丁旭亭，蘇 華，虞利軍

(浙江省巖土基礎公司，浙江 寧波315040)

1 長螺旋鉆孔壓灌樁概述

長螺旋鉆孔壓灌樁是由長螺旋鉆具向下鉆孔，土體順著鉆桿的螺旋葉片向上輸送至地面，鉆孔至設計標高后，通過混凝土泵送設備將混凝土泵入鉆桿心管，然后邊泵送混凝土邊提拔鉆桿，直至地表面，最后將鋼筋籠插入樁身成樁。該灌注樁工藝的優(yōu)點有:(1)無需泥漿護壁，噪聲小，(2)成孔時無振動、無擠土效應，對相鄰基樁及周邊環(huán)境無不良影響;(3)成孔穿透能力強，可穿透一般的砂層、礫石層、硬土層及軟巖(飽和單軸抗壓強度fr≤15 MPa);(4)施工效率高，對于直徑600 mm、深20 m的鉆孔，非巖石層鉆進，成孔時間約0．5 h;進入軟巖(fr≤15 MPa)1D(D 為樁徑)，成孔時間約0．5 h。

普通長螺旋鉆頭切削具一般為鏟形耐磨硬質合金截齒(見圖1)，鉆進原理為鉆頭回轉，切削具吃入地層，將地層按螺旋線切削下一層，切刮下的巖土碎屑沿螺旋葉片上返輸送到孔口。由于切削具吃入硬巖困難，普通長螺旋鉆孔壓灌樁一般僅適用于砂層、礫石層、硬土層及軟巖層，對于飽和單軸抗壓強度fr＞15 MPa的巖層，成孔十分困難。如能提高嵌巖能力，則可以大幅度提高單樁承載力，從而拓寬該成樁工藝的適用范圍。

圖1 普通長螺旋鉆頭

2 長螺旋鉆孔壓灌樁嵌巖技術的改進

2．1 嵌巖技術破巖機理分析

嵌巖的關鍵是碎巖，只要巖石被破碎，則其適用于普通長螺旋鉆孔壓灌樁技術。因此，嵌巖技術的關鍵是解決碎巖技術。長螺旋鉆孔壓灌樁嵌巖技術的碎巖形式主要表現為硬質合金對巖石的壓碎作用，而鉆壓不同，硬質合金破碎巖石會呈現出表面破碎(研磨性破碎)、疲勞破碎及體積破碎等不同的特征。當鉆壓過小，硬質合金在巖石表面作沖擊、滑動復合研磨性破碎，產生點狀微細裂紋或只產生塑性或彈性變形，其破碎效果極差。當鉆壓雖有增加，但仍達不到所鉆巖石的抗壓強度極限值，不能夠形成體積破碎，只是在巖石表層經過多次往復交替破碎，才能將部分巖石破碎分離，其鉆進效果亦不理想。當鉆壓達到巖石抗壓強度極限值后，才呈現體積破碎，這時鉆進效率就較高。據以上分析，嵌巖鉆頭破碎巖石的過程是當鉆壓達到巖石抗壓強度極限值后，發(fā)生突然壓入破碎。所以在鉆進時，應根據巖石強度，增加鉆壓，以便有效破碎巖石。

為此，本文提出對長螺旋鉆孔壓灌樁的嵌巖技術實施改進，具體有3個方面:(1)改進長螺旋鉆頭，使鉆頭具備碎巖能力;(2)增設加壓系統(tǒng)，使鉆壓可超過巖石抗壓強度;(3)增設冷卻水系統(tǒng)，使鉆頭在鉆進過程中得到降溫，保持正常工作。

2．2 鉆頭改進

普通長螺旋鉆頭底部一般鑲嵌鏟形塊狀截齒(參見圖1)，材料選用YG8硬質合金，通過截齒切入地層刻取巖土實現鉆進，遇硬巖時，截齒不能切入巖石，無法進尺。

改進后的鉆頭，在底部鑲嵌高強度球狀硬質合金，材料選用鎢鈷硬質合金YG8C或YG11C，通過硬質合金對巖石的壓碎、沖擊作用實現鉆進。要求鑲嵌的硬質合金具有硬度高、強度高、耐磨性好、耐熱、耐腐蝕等性能。要求鋼胎體耐磨性好，硬質合金鑲嵌牢固。長螺旋鎢鈷硬質合金鉆頭如圖2所示。

圖2 長螺旋鎢鈷硬質合金鉆頭示意圖

2．3 加壓系統(tǒng)

普通長螺旋鉆孔壓灌樁鉆壓由動力頭及鉆桿自重提供，鉆壓不可調節(jié)，達不到球齒壓碎硬巖所需的壓力。長螺旋鉆孔壓灌樁加壓系統(tǒng)由加壓卷揚機、滑輪組(上、下滑輪組及導向滑輪)、鋼絲繩及配重組成。配重的作用是平衡巖石通過鉆頭、螺旋鉆桿傳導至機臺的反作用力。加壓卷揚機啟動后，拉緊鋼絲繩，通過滑輪組的作用，將加壓卷揚機的張拉力擴大6倍施加給動力頭，使動力頭經鉆桿加壓至鉆頭球齒，從而實現碎巖鉆進。通過調節(jié)加壓卷揚機的張拉力可調節(jié)施加至鉆頭的鉆壓，根據加壓卷揚機的電動機功率及鋼絲繩強度，加壓系統(tǒng)最多可加壓600 kN。加壓后，球齒壓力應大于巖石抗壓強度，一般為15～50 MPa。加壓系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 長螺旋鉆孔壓灌樁加壓系統(tǒng)示意圖

2．4 冷卻水系統(tǒng)

長螺旋鉆孔壓灌樁冷卻水系統(tǒng)由高壓泵、蓄水箱、輸水管及噴嘴組成(見圖4、圖5)。冷卻水系統(tǒng)的作用是使鉆頭在鉆進塊石層、卵石層、基巖過程中得到降溫，保持正常工作。

3 長螺旋鉆孔樁機高度改進

根據《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)，長螺旋鉆孔壓灌樁適用的建議樁徑為300～800 mm，最大樁長≯25 m。規(guī)范對樁徑和樁長作出限制，主要是考慮了樁機動力頭電機功率大小及樁架、鉆桿的穩(wěn)定性。經增大樁機動力頭電機功率、提高樁架及鉆桿強度、驗算樁架穩(wěn)定性后，經工程實例驗證，長螺旋鉆孔壓灌樁樁徑可擴大為1000 mm，樁長可增至55 m。

4 長螺旋鉆孔壓灌樁嵌巖成孔施工要點

嵌巖鉆進不同于普通軟地層鉆進，其施工要點如下。

(1)鉆進至風化基巖時，成孔速度顯著放緩，此時同時啟動加壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

(2)啟動加壓系統(tǒng):開啟加壓卷揚機，拉緊鋼絲繩，經過滑輪組的作用，將加壓卷揚機對鋼絲繩的張拉力擴大至6倍施加給動力頭，通過動力頭經螺旋鉆桿傳導至鉆頭，巖石被壓碎后，隨著螺旋葉片被推送至地面(見圖6)。

(3)啟動冷卻系統(tǒng):開啟高壓泵，使冷卻水經過膠皮管和鉆桿內的輸水鋼管傳送至鉆頭的噴嘴噴出，冷卻鉆頭。

(4)轉速控制:選用低轉速動力頭鉆進，4 r/min。

圖6 嵌巖鉆進

(5)鉆速控制:較硬巖石進尺速度≯10 cm/min。

(6)壓力控制:根據巖石強度確定壓力，鉆壓應超過巖石抗壓強度。具體操作時根據鉆速、動力電流強度來判斷鉆壓是否合理。

(7)動力電流強度控制:非巖石層鉆進時，電流強度讀數為額定值的40% ～60%;入巖時，電流強度急劇增大，可至額定值的90% ～100%，此時，應及時減壓空鉆，以防燒壞電機;入巖后，調節(jié)鉆壓，使電流強度穩(wěn)定為額定值的50%～70%。

5 工程實例

5．1 浙江寧波慈城新區(qū)湖東地塊三期樁基工程

該地塊為商住混合用地，總建筑面積超11萬m2，采用灌注樁基礎，要求樁端進入中風化凝灰?guī)r≮1D。該中風化巖層飽和單軸抗壓強度為30～40 MPa，局部達60～70 MPa，屬較堅硬巖。設計樁長20～50 m(巖層起伏大，樁長不一)，樁徑700～800 mm，混凝土強度C35，單樁抗壓承載力特征值3000～3700 kN，樁數1989根。

該工程投入6臺改進型長螺旋壓灌樁機，平均每臺樁機成樁5根/天。施工過程順利，長螺旋鉆機轉速統(tǒng)一為4 r/min，非中風化巖層施工時不啟動加壓系統(tǒng);進入中風化巖層，啟動加壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，鉆桿跳動明顯，動力頭電機電流強度急劇變化，瞬時值可達300 A，此時及時減壓空轉，再緩慢加壓，使動力頭電機電流強度保持在150～200 A范圍內，鉆進速度6～10 cm/min。

靜載荷抗壓試驗23根樁、靜載荷抗拔試驗5根樁，經檢測，承載力均達到設計值，小應變樁身質量檢測均合格。

5．2 浙江奉化金鐘財富廣場樁基工程

該工程主要建筑物為6幢22～32層的酒店式公寓、辦公樓，建筑面積135698 m2，采用灌注樁基礎，要求樁端進入中風化凝灰質粉砂巖≮1 m。該中風化巖層屬較軟巖，少部分區(qū)域為較硬巖。設計樁長31～48 m，樁徑700 mm，混凝土強度C40，單樁抗壓承載力特征值4000 kN，樁數663根。

該工程投入3臺改進型長螺旋壓灌樁機，平均每臺樁機成樁6根/天，施工過程順利。靜載荷試驗13根樁，經檢測，承載力均達到設計值，小應變樁身質量檢測均合格。

6 結語

(1)普通長螺旋鉆孔壓灌樁適用于砂層、礫石層、硬土層及軟巖層，樁徑300～800 mm，樁長≯25 m，不適用于硬度較高的巖石層。經加裝加壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)后，長螺旋鉆孔壓灌樁可用于塊石填土層、卵石層及較軟—較硬基巖的鉆進。

(2)經改進長螺旋鉆孔樁機樁架、動力系統(tǒng)后，樁徑可達1000 mm，樁長可增至55 m。

(3)長螺旋鉆孔壓灌樁嵌巖技術具有無泥漿污染、噪聲小、無振動、無擠土、穿透力強、施工速度快、成本相對較低等特點，具有良好的社會效益和經濟效益，具有重要的推廣應用價值。

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