旋挖鉆硬巖成孔工效分析

高文

（中鐵二十二局集團有限公司　北京　100043）

1　引言

由于鐵路橋梁線路一般規劃在遠離城市中心的城鎮郊區地段，而該類地段大多存在江河、農田、森林軟弱地層以及弱風化硬巖地層等特殊環境，因此，在大多數橋梁施工中，多數結構基礎選擇為對地層適應性強、施工方便的挖孔樁加承臺作為橋梁基礎。在這種條件下，往往挖孔樁的施工對整個單位工程甚至單項工程的施工質量、工期要求等起到關鍵性作用，所以，我們將采用不同旋挖鉆設備進行地層試驗性施工，分析各種鉆機的施工效率，保證本項目各項指標及要求，同時為其它類似工程提供寶貴經驗及借鑒和參考。

2　設計概況

2.1　項目概況

該鐵路橋名為跨規劃鐘太快速路特大橋，位于廣州市黃浦區九龍鎮楓下村，主要地層見表1～2：地層分類表。

2.2　巖層概況

根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001），對巖石堅硬程度分類如表2。

巖石的單軸抗壓強度是在實驗室內測定的強度參數，不一定能全面反映巖石所在地層的工作性質，因此，除飽和狀態下單軸抗壓強度外，還應結合巖石的其它指標來判斷巖石軟硬程度，其中最重要的參數指標為地基承載力特征值（Fak），指通過原位試驗確定該巖石地層可承受上部荷載的能力，絕大多數地質報告提供的巖層強度指標也為承載力指標。

表1　地層分類表

表2　地層分類表

表3　巖石堅硬程度分類表（單位：MPa）

圖1　

經對孔底母巖取樣并進行承載力試驗，檢測評定依據《鐵路工程巖石試驗規程》（TB10115-2014），得出結論：該巖石在烘干狀態下單軸抗壓強度為124MPa，飽和狀態下單軸抗壓強度為110.7MPa，軟化系數為0.89，屬于堅硬巖。

2.3　設備選型

根據施工組織設計要求并結合現場實際情況需要，項目部擬定用360旋挖鉆施工鐘太橋27#墩樁基礎，擬定用400旋挖鉆施工鐘太橋2#墩樁基礎，以此為試驗段，對兩種型號旋挖鉆工效進行分析，最終確定樁基施工設備。

表4　400旋挖鉆參數表

表5　360旋挖鉆參數表

3　工效數據收集、分析

3.1　數據收集

嚴格按照獲準的施工方案、作業指導書、技術交底；整平場地，場地應堅實牢固，鉆桿垂直度等各項性能指標開鉆前檢查核對無誤，試運轉；設置泥漿池，準確測量泥漿比重等性能指標，及時補漿，保證孔內泥漿膠體率合格；現場放置渣樣盒，地質變化時留取渣樣，當確認入巖后或遇到斜巖面時，應低速低壓，平穩鉆進，防止鉆壓過大導致鉆桿斷裂、卡鉆掉鉆。

記錄過程：

（1）鉆渣——若地層無變化，每半小時測量一次孔深，地層有變化時，即地層變化處，必須及時測量孔深，記錄標高位置，同時與設計圖紙地層位置進行對比，及時反饋信息；

（2）泥漿——保證泥漿性能，勤測泥漿比重、粘度、含砂率，膠體率，保證泥漿護壁質量，防止塌孔；

（3）記錄——及時做好鉆孔過程中的各項記錄，匯總成表如下（分別取鐘太橋27#墩及2#墩兩根樁基舉例說明）：

（4）鉆進過程中注意事項

圖2　

表6　鉆機工效記錄表（360旋挖鉆）

表7　鉆機工效記錄表（400旋挖鉆）

①巖石的體積破碎與荷載成一定的遞增函數關系，因此在一定范圍內加大靜壓力和沖擊力可以使破碎體積很快增加，提高破巖效率；

②旋挖鉆加壓過程應線性，尤其注意巖面交界處或斜巖處，應低速低壓鉆進；

③施加高壓、低壓的交替操作，其鉆入過程為：施加高壓時鉆齒鉆進土體，鉆桿轉速減慢，渦輪介入，增大扭矩，該過程為鉆齒鉆入破壞土體的過程，施加低壓時，鉆桿速度加快，扭矩減小，該過程為將鉆下的土體掃入鉆斗的過程，本工程由于土體黏性大，采用開口鉆頭，方便倒渣；

④通過細化操作，實時掌控巖石情況，降低鉆頭磨耗，降低成本。

3.2　工效分析

在相同地質（硬巖為二長花崗巖W2/2000kPa）、相同樁徑（φ1m）、入巖深度相同（不小于設計入巖深度且不小于2倍樁徑）的前提下，360/400旋挖鉆成孔效率有成倍的差異，分析認為：二長花崗巖W2條件為兩種型號鉆機的臨界條件，即在小幅度提高鉆機動力頭扭矩（360～400kNm）的情況下，成孔效率得到了較大的提高（0.4～0.9m/h）。

表8　360/400旋挖鉆工效、成本對比表

4　成本分析

結合當地人工費，鉆機使用成本，鉆具使用損耗等條件，工效與成本對比如下：

兩旋挖鉆使用相同型號筒鉆，鉆齒為12個可增大巖層鉆進效率的螺旋鉆齒，經過對鉆齒的磨耗情況，兩種鉆機鉆進硬巖時，鉆頭損耗相差不大，但由于400旋挖鉆相對于360旋挖鉆施工效率更高，因此，施工相同數量的樁基，360旋挖鉆更換或維修鉆齒的次數及數量要比400旋挖鉆多出一倍，即費用多出1倍。

5　結論

在符合硬巖條件下的地層中，采用旋挖鉆施工鉆孔樁，旋挖鉆機的選型尤為重要，選用400旋挖鉆施工硬巖，在工效、成本以及人工、管理等各方面優勢明顯，效果顯著。