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　　關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；中風(fēng)化巖；成孔

 

　　工程概況：本項(xiàng)目長(zhǎng)春市輕軌三期海關(guān)站—衛(wèi)星路站高架橋基礎(chǔ)工程共有灌注樁510根，樁長(zhǎng)為19~29m，樁徑分別有Ф1.0m、Ф1.2m和Ф1.5m，工期要求60日歷天。

 

　　1.地質(zhì)概況

 

　　長(zhǎng)春市位于松遼凹陷的東部邊緣，是中朝地臺(tái)的一部分，古生代時(shí)期的沉積物較少，白堊紀(jì)泥巖和泥質(zhì)砂巖構(gòu)成基底，其上覆蓋有6.0—8.0m左右厚的粘性土層及砂土層；施工區(qū)域地層復(fù)雜，從0-7m主要以粉質(zhì)粘土為主，中間夾有2-4m的砂層；巖層較厚，地面7m以下就是巖石層，7-14m為全風(fēng)化泥巖，14-22m為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，中間有砂巖夾層，22m以下為中風(fēng)化泥巖砂巖互層。

 

　　人工堆積填土層：雜填土①1層：雜色，稍濕，孔位處于道路、方磚上，多為人工路面結(jié)構(gòu)層或人工混凝土面層，該部分強(qiáng)度較高，其下部主要由粘性土組成，結(jié)構(gòu)松散，密度不均。厚度0.60～3.50m；

 

　　第四系沖洪積層：粉質(zhì)黏土②1層：褐黃色、灰黃色，可塑，稍濕，包含有鐵錳結(jié)核，無搖振反應(yīng)，稍有光滑、干強(qiáng)度中等，韌性中等，中等壓縮性，局部缺失該層，層厚0.60～4.60m；

 

　　粉質(zhì)黏土②2層：灰色，灰黑色，軟塑，濕，有腥臭味，含少量有機(jī)質(zhì)，部分地段為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，稍有搖振反應(yīng)，無光滑、干強(qiáng)度較低，韌性較低，中～高壓縮性，局部地段夾有薄層細(xì)砂，局部缺失該層。層厚0.70-4.00m；

 

　　粗砂②3層：灰黃色，褐灰色，青灰色，飽和狀態(tài)，顆粒主要由石英、長(zhǎng)石組成，亞圓形，分選較好，級(jí)配一般自上而下顆粒逐漸變粗，強(qiáng)度增加，中密～密實(shí)狀態(tài)，含有少量泥質(zhì)，底部見有薄層礫石。層厚0.50～5.20m。

 

　　白堊系泥巖全風(fēng)化泥巖③1層：為紫紅色泥巖夾灰白色、灰黃色、灰綠色及青灰色泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，有殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，泥巖粘土狀，泥質(zhì)粉砂巖有砂感，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，中～低壓縮性，遇水易軟化，泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)度較泥巖高，局部含有鈣質(zhì)膠結(jié)成巖很好的砂巖，較易鉆進(jìn)，巖芯破碎，層厚2.60～13.10m；

 

　　強(qiáng)風(fēng)化泥巖③2層：為紫紅色泥巖夾灰白色、灰黃色、灰綠色及青灰色泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，塊狀，遇水易軟化，泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)度較泥巖高，呈互層狀產(chǎn)出，局部地段見有成巖比較好的層厚750px～1250px鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖，紫紅色泥巖巖塊可用手折斷或捏碎，灰白色、青灰色的泥質(zhì)粉砂巖較難鉆進(jìn)；巖芯較完整，層厚2.50～12.30m；中風(fēng)化泥巖③3層：紫紅色、灰綠色、青灰色，泥巖與砂巖互層，以砂巖為主，砂巖強(qiáng)度較泥巖高，原巖結(jié)構(gòu)部分破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，塊狀，鉆進(jìn)難度增大，巖芯呈柱狀，較為完整，揭露厚度8.50～15.50m。1.2水文概況根據(jù)勘察報(bào)告，地下穩(wěn)定水位埋深0.80～4.70m。擬建區(qū)間場(chǎng)地地下水賦存于第四系粘性土和砂土層中，含水層的厚度在3.0～6.0m。其中粉質(zhì)粘土②1層至粉質(zhì)粘土②2層透水性中等，粗砂②3層透水性良好。其下部的泥巖為不透水層。

 

　　2旋挖鉆機(jī)成孔優(yōu)點(diǎn)及遇到的困難

 

　　長(zhǎng)春市輕軌一期、二期樁基工程都是采用沖擊鉆成孔，沖擊鉆非常適合在堅(jiān)硬地層施工。本工程要在短短的60天內(nèi)完成510根樁的施工，將會(huì)有很大的困難。所以我們綜合考慮試著采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔。

 

　　2.1采用旋挖鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

 

　　如果本工程全部程采用沖擊鉆成孔，至少要30臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，用電量將是一個(gè)很大的困難，每臺(tái)鉆機(jī)的功率為75kw，同時(shí)工作，用電負(fù)荷將達(dá)到2250kw，再加上其配套設(shè)備，總功率可達(dá)3000kw。這樣的巨大負(fù)荷，將給長(zhǎng)春市電網(wǎng)帶來一定困難，同時(shí)也增加了我們的成本，降低了利潤(rùn)。采用旋挖鉆機(jī)用電設(shè)備只有水泵和電焊機(jī)，相對(duì)沖擊鉆來說，用電量可以忽略不計(jì)。全部采用沖擊鉆，施工現(xiàn)場(chǎng)將布滿電纜線，在電線縱橫交錯(cuò)的環(huán)境中施工，將給安全管理帶來很大不便，同時(shí)也增加了施工的危險(xiǎn)性。沖擊鉆成孔時(shí)泥漿的產(chǎn)出系數(shù)為2.5—3.5，完成本工程一萬多方的工作量，將要運(yùn)走三四萬方的泥漿，在市內(nèi)主干道施工，要將這樣大量的泥漿運(yùn)走絕非易事。沖擊鉆同時(shí)施工，對(duì)周圍環(huán)境將造成很大的影響。我們選擇旋挖鉆機(jī)施工，不但可以降低施工時(shí)的安全管理風(fēng)險(xiǎn)、保證工期、降低對(duì)環(huán)境的污染，而且能很大程度上提高工程利潤(rùn)率。

 

　　2.2成孔困難

 

　　在本工程中采用旋挖鉆機(jī)施工，遇到的最大問題就是進(jìn)入中風(fēng)化巖鉆進(jìn)困難，鉆頭磨損嚴(yán)重，同時(shí)存在砂層施工過程中存在塌孔現(xiàn)象。

 

　　3工藝改進(jìn)及采取措施

 

　　針對(duì)旋挖鉆機(jī)在本工程中遇到的困難，我們采取了一系列的改進(jìn)措施。

 

　　3.1造漿防塌

 

　　在剛開始施工時(shí)，是采用清水成孔，在砂層施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)有塌孔現(xiàn)象。我們采用膨潤(rùn)土先造好泥漿，然后用造好的泥漿進(jìn)行成孔，取得了明顯的效果。

 

　　3.2工藝改進(jìn)順利鉆進(jìn)

 

　　在鉆進(jìn)困難的情況下，我們從鉆頭、鉆桿方面進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)改變以往的鉆進(jìn)方法，取得了明顯的效果。從整個(gè)旋挖鉆機(jī)工作過程來看，鉆機(jī)的動(dòng)力能多少轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕に璧膲毫团ぞ氐妮敵鲂蕟栴}，對(duì)每臺(tái)鉆機(jī)來說，出廠時(shí)就已經(jīng)確定下來，而鉆機(jī)工作過程中的壓力和扭矩的輸出效率則取決與鉆桿和鉆頭，鉆斗的關(guān)鍵參數(shù)是斗齒刃前角。

 

　　3.2.1改進(jìn)鉆頭

 

　　鉆頭對(duì)鉆機(jī)成孔來說是最主要的部件，鉆頭的好壞直接關(guān)系到成孔速度和成孔質(zhì)量。通過前期的實(shí)驗(yàn)，我們成直徑1.2m，孔深26m的孔需要11個(gè)小時(shí)，1—21m需要3.5小時(shí)，21—26m則需要7.5小時(shí)，而且鉆頭磨損嚴(yán)重，掉齒現(xiàn)象多有發(fā)生，把太多的時(shí)間花費(fèi)在中風(fēng)化巖成孔上，我們計(jì)算過，照這樣的速度，本工程我們不但不能按期完成，而且還存在虧損的風(fēng)險(xiǎn)。通過查閱有關(guān)資料，及項(xiàng)目技術(shù)人員的研究，我們向廠家訂做我們自己改進(jìn)的鉆巖鉆頭。碎巖鉆頭應(yīng)具有點(diǎn)式或圓球形切削刃面，如裝有子彈頭的短螺旋鉆頭，嵌巖筒鉆。此鉆頭的主要特點(diǎn)一是耐磨，鉆具應(yīng)有一定的剛度，在鉆進(jìn)中或其他操作時(shí)，不產(chǎn)生移動(dòng)和搖晃；二是子彈頭的切巖角度不同以往的普通回轉(zhuǎn)鉆頭，要比回轉(zhuǎn)鉆頭的切入角大一些，一般取50°~65°為宜，這樣不至于在巖石面滑脫，可以提高切巖速度。在此工程我們定制了三款專用的鉆巖鉆頭，一種是裝有子彈頭的螺旋鉆頭，一種是裝有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭，還有一種是裝有子彈頭的嵌巖筒鉆，取芯巖石筒鉆除了筒體下端焊有子彈頭截齒外，筒體內(nèi)壁上裝有承托巖芯的合頁片。這三種鉆頭都是裝有子彈頭，子彈頭起到的作用就是與巖石面接受面積小，有利于進(jìn)入巖石，而且子彈頭還有耐磨的特點(diǎn)。鉆堅(jiān)硬巖石主要用的是嵌巖筒鉆，它可以取出整體巖樣，不至于巖石被碎后無法從孔內(nèi)取出，較軟的巖石可以用子彈頭螺旋鉆頭破碎，然后用裝有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭撈出，因?yàn)檠b有子彈頭的回轉(zhuǎn)鉆頭也有一定破碎巖石的作用。

 

　　3.2.2鉆桿改進(jìn)

 

　　旋挖鉆機(jī)的工作分為壓力和扭矩，壓力：動(dòng)力頭油缸—動(dòng)力頭—鉆桿—鉆頭—切削刃；扭矩：動(dòng)力頭馬達(dá)—動(dòng)力頭轉(zhuǎn)盤—鉆桿—鉆頭—切削巖土。由此可以看出鉆桿在鉆機(jī)工作中起著一個(gè)連接的重要作用。一般進(jìn)行松軟地層鉆進(jìn)時(shí)，依靠鉆桿和鉆具的自重即可滿足進(jìn)尺加壓力的要求，此時(shí)選用摩擦式鉆桿即可。對(duì)于入巖鉆進(jìn)則應(yīng)考慮具有強(qiáng)行加壓功能的機(jī)鎖式鉆桿。機(jī)鎖鉆桿各節(jié)桿上的外鍵是焊在各節(jié)桿鋼管上圓周120°均布的3條（或6條）帶有加壓端面（有臺(tái)階）或齒面的鋼條。

 

　　3.2.3施工方法改進(jìn)

 

　　針對(duì)不同的地質(zhì)情況，要采取不同施工的方式、鉆進(jìn)參數(shù)、質(zhì)量控制措施。對(duì)于這種既有土層、砂層還有巖層的特殊地層，我們采取了綜合鉆進(jìn)的方法，即對(duì)不同的地層采取不同的鉆進(jìn)方法。地表第四紀(jì)地層可選用回轉(zhuǎn)鉆斗鉆進(jìn)；在濕孔鉆進(jìn)時(shí)，可用雙底板撈砂鉆斗鉆進(jìn)以便于撈取鉆渣；對(duì)于硬度較大的基巖地層直接用短螺旋鉆頭或旋挖鉆斗鉆進(jìn)都比較困難，需要嵌巖筒鉆配合短螺旋鉆頭和雙底板撈砂鉆斗鉆進(jìn)。鉆進(jìn)工藝參數(shù)也要隨之改變。

 

　　（1）加壓力

 

　　旋挖鉆機(jī)工作效率取決動(dòng)力頭扭矩與加壓，對(duì)于滾刀鉆頭，原則上加壓力越大工作效率越高，但要考慮鉆機(jī)的加壓能力及鉆桿的承受能力。

 

　?。?）轉(zhuǎn)速

 

　　旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)硬巖時(shí)轉(zhuǎn)速以10—15轉(zhuǎn)/每分鐘為宜，不可過快或過慢，過緩則鉆進(jìn)效率太低，過快則造成孔底泥漿渦動(dòng)過大，沖刷孔壁，同時(shí)容易使鉆機(jī)鉆桿擺動(dòng)過大造成損壞。

 

　　4結(jié)語

 

　　經(jīng)過有針對(duì)性的改進(jìn)措施，提高了旋挖鉆機(jī)的成孔效率和成孔質(zhì)量，把成孔時(shí)間平均縮短4小時(shí)，如期完成工作任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我們單位采用旋挖在長(zhǎng)春市這種地層中成孔尚屬首例，具有開創(chuàng)先河的作用。在此充分展現(xiàn)了旋挖鉆機(jī)成孔速度快、質(zhì)量好、效率高，對(duì)環(huán)境污染小的特點(diǎn)。