jìn)的方法進(jìn)行。但更換鉆機(jī)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)泥漿護(hù)壁造成破壞，很容易造成塌孔或孔位偏移。本項(xiàng)目主要技術(shù)特點(diǎn)為：通過(guò)對(duì)鉆頭進(jìn)行改造，采用一種鉆機(jī)一次性穿過(guò)砂層和泥巖層的鉆孔樁成孔技術(shù)。該方法的成功應(yīng)用有效解決了淮河復(fù)雜地質(zhì)條件下單機(jī)成孔的技術(shù)難題，最大化降低了淮河復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔樁成孔的施工成本和塌孔風(fēng)險(xiǎn)。為其他復(fù)雜地質(zhì)條件下的鉆孔樁施工提供了一種新型的壓輪鉆頭，同時(shí)也為今后同類型工程的施工提供了很好的借鑒意義。

 

　　2.1工程概況

 

　　項(xiàng)目建設(shè)區(qū)地貌單元為淮河沖積平原，具河漫灘及河間平地微地貌，地勢(shì)較平坦。河漫灘沿淮河兩側(cè)平行展布，組成物為河流近代沉積物、巖性為全新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土。標(biāo)高一般為18.2-20.6m左右。河間平地分布在評(píng)估區(qū)北部，成因形態(tài)類型屬堆積-腐蝕平原。地表沿性為上更新統(tǒng)河流相沉積的灰黃色、褐黃色的粉質(zhì)粘土。

 

　　2.2工程難點(diǎn)①淮河鉆孔樁樁位處地質(zhì)情況按高程從上到下依次為粉質(zhì)粘土及粉土、中砂、全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，有一些部位在中砂層中夾雜2m左右的粉質(zhì)粘土層，地質(zhì)組成復(fù)雜，不同土體強(qiáng)度差別大，樁基施工鉆機(jī)選型是本工程的難點(diǎn)。②鉆機(jī)鉆進(jìn)至中砂層時(shí)，施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、吸泥排漿時(shí)產(chǎn)生擾動(dòng)和壓力容易造成砂層坍塌；泥巖在鉆進(jìn)前異常堅(jiān)硬，擾動(dòng)后受泥漿浸泡極易軟化，產(chǎn)生膠凝狀物質(zhì)附著于鉆頭，沉積于孔底難以排出鉆渣。如何解決砂層和泥巖層中鉆進(jìn)成孔問(wèn)題是本工程的另一難點(diǎn)。

 

　　3鉆機(jī)選型

 

　　擬選用的鉆機(jī)類型有：正循環(huán)鉆機(jī)、反循環(huán)鉆機(jī)、根據(jù)不同地質(zhì)換用不同鉆機(jī)、改造鉆頭采用同一鉆機(jī)。

 

　　3.1正循環(huán)鉆機(jī)①施工方法：泥漿高壓通過(guò)鉆機(jī)的空心鉆桿，從鉆桿底部射出，底部的鉆頭在回轉(zhuǎn)時(shí)將土層攪松成為鉆渣，被泥漿懸浮。隨著泥漿上升而溢出流到井外的泥漿溜槽，經(jīng)過(guò)沉淀池沉淀凈化，泥漿再循環(huán)使用。②優(yōu)點(diǎn)：a鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械擾動(dòng)小，不容易破壞泥漿護(hù)壁；b泥漿護(hù)壁質(zhì)量高，鉆進(jìn)至砂層地質(zhì)時(shí)不易發(fā)生塌孔。③缺點(diǎn)：a在鉆進(jìn)泥巖層過(guò)程中，由于泥巖在鉆進(jìn)前異常堅(jiān)硬，擾動(dòng)后受泥漿浸泡極易軟化，產(chǎn)生膠凝狀物質(zhì)附著于鉆頭，沉積于孔底難以排出鉆渣；b鉆進(jìn)至泥巖層時(shí)速度慢，施工效率低。

 

　　3.2反循環(huán)鉆機(jī)①施工方法：與正循環(huán)相反，泥漿由鉆桿外注入井孔，用真空泵或其他方法（如空氣吸泥泵機(jī)）將鉆渣從鉆桿中吸出，泥漿起輔助護(hù)壁作用。②優(yōu)點(diǎn)：a鉆進(jìn)速度快，施工效率高；b鉆進(jìn)泥巖層時(shí)鉆渣能夠順利排出，不影響鉆進(jìn)。③缺點(diǎn)：a鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)械擾動(dòng)大，容易破壞泥漿護(hù)壁，導(dǎo)致塌孔；b本工程砂層強(qiáng)度較低，吸泥排漿時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓容易造成砂層坍塌。

 

　　3.3根據(jù)不同地質(zhì)換用不同鉆機(jī)①施工方法：根據(jù)地質(zhì)資料，在中砂地質(zhì)使用正循環(huán)鉆機(jī)，在泥巖地質(zhì)時(shí)換用反循環(huán)鉆機(jī)。②優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)縮短了成孔時(shí)間、提高了施工效率。③缺點(diǎn)：a更換鉆機(jī)間隔時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，容易造成塌孔。由于泥巖在距孔口約70m左右位置，整個(gè)更換鉆機(jī)過(guò)程最少需要10小時(shí)，在這期間由于泥漿沉淀、換鉆機(jī)時(shí)的擾動(dòng)、地下水滲透中砂層極易發(fā)生塌孔，給施工帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)。b由于更換鉆頭、泥漿循環(huán)方式的變化，孔內(nèi)的泥漿護(hù)壁質(zhì)量下降嚴(yán)重。重新鉆進(jìn)時(shí)使泥漿護(hù)壁破壞，極易發(fā)生塌孔，給施工帶來(lái)很大的困難。

 

　　3.4改造鉆頭采用同一鉆機(jī)①施工方法：采用反循環(huán)鉆機(jī)施工，但對(duì)鉆頭進(jìn)行改良，增設(shè)鉆頭壓輪。②優(yōu)點(diǎn)：a采用一臺(tái)同時(shí)適用于砂層和泥巖層的鉆機(jī)一次性成孔，有效縮短了成孔時(shí)間，提高了施工效率。b孔內(nèi)泥漿護(hù)壁質(zhì)量大大提高，減小了塌孔隱患，保證了成樁質(zhì)量。c鉆頭壓輪為鉆頭附加件，一次加工成型，可以重復(fù)使用，磨損后進(jìn)行簡(jiǎn)單修復(fù)仍可繼續(xù)使用。③缺點(diǎn)：加工鉆頭壓輪時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸精度要求較高，需根據(jù)樁徑和鉆頭直徑進(jìn)行準(zhǔn)確定位并焊接牢固。

 

　　以上四種鉆機(jī)方案經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，并結(jié)合施工操作性、安全性及施工效率要求，選用方案四作為復(fù)雜地質(zhì)的鉆孔樁成孔施工方案。

 

 

　　4.1壓輪鉆頭構(gòu)造將鉆頭壓輪焊接固定于循環(huán)鉆機(jī)鉆頭穩(wěn)定圍壁外側(cè)，壓輪外側(cè)尺寸與鉆孔樁徑一致，壓輪內(nèi)側(cè)距離鉆頭穩(wěn)定圍壁4cm，防止土體固結(jié)、影響壓輪滾動(dòng)。壓輪與穩(wěn)定圍壁通過(guò)與穩(wěn)定圍壁焊接的鋼板及轉(zhuǎn)軸進(jìn)行相互連接，鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鉆頭壓輪與孔壁接觸，壓輪滾動(dòng)壓實(shí)孔壁土體；減小鉆頭穩(wěn)定壁對(duì)孔壁摩擦擾動(dòng)。

 

　　4.2壓輪鉆頭工作原理鉆進(jìn)時(shí)通過(guò)鉆頭下部的合金鋼牙將土體擾動(dòng)粉碎，通過(guò)反循環(huán)方式將泥漿排出孔外，鉆頭即可下沉、鉆進(jìn)。增加壓輪一方面可以壓實(shí)孔壁土體提高密實(shí)度，另一方面滾動(dòng)的方式不會(huì)損傷護(hù)壁質(zhì)量。鉆進(jìn)至中沙層時(shí)由于壓輪為滾動(dòng)摩擦減少對(duì)巖層的擾動(dòng)，且通過(guò)壓輪擠壓使泥漿擠入砂層間隙，提高泥漿護(hù)壁效果；鉆至泥巖層時(shí)，由于土體遇水浸泡之后軟化，在孔壁內(nèi)外土壓力差作用下極易造成塌孔，增設(shè)鉆頭壓輪后，通過(guò)穩(wěn)定圍壁外側(cè)的壓輪與孔壁接觸，滾動(dòng)壓實(shí)孔壁土體，提高了土體密實(shí)度、增加了土體強(qiáng)度。鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭壓輪與孔壁相接觸，通過(guò)壓輪的滾動(dòng)壓實(shí)土體，多余附著的泥土可通過(guò)壓輪與穩(wěn)定圍壁之間縫隙，通過(guò)壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)重新壓回到孔壁。鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，形成連續(xù)、穩(wěn)定、平整、密實(shí)的護(hù)壁。

 

 

　　與更換鉆機(jī)相比，使用壓輪鉆頭造價(jià)低廉，且大大減少了施工工序及工作量，縮短鉆孔樁成孔時(shí)間，避免塌孔現(xiàn)象，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。使用壓輪鉆頭后塌孔、孔底沉渣過(guò)厚、擴(kuò)孔縮孔等鉆孔樁不合格率得到有效的控制，淮河中砂、泥巖復(fù)雜地質(zhì)的鉆孔樁成樁質(zhì)量得到了大幅提高，施工效率得到了明顯的提高，同時(shí)由于不需頻繁更換鉆機(jī)，施工成本也得到了有效控制，取得了很好的效果。

 

 

　　采用自主設(shè)計(jì)制造的新型壓輪鉆頭進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁的施工方法在淮南孔李淮河大橋工程的成功應(yīng)用，有效解決了在淮河流域同時(shí)穿越中砂、泥巖地質(zhì)的鉆孔樁成孔施工難題，最大化提高了成孔質(zhì)量和成孔效率，取得了很好的效果，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

 

　　該方法在淮南孔李淮河大橋工程的成功應(yīng)用，為其他復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工提供了一種新型的壓輪鉆頭，同時(shí)也為今后同類型工程的施工提供了很好的借鑒。