錐螺旋鑿巖鉆頭在嵌巖長螺旋壓灌樁的應用

李洪春，丁征祥

(山東正元建設工程有限責任公司，山東濟南250101）

·隧道與建設工程·

錐螺旋鑿巖鉆頭在嵌巖長螺旋壓灌樁的應用

李洪春*，丁征祥

(山東正元建設工程有限責任公司，山東濟南250101）

以青島即墨寶龍城市廣場樁基工程為實例，開發(fā)引進了錐螺旋鑿巖鉆頭，使原樁基方案調(diào)整為長螺旋超流態(tài)壓灌混凝土、振動下放鋼筋籠樁基方案。該工藝有效解決在該地區(qū)樁基施工中樁端入中風化巖層1～2倍樁徑鉆進困難的問題，在青島即墨寶龍城市廣場得以推廣和使用，將有很大的市場前景和巨大的社會效益、經(jīng)濟效益。

長螺旋超流態(tài)壓灌樁；錐螺旋鑿巖鉆頭；靜載試驗；抽芯；低應變

青島即墨寶龍城市廣場分為A、C、E三個區(qū)，是一集酒店、百貨、商業(yè)、住宅一體的建筑群體，A區(qū)擬建物為1幢19～23層公寓式酒店（帶3層裙房）；C區(qū)擬建物主要包括2幢27～32層高層住宅樓（帶2層裙房，）2幢18層百貨商廈（帶2～3層裙房）、1幢購物廣場、8幢2～7層商業(yè)網(wǎng)點；E區(qū)擬建物主要包括6幢31～32層高層住宅樓（帶2層裙房）。原設計擬采用沖擊成孔鉆孔灌注樁工藝。

1 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)場區(qū)《巖土工程勘察報告》，場區(qū)各巖土層分布特征分述如下：

第（1）層雜填土：廣泛分布于整個場區(qū)。層厚0.30～4.40m，層底標高16.5～21.9m。

第（3）層中粗砂：該層零星分布于場區(qū)東側(cè)及南側(cè)。褐—黃褐色，松散—稍密，以長石、石英中粗顆粒為主。層厚1.00～4.20m，層底標高14.54～20.32m。地基承載力特征值fak=120kPa。變形模量模量E0= 7MPa。

第（7）層粉質(zhì)粘土：該層在場區(qū)分布較廣泛。灰褐—褐色—褐黃色，可塑，含鐵錳質(zhì)氧化物、中粗砂顆粒，干強度中等，韌性一般，切面略有光澤，具中等壓縮性。層厚1.00～9.20m，層底標高12.28～18.40m。地基承載力特征值fak=170kPa。壓縮系數(shù)a1-2＝0.325MPa-1，壓縮模量Es1-2=5.4MPa。

第（9）層粗礫砂：該層在場區(qū)分布較廣泛。褐黃色，飽和，中密，以長石、石英為主要礦物，碎石含量較高，一般直徑2～5cm，磨圓較好，呈亞圓狀。層厚2.10～9.80m，層底標高6.97～11.98m。地基承載力特征值fak=300kPa，變形模量E0=20MPa。

第（16）層砂巖強風化帶：該層在場區(qū)分布較廣泛。以黃色為主，局部紫紅色。以中細砂質(zhì)結構為主，局部為粉細砂質(zhì)結構；層狀構造；巖芯以砂土狀為主，局部見碎塊狀、片狀巖芯；受沉積韻律影響，巖體局部呈現(xiàn)軟硬交替出現(xiàn)的特征。揭露厚度0.30～4.00m，層頂標高6.97～10.80m。地基承載力特征值fak=500kPa，變形模量E0=30MPa。

第（17）層砂巖中等風化帶：該層在場區(qū)分布廣泛。以灰黃色為主，局部為紫紅色，結構、構造、礦物成份同上，層理及裂隙發(fā)育，層理面見有礦染，巖芯呈碎塊—短柱狀，錘擊易碎裂。該帶為較破碎的軟巖，巖體基本質(zhì)量等級Ⅴ級。揭露厚度1.30～9.00m，層頂標高4.98～10.40m。地基承載力特征值fak=2000kPa，彈性模量E=3×103MPa。下伏為砂巖微風化帶。

1.2 水文地質(zhì)條件

地下水類型主要為孔隙潛水—弱承壓水，弱承壓水主要含水層為第（9）層粗礫砂層，局部分布在第③層中粗砂層的為孔隙潛水。穩(wěn)定水位埋深2.30～8.20m，水位標高11.87～17.72m。場區(qū)地下水主要接受大氣降水補給，年變幅約1～2m。

2 常規(guī)工法及前期實踐

2.1 常用工法

按照場區(qū)巖土工程勘察報告地基基礎方案建議，設計單位建議的樁基方案為沖擊鉆泥漿護壁成孔水下澆注混凝土成樁工藝。項目部按照此方案進行了樁基施工，但面臨的問題是：①由于樁長較短，沖擊鉆成孔市場價在380元/m以上，若考慮泥漿外運措施費，成孔單價超過420元/m，施工成本較高；②本項目要求工期緊，計劃工期80d。而沖擊鉆成孔效率低，每臺鉆機每天成樁2～3根，要在上述時間內(nèi)完成，需投入鉆機約30臺。

2.2 難點

設計要求樁端入第（17）層砂巖中等風化帶不小于1.0m，第（17）層中風化砂巖單軸抗壓強度平均值為15MPa，端阻力極限值為5500kPa，強度較高，入中風化砂巖1.0m有較大的施工難度。

3 施工工藝調(diào)整

鑒于以上情況，考慮長螺旋成孔在濟南地區(qū)施工交結礫巖層的施工經(jīng)驗和旋挖鉆機鉆頭破碎巖層的原理，本項目開發(fā)引進了長螺旋專用的錐螺旋鑿巖鉆頭嵌巖鉆孔（如圖1所示），原樁基方案調(diào)整為長螺旋嵌巖成孔，超流態(tài)壓灌混凝土、振動后下鋼筋籠樁基方案。原理是成孔后泵送壓灌混凝土，在壓灌混凝土過程中提升鉆具（鉆具提升速度合適，鉆頭始終在混凝土下），灌注完畢后，利用振動器將鋼筋籠置入素混凝土內(nèi)，從而形成鋼筋混凝土灌注樁。

圖1 本工程使用的錐螺旋鑿巖鉆頭

(1)鉆頭構造和特點：回轉(zhuǎn)時穩(wěn)定性好，既能鉆土也能鉆巖，采用硬質(zhì)合金釬頭按螺旋排列組成刀片，其硬度、抗彎、抗扭、抗沖擊等強度均大于一般的中硬巖石，從而使鉆進中硬巖石成為可能；硬質(zhì)合金釬頭可自由旋轉(zhuǎn)；多釬頭的合理組合，形成階梯狀，造成多環(huán)自由面的破碎方式（即下方刀頭形成的切槽為上方刀頭碎巖提供了自由面）；硬質(zhì)合金釬頭磨損后可較方便的更換（擊出頭后按入新頭即可，而不用更換整個鉆頭）。

(2)鉆頭出刃控制：控制新刀頭的硬質(zhì)合金底出刃4～6mm，外出刃3～4mm，較好地解決了刀頭在鉆進時復雜應力狀態(tài)下崩刃與出刃之間的矛盾。

(3)鉆進參數(shù)：鉆進中硬巖層的主要參數(shù)為軸壓，而螺旋鉆機的動力頭和鉆具具有較大的自重（110kW動力頭自重70kN,150kW動力頭自重85kN），本工程經(jīng)驗表明：對此鉆頭施加200～400kPa軸壓完全可以破碎中硬的巖層，由于此工程地下水位較高（場區(qū)以下1.5m），入巖鉆進時鉆頭能得到及時的降溫冷卻，鉆進時轉(zhuǎn)速控制在10～30r/min為宜。施工現(xiàn)場如圖2所示,投入設備如表1所示。

圖2 施工現(xiàn)場

表1 投入的主要設備

4 施工效果

兩種樁基施工方案的效果比較如表2所示。

總樁數(shù)5140根，計劃工期80d，實際工期72d；該工程產(chǎn)值3360萬元，實際成本2650萬元，工程利潤710萬元，利潤率21.1%。

表2 兩種樁基施工方案的效果比較

5 驗樁結果

5.1 單樁豎向抗壓靜載試驗

現(xiàn)場共進行13組載荷試驗，均加壓到4600kN，沉降量7～18mm），全部滿足設計要求和規(guī)范規(guī)定。

表3 樁豎向抗壓靜載部分試驗數(shù)據(jù)

5.2 抽芯檢測

抽芯檢測采用鉆芯法，鉆芯數(shù)量為設計總樁數(shù)的10%，共鉆芯525根樁。檢測表明，基樁的樁身完整性均合格；鉆取砼芯樣質(zhì)量良好；鉆芯揭露基樁樁底沉渣符合設計要求；樁端持力層的強度達到設計要求。

5.3 小應變檢測

檢測數(shù)量為設計總樁數(shù)的20%，共檢測1060根，檢測基樁樁身完整，均為Ⅰ類樁。

綜合評價本工程樁身質(zhì)量及單樁豎向承載力均符合設計及規(guī)范要求。

6 結論

（1）本項目采用錐螺旋鑿巖鉆頭成孔，在長螺旋超流態(tài)壓灌工藝中成本相對較低，施工期間沒有泥漿，不污染環(huán)境，施工速度快，工效高，確保成樁質(zhì)量，提高承載力，且履帶的螺旋鉆機對場地適應性強，具有泥漿護壁沖擊成孔無法比擬的優(yōu)越性。

（2）該工藝在青島即墨寶龍城市廣場得以推廣和使用，將會有效解決在該地區(qū)樁基施工中要求樁端入中風化巖層1～2倍樁徑鉆進困難的問題，必將有很大的市場前景和巨大的社會效益、經(jīng)濟效益。

[1] 鄧艷妹.泥質(zhì)膠結砂礫巖地層樁基礎成孔施工[J].橋隧工程，2010（5）：10-15.

[2]陳飛，劉宏標.長螺旋超流態(tài)混凝土灌注樁施工技術[J].探礦工程;2009（03）.

[3]宋恩民，侯興芝.長螺旋鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁的應用[J].西部探礦工程，2001（04）.

P634.4

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1004-5716(2015)02-0173-03

2014-12-19

李洪春（1971-），男（漢族），山東濰坊人，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程技術工作。