橋梁工程鉆孔樁施工鉆機選型探討

鹿存福 中國鐵路上海局集團有限公司徐州樞紐指揮部

1 工程地質概括

新建連徐高速鐵路東海特大橋工程地處蘇北地區，橫穿連云港和徐州兩大重要城市。該處橋址地形平坦，但沿線所經過地層巖性較為復雜。按其成因和時代分為五大層，自上而下依次為：人工填筑土、第四系全新統沖積層黏性土、第四系上更新統沖積層砂土層、白堊系上統王式組沉積巖泥質礫巖、前震旦系混合變質巖。其中混合變質巖最為常見，巖性可分為片麻巖、花崗片麻巖、云母巖、石英巖四大類。

2 鉆進選型施工中的性能問題

從工程地質概括來看，該橋址地層巖性較為復雜。其中片麻巖和花崗片麻巖最為常見，局部夾層石英巖脈，故而在鉆機選型上，主要考慮沖擊鉆和旋挖鉆兩種類型的鉆機。

該工程選用的鉆機型號包含：二代單繩沖擊鉆、徐工XR360旋挖鉆、山河智能SWDM42旋挖鉆、德國寶峨BG46旋挖鉆、徐工XR550D旋挖鉆。其中旋挖鉆主要負責168 m系桿拱和連續梁的主墩施工。

2.1 沖擊鉆

單繩沖擊鉆作為一種傳統的鉆機工具，具備施工工藝成熟、工程單價較低、市場供應量大、適應不同地層能力強等優點。

二代單繩沖擊鉆在傳統鉆具的基礎上改革創新，每臺沖擊鉆主機上搭載一臺智能電腦，可以通過編制數碼程序的方式，來實現電腦控制鉆機的錘距以及鉆進速率。完美的解決了單繩沖擊鉆人工操作，自動化程度低的問題，大大提高了鉆進速率。二代單繩沖擊鉆在鉆進過程中，采用泥漿護壁。泥漿在沖錘的作用下，會對孔壁產生一種擠壓力，這種擠壓力會使孔壁更加穩定，不宜塌孔。

當然在具體施工中，二代單繩沖擊鉆并沒有克服傳統單繩沖擊鉆的的一些弊端。比如單繩沖擊鉆的整體穩定性不好，易發生鉆機易位現象；鉆進過程中遇到軟硬不均勻的斜巖時，錘頭因受力不均勻，會發生錘頭擺動現象，進而導致偏孔。除此之外，單繩沖擊鉆在取渣、清空、泥漿外運方面都較為麻煩，而且在鉆進過程中噪音較大，易發生卡鉆、吊錘現象。

2.2 旋挖鉆

旋挖鉆作為一種新型鉆機類型，具有短距離移動方便、成孔速度快、機械化程度高、清空方便等優點。但較沖擊鉆缺單也很多，比如單價稍高，體型過大，長距離移動麻煩，耗能較高等。因此我們根據施工工期、地質條件、工程單價等因素，合理的引進了四類不同型號的旋挖鉆機。

2.2.1 徐工XR360旋挖鉆

徐工XR360旋挖鉆機作為一款中小型旋挖鉆機，采用進口川崎液壓方式。由柴油機驅動液壓泵動力頭，動力頭驅動鉆桿，鉆桿帶動可伸縮專用旋挖底盤，回旋鉆進，保證了鉆機的整體穩定性。該鉆機的最大鉆進深度96 m，最大鉆孔直徑2.5 m，最大輸出扭矩360 kN·m，這些技術參數，保障了該類鉆機，對于樁徑較小、樁長較短的樁基，具備較快的成孔速度。據統計樁長20 m，樁徑1 m，入巖3 m的柱樁，此類鉆機成孔需要（8～10）h。同等情況下，二代單繩沖擊鉆需要（36～48）h，大大提升了施工速率。此類鉆機共進場兩臺，均布置在架梁方向上，目的是消滅樁基1m的柱樁，保證架梁機順利通過標準墩。

2.2.2 山河智能SWDM42旋挖鉆

山河智能SWDM42旋挖鉆屬于中型旋挖鉆機，采用液壓系統，節能安全。主、副卷揚機安裝在回轉平臺上，大大降低傾翻載荷，從根本上保障了整機的穩定性。該鉆機的最大鉆孔深度105 m，最大鉆孔直徑3 m，最大輸出扭矩418 kN·m，這些技術參數，使得此類鉆機能夠滿足更為復雜的地質情況。此類鉆機共進場2臺，已經完成了采用(70+125+70)m連續梁方式跨越S464省道兩側的主墩的全部樁基工作，此連續梁主墩樁基2 m，每個主墩共計12根樁基。因機器故障、工程單價、地質復雜等原因，目前此類旋挖鉆機退場一臺，剩余一臺現在布置在連續梁主墩東海特大橋516#墩。該旋挖鉆機目的是解決采用 (48+80+48)m連續梁方式跨越S323省道兩側的主墩的全部樁基工作。據設計資料，此連續梁兩側主墩，東海特大橋516#墩和517#墩，樁徑均為1.80 m，每個主墩均共計11根樁基，其中東海特大橋516#墩設計最小嵌巖7.82 m，據516#-4樁，實際地質核查資料顯示，目前該樁基實際入弱風化片麻巖達到18.60 m。

2.2.3 德國寶峨BG46旋挖鉆

寶峨BG46旋挖鉆屬于全進口德系旋挖鉆，此類旋挖鉆工作重量190 t，最大鉆孔深度105 m，最大鉆孔直徑3 m，最大輸出扭矩460 kN·m，這些技術參數加之全進口配套德系鉆具，使得寶峨BG46旋挖鉆在國內市場上，可以輕松傲視群雄。目前該設備布置在東海特大橋409#墩上，該墩為 (32+168+32)m系桿拱主墩。樁徑2.5 m，樁長17 m，該墩臺共計11根樁基，設計最小嵌巖6 m，設計方提供的勘探資料表明，巖石基本承載為800 kpa。據實際地質核查資料顯示，實際嵌巖達10 m之多，巖石單軸抗壓強度達到166 Mpa。考慮到工期緊急，實際地質過硬等因素，選用了寶峨BG46旋挖鉆。由于該設備采用頂級的德系配置，進場費用過高，加之409#墩總樁長才187 m，進而導致該墩單價過高。為合理縮小單價，會讓該設備打168 m系桿拱主墩409#墩間隙，將168 m系桿拱邊墩410#墩一并打掉，后期還會讓該設備去打其他連續梁主墩的樁基工作。

2.2.4 徐工XR550D旋挖鉆

徐工XR550D旋挖鉆的研發，主要針對國內特大橋、高速鐵路、高速公路等大型工程建設市場需要。該設備采用自主研發的旋挖鉆專用H型液壓伸縮式履帶底盤，裝備大直徑回轉支撐，保證超強的穩定性和運輸的便攜性。該設備最大鉆孔直徑3.5 m，最大鉆孔深度132 m，動力頭最大輸出扭矩為480 kN·m。該設備目前布置在系桿拱主墩408#墩上，目的就是爭搶全線最大的系桿拱工期，保證架梁按期順利通過。

3 相關施工經驗數據

以單根柱樁為例，樁徑1.25 m，樁長30 m，進入弱風化片麻巖4 m為例統計各鉆機數據(詳見表1)，以供參考。

表1 各種型號鉆進相關參數對照表

4 結束語

合理的鉆機選型對于鉆孔樁施工具有重要的影響，因此在鉆孔樁施工中要具體考慮工程實際。根據施工工期、地質條件、工程單價等因素，結合各種型號鉆機的性能和優缺點，對所選機型進行合理的搭配，可有效提高工程質量，減少鉆機閑置現象，增加工程效率。