工程樁干作業螺旋鉆的成孔工藝問題

劉智榮

摘 要：工程樁長螺旋鉆進施工，無噪聲，鉆進效率高。該文通過對長螺旋施工出土暢通、孔斜、孔徑變化、孔底虛土、塌孔、特殊地層等施工中遇到的難題，提出了原因分析和應對措施。北京地區經過多年實踐，成孔工藝積累了一定的成功經驗。并且試驗對比了一些不同工藝處理對于工程質置和承載能力的影響。另有一些工藝問題，雖作過一些探索，但還未能形成生產力。

關鍵詞：工程樁 螺旋鉆進 成孔工藝

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0061-02

該文就干作業螺旋鉆曾遇到的一些成孔工藝問題，其產生原因，解決途徑，提出討論意見。

1 保持輸出土暢通。

長螺旋鉆機能在鉆進的同時，自動輸土出孔。在一般亞粘土或輕亞粘土中，鉆成一個10 m深、直徑φ400 mm的孔，一般僅需7～8 min，而分次鉆進的短螺旋鉆機，同樣的孔要多用一倍時間。長螺旋鉆能保持連續不停鉆進的關鍵，在于它必須保持輸出土暢通。最初，曾用日本“三和”螺旋鉆機，以19 rad/min的轉速施工直徑φ400 mm鉆孔。在鉆進砂質粘土時，鉆尖切削下來的土，很快擠滿螺旋葉，回轉電流急劇升高到150安以上。這時必須設法提鉆清土，否則扭矩過大無法正常鉆進。后來改用國產的長螺旋鉆機，用80～120 rad/min的轉速，同樣的土質和孔徑，鉆尖切削土能順利上輸出土。粘性大的土呈球狀滾出孔；粉砂土呈粉顆粒狀甩出；冬季表面凍土呈片狀出孔，實現了自動出土而順利鉆進。兩種鉆機何以有這樣的不同效果原因在于采用了不同的螺旋鉆機與螺旋鉆具。關于這方面的問題，其設計參數已有專文討論，本文從成孔工藝研討。要實現在鉆進的同時，保持輸出土暢通，首先要選擇適當的回轉速度。這個速度取決于不同的土質和鉆孔直徑。研究表明，輸出土暢通需要一個最低回轉速度，它與土的內摩擦角及成孔直徑的平方根成反比。砂質粘土的內摩擦角較小，輸出土暢通需較大的轉速（80～120 r/min）.也遇到過飽和流塑狀粘性土，粘土和孔壁的摩擦系數很低，用120 rad/min也不能使輸出土上升，另一次在施工沙土和砂卵石土時，土的內摩擦角大，用30 r/min的低速，也能使輸出土出孔，而且運轉平穩。

選擇轉速，還要看鉆孔的直徑。同樣19 r/min的日本三和螺旋鉆機，在砂質粘土中鉆進孔徑φ400 mm的孔不能輸土出孔；但最近鉆80厘米孔時，卻能順利輸土。遇小直徑孔，輸土就需要高轉速，去年用趕作業螺旋鉆鉆12厘米錨桿孔時，用165轉/分的地質鉆帶動，輸土出孔成功。

由于土層變化及鉆進阻力變動，實際鉆進速度也不能一成不變。經過實測和操作體驗，在正常工作時，保持進刀量平均每轉20～30 mm是適當的，此時電流不超過25～30安。鉆進砂土可以進刀量稍大些，鉆進軟塑粘土最難掌握，雖然土的切削阻力不大，但切削粘阻力大，如進刀過快，會使螺旋葉擠滿土而升土受阻。由于相對的加壓力容易過大，由加壓而增大的切削壓力也要增大，這就會使切土和輸土失去平衡，形成“別鉆”，如果控制加壓，進刀過少又會形成鉆壓不足。在高速回轉時，停止進刀或鉆壓不足，常引起鉆桿抖顫，給成孔帶來不利影響。故鉆這種土應保持連續小鉆壓小進刀，使螺旋葉不堵，鉆尖不虛，回轉時的電流不超過40～50安。輸出土呈整體大塊出孔。表1是在不同土層鉆進400mm，孔徑1 000 mm觀測數值。從中可以看出，砂土雖摩阻力大，鉆進最快，消耗動力最低，鉆軟塑粘土摩阻力不大，但鉆進慢，消耗動力較高。

2 防止成孔傾斜

最初對于成孔傾斜的危害缺乏認識。后來通過試壓一批樁承載能力時，對一根傾斜度大的樁加荷，發現這根樁東西兩側沉降差越加越多。加載荷到45T時僅15 min，竟出現一側沉降很大，另—側上拔的差異，以至無法加荷。該樁用的承載能力比，這組三根樁的平均值低11%，比其它兩根正常樁低得很多。后來在另一試樁中，有一根樁的傾斜度超過規范1%很多，可以測出的就達4%，因線墜已貼傾斜孔底側壁，未能量出超過4%多少。加荷時把千斤頂向樁尖傾向的一側放置，以減少傾斜樁的偏心影響。該樁的極限承截力比三根樁平均低10～12.5%。由此可見。成孔傾斜過大，將改變軸向受壓為偏心受壓，使容許承載力顯著降低。除了降低使用效果外，成孔傾斜還會產生附加的鉆進阻力，影響成孔效率。

產生成孔傾斜的原因，除場地不平、鉆機安裝不水平，在成孔工藝上主要由于：

（1）事先對位調直不嚴。或只調直縱軸，未調直橫軸。（2）未堅持帶導向套作業，鉆桿上下不同心，下端自由擺動。（3）用未經調直的彎曲鉆桿鉆進。（4）孔位兩側土軟硬不均。

為防止成孔傾斜，在鉆機就位時要有必備的調直手段；在管理上要采取措施，成孔工藝要堅持“三不”鉆進：即鉆桿不直不進鉆，無導向套不進鉆，未雙軸調直對位不進鉆。

3 防止孔徑擴大

螺旋鉆掘成孔，常會遇到孔徑擴大的問題。一般成孔直徑比螺旋鉆通長大20 mm以內是正常現象。此處所說孔徑擴大有兩種情況；-是孔口擴大，一是孔中間部位擴大。孔口擴大主要是因為地表填土雜而不實，或埋有樹根等剔除物，在鉆進擾動后塌陷。孔口擴大會在成孔后掉回落土，降低成孔質量。孔中間部位擴大主要是由予鉆桿彎曲，或因鉆壓不足引起鉆桿抖動。螺旋鉆進在高轉速情況下，如采取的工藝不適當，常常帶來鉆壓不足。例如：

（1）鉆到孔底空轉時間過長。（2）提鉆時回轉鉆桿。（3）鉆進過程中進刀量過小。

中間部位擴大的危害甚大，在一項試驗樁鉆孔時，地面以下4米左右遇含水量大的特性填土，鉆壓不足引起螺旋鉆桿劇烈抖動，使中部孔徑由300 mm擴大到500 mm，下面輸上的泥土糊滿孔壁。澆注的混凝土和原孔壁之間夾上一層擾動泥土，使孔壁摩阻力降低很多。如下面土含水量不大，還會使上輸土再落孔底，加大孔底虛土厚度。

為防止孔口擴大，應在鉆進時設護筒。它既能維護孔壁，又能作混凝土溜筒。防止孔中間擴大，則要堅持鉆桿不直不進鉆，進鉆時要根據土質情況，正確選用成孔工藝。

4 防止孔徑縮小。

螺旋鉆進出土成孔，一般不會形成縮孔。但鉆桿使用時間稍長，磨損是不可避免的，因此帶來下端直徑偏小的問題。長螺旋鉆具的螺旋葉和鉆頭切削刀分別各自承擔輸土和切土的功能。如螺旋鉆桿下端磨小，則鉆進時螺旋葉一部分也參加了切削，這就增加了鉆進阻力。防止辦法：一是改進螺旋葉的材質和構造，二是做現場維修。

5 處理孔底虛土。

天50#樁孔，鉆孔后孔底擾動虛土厚為100 mm，未加處理便灌注混凝土。天47#樁孔，鉆孔后孔底擾動虛土厚也是100 mm，在灌注混凝土之前，向孔底投入松土厚250 mm。承載力試驗結果，天47#樁的極限荷載力比天50#樁降低14%，摩阻力降低7%，，樁端承載力降低61.5%。類似情況還可以從團Ⅱ一3#樁和團Ⅱ一7樁對比中看出。

這說明！施底虛土大大降低了樁端承載力。對于自孔底向上相當長一段樁的側摩阻力也受影響。孔低虛土如不處理，就會造成大量工程樁降低承載力，混凝土強度得不到充分發揮，嚴重影響了經濟效益，甚至發生工程質量的安全事故。孔低虛土產生的原因很多，如地層原因，鉆進砂卵石比亞粘土、砂土的虛土多。主要原因分析如下：

（1）鉆尖處含水量較高，或進入砂卵石，比樁尖位于亞粘土、沙土的虛土多。（2）鉆頭刃角不適當，不合乎土壤要求。（3）在塌陷土中二次投鉆，快速鉆進。（4）進刀盈不當，引起螺旋稈抖或勉強使用彎曲鉆桿，造成孔徑擴大。（5）孔口塌陷，或成孔后缺乏防護，使孔口土回落等等。

解決虛土問題，一方面必須采用適當的成孔工藝，另一方面還要有效的處理理方法。如日本、美國用過水泥漿注入松土搗實法。我國行之有效的辦法，如石家莊在灌注混凝土前，用夯錘夯實孔底，經過對比試驗，比有虛土未夯實的樁承載力提高約50%。研究者試過幾種取凈虛土的辦法，均未取得理想的效果。去年試驗樁底壓力注漿法，用20～30 kg/cm2壓力把水泥漿注入樁底。經過對比試驗，發現這樣處理的樁比不處理的樁，承載力可以提高一倍。

6 處理塌孔

鉆孔遇以下情況，會發生塌孔：（1） 地表厚填土層遇上層滯水。（2） 孔底粉細砂遇地下水。（3） 鉆進砂卵石層超過0.50～1.00m。

出現塌孔后，鉆進增加孔深不增加，隨鉆隨塌，孔徑擴大，孔底擾動土堆積等。塌孔源于對結構性差的土的擾動，孔徑大而頭去控制，塌陷的孔壁不規律，積在塌陷部分的擾動土和孔底虛土既厚又失去穩定，用一般清孔措施已無濟于事。

在塌陷區成孔，工藝一定要慎重。二次投鉆雖有一定效果，但鉆進要適可而止切忌在塌陷區投鉆過深。轉速宜放慢，提鉆要停轉緩提，不要回轉提鉆。為止塌，研究者曾試過投黃土、灰土填實重新開孔的辦法，取得初步成效。我國公路交通部門有行之有效的塌陷孔圓壁經驗。另一種成功經試是用洛陽鏟輔以套管沖孔，可在流沙、雜填土條件下施工。

7 建筑殘渣以至淤泥等不易成孔的土層中鉆進

處理厚度200～300 mm磚、石、灰土等硬層中成孔，應視情況采取不同工藝

（1）厚度在200～300 mm的灰土層，快轉速小進刀，5～6 min鉆穿。（2）直徑在100 mm以內的石塊和碎磚，用一般鉆頭可以鉆進。（3）厚度30～800 mm凍土層，用破凍土鉆頭高轉速小進刀，7～8 min可以鉆穿。（4）直徑100～200 mm的石塊或卵石堆，應用耙齒鉆頭慢速鉆進'石塊、卵石部分可擠進土壁，一部分滾出孔口。（5）直徑很大的塊石，石板和磚堆，可用鑲合金刀的鉆筒鉆透，但費時間長，要用幾十分鐘。另一種辦法是用沖錘擊碎掏渣。

參考資料

[1] 《前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎施工》載《建筑技1978》情報協.

[2] 《前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎的技術經濟效果》'同上.

[3] 中國技術監督情報協會.前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎施工載[J].建筑技術，1978（8）：36-40.

[4] 中國技術監督情報協會.前三門工程高層建筑鉆孔灌注樁基礎的技術經濟效果[J].建筑技術，1978（8）：44-49.