沖擊型鉆機在特高壓基礎施工中的應用

周哲泰，季 超，溫德康

(1. 上海送變電工程公司，上海 200235；2. 國網上海檢修公司，上海 200063)

沖擊型鉆機在特高壓基礎施工中的應用

周哲泰1，季 超2，溫德康2

(1. 上海送變電工程公司，上海 200235；2. 國網上海檢修公司，上海 200063)

介紹CZ-60型沖擊型鉆機在榆橫～濰坊特高壓工程線路工程24標灌注樁基礎施工中的應用情況和施工方法。通過理論計算和工程中實際的應用，證明灌注樁基礎施工中，在應對回轉鉆機無法鉆進的堅硬巖土層時，可以使用沖擊型鉆機。

特高壓；灌注樁；沖擊型鉆機

鉆孔灌注樁是近幾年樁基礎施工中最常見的一種基礎形式，其承載力大、抗震性能好、造價低、沉降變形小、適用于各種土質和各種尺寸的樁基，在電建、鐵路、公路、房建等工程建設中被廣泛應用。常見的鉆孔灌注樁施工鉆機有回轉鉆機、旋挖鉆機和沖擊型鉆機。

1 工程概況

榆橫-濰坊1 000 kV特高壓交流輸變電工程線路工程(24標)由12S071(位于山東省濟南章丘市)塔處起，止于12S136(位于山東省淄博市周村區)。標段全線為雙回路，線路長度36.103 km，全線線路亙長合計2×36.103 km。本標段65基基礎分別位于山東省濱州市鄒平縣、濟南市章丘市、淄博市周村區。鐵塔基礎共計65基，其中耐張塔16基，直線塔49基。本標段包含挖孔基礎38基、灌注樁基礎27基。

2 常見鉆機介紹

(1)回轉鉆機是由動力裝置帶動鉆機回轉裝置轉動，從而帶動有鉆頭的鉆桿轉動，由鉆頭切削土壤。回轉鉆機用于泥漿護壁成孔的灌注樁，成孔方式為旋轉成孔。根據泥漿循環方式不同，分為正循環回轉鉆機和反循環回轉鉆機。一般適用于地質比較好的地方，成孔速度較快，易塌孔的土質也適用。缺點是不適用于堅硬巖層。

(2)旋挖鉆機是利用鉆桿和鉆斗的旋轉，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土，其自動化程度高、成孔速度非常快、質量高，一般適用于粘土、粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層。同樣不適用于堅硬巖層且設備租用成本較高。

(3)沖擊型鉆機是利用鋼絲繩帶動沖擊鉆頭上下往復運動，借助鉆頭自由下落的沖擊力將巖層破碎，鉆渣隨泥漿排出而實現鉆進的鉆孔設備，設備構造簡單，操作方便，所成孔壁堅實穩定，不受施工場地限制，特別適用于堅硬土層，巖石層。缺點是成孔效率低。

3 選定適合的鉆機

榆橫～濰坊特高壓工程線路工程24標12S088灌注樁基礎地下巖層堅硬，故選用沖擊型鉆機。本工程使用的沖擊型鉆機為保定東方紅機械制造有限公司所生產的CZ-60型沖擊型鉆機，具體參數見表1。

表1 鉆機參數指標

4 沖擊運動的實現與沖擊能量

(1)沖擊運動的實現。沖擊機構主要由沖擊齒輪、壓輪、曲柄、連桿、沖擊梁、導向輪、主動輪等組成。沖擊齒輪被驅動后，帶動固定在軸上的兩根曲柄回轉。兩根連桿分別與下端的曲柄和上端的沖擊梁連接。曲柄回轉時，通過連桿帶動沖擊梁上下擺動，沖擊梁向下擺動時，壓輪下壓鋼絲繩，將沖擊鉆提升起一定高度，沖擊梁向上擺動時，壓輪松開鋼絲繩，沖擊鉆在重力作用下下落沖擊地面，如此循環往復實現沖擊鉆孔。巖石在動載作用下的破碎強度遠小于靜載作用下的破碎強度，沖擊的能量主要由鉆具的重量和下落的高度決定。

(2)沖擊的能量。鉆具的下落運動過程近似為自由落體運動，因此計算公式為

(1)

式中h——沖擊高度；a——沖擊加速度(一般取5-6.5 m/s2)；v——沖擊速度；m——鉆具重量；w——沖擊做的功。

由此可知沖擊功取決于鉆具的重量和沖擊高度。把鉆機的參數代入公式中計算得出最大沖擊功為32 500 J。破碎比功如表2所示。

表2 破碎比功

上表所示不同巖石的破碎比功，由此可見此種鉆機的缺點也很明顯，鉆進的效率較為低下。經過現場的實踐，在12S088基礎使用該鉆機鉆孔成形一根樁大約需要15～20 h。

5 鉆進成孔工藝和方法

12S088基礎樁徑為1.3 m、樁長21 m，經過設計勘探結果下層碎石土，故采用沖擊型鉆機。

沖擊成孔灌注樁工藝程序：場地平整——樁位放線、開挖——護筒埋設——鉆機就位、孔位校核——沖擊成孔、清除廢渣——清孔換漿——終孔驗收——下鋼筋籠和導管——灌注混凝土——成孔養護。

表3 泥漿技術指標

(1)護筒埋設。護筒一般采用鋼板卷制，應有足夠剛度。護筒的位置應正確、垂直、穩定。護筒周圍應用粘土分層回填夯實，防止漏水。護筒內徑不宜大于設計樁徑300 mm，壁厚為5～8 mm，長度為2 m，埋設深度要滿足鋼護筒頂高出標高地面300 mm以上的要求，護筒中心和樁位中心偏差不得大于50 mm。鋼護筒埋設好后，測量頂部標高，作為控制樁深的依據。

(2)泥漿配置。由于鉆孔周圍的土體在水平土壓力的作用下，有一種要向孔內塌孔的趨勢，假如不進行泥漿護壁，那么鉆孔周圍的土體就會塌孔掉入鉆孔內，從而堵塞鉆孔，造成無法鉆孔的后果，因此在鉆孔時需要制作泥漿護壁，也就是鉆孔內介于鉆孔周圍土體與鉆孔內泥漿之間的那一部分松軟、可流動的黏土泥皮。

泥漿護壁的原理：對泥皮進行受力分析可知，在水平的方向上，泥皮受兩個力，鉆孔周圍的土體對泥皮施加一個向鉆孔內部的土壓力，鉆孔內的泥漿對泥皮施加一個向鉆孔外部的力，當兩股力相等時，泥皮才會穩定，泥漿護壁才能成功。

圖1為成孔受力分析圖示。

圖1 成孔受力分析

泥漿用黏土制成，開鉆前先向護筒內加入一定數量的黏土和清水，鉆機采用小沖程、高頻率的方式鉆進，將黏土和水造成泥漿，成孔中沒兩小時測一次泥漿密度。

(3)沖擊鉆進。沖擊鉆孔是利用沖擊頭做活塞式運動，向下反復沖擊將孔內的土石劈裂搗碎或擠入孔壁中或被泥漿懸浮，以次循環成孔。開始鉆進時使用小沖程，大約400～600 mm，并及時投放泥漿使孔壁擠壓密實；當孔深到達護筒以下3～4 m時，方可使用大沖程。

(4)清孔。當孔深達到設計要求后，對孔深和孔徑進行驗收，合格后即可清孔。清孔采用排渣筒反復掏渣將孔底淤泥和沉渣清理干凈，清孔時間不宜過長，否則泥漿沉淀會使清渣困難，甚至還有可能塌孔，清孔完成后應立即下鋼筋籠并澆筑混凝土。

6 結語

實踐證明，雖然在堅硬巖土層中采用沖擊型鉆機是可行的，但是此種沖擊型鉆機也存在鉆進效率低下的缺點，想要提高效率可以考慮更換質量更大的鉆具或者提高沖擊高度(沖程)的方法。不過結合成孔質量、成孔效率、施工成本、安全和成熟度等多方面因素考慮的話，使用沖擊型鉆機在堅硬的巖土層作業還是尚佳的方案。

[1]肖云輝.砂卵石地層鉆孔灌注樁基礎的施工[J].南平師專學報,2003,22(2):62-66.

XIAO Yunhui. Constructure of drilling on the earth surface of sandy stone and bored concrete pile base[J].Journal of Nanping Teachers College,2003,22(2):62-66.

[2]高甲，陳毅斌，王振奎.CZ-1200型沖擊鉆機的開發與應用[J].巖土鉆掘工程，2002(2)：33-34.

GAO Jia, CHEN Yibin, WANG Zhenkui. Development and application of CZ-1200 percussion drill[J].Exploration Engineering: Rock & Soil Drilling and Tunneling,2002(2):33-34.

(本文編輯：楊林青)

Application of Percussion Drill in UHV Foundation Construction

ZHOU Zhetai1, JI Chao2，WEN Dekang2

(1. Shanghai Power Transmission and Transformation Engineering Company, Shanghai 200235,China;2. Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 200063, China)

This paper introduces the application and construction methods of CZ-60 percussion drill in the 24 standard pile foundation construction of Yuheng-Weifang UHV AC transmission line project. Through theoretical calculation and practical application in engineering, it is proved that in the construction of bored pile foundation, the percussion drill can be applied to deal with the hard rock stratum which can not be drilled by the rotary drilling rig.

ultra-high voltage; filling pile; percussion drill

10.11973/dlyny201703036

周哲泰(1989—)，男，助理工程師，從事輸電線路施工管理工作。

TM75

B

2095-1256(2017)03-0368-03

2016-03-20