陳雪峰，凌 雁，孫金柱，李學輝

（江西省昌水建設工程有限公司，江西南昌330095）

1 項目概況

某鉆孔灌注樁大廈工程是大型城市綜合體建筑。場地位于浙江省溫州市城區(qū)解放南路附近，總建筑面積約175000m2。主樓68+4層，高度約330m，裙樓6層，地下室深20m左右。施工中克服了場地工程地質條件特別復雜等諸多困難,巖性多樣化，主要有石英閃長巖，其中中風化殘留體的強度值最高達到300MPa，平均強度值達到68MPa，由于鉆孔超深，地質條件特別復雜，鉆孔垂直度要求不大于0.5%，比常規(guī)工程高。根據施工經驗，決定采用的主要破巖工法是：鑲齒和焊齒相結合的滾刀回轉鉆進方法，結合我公司成熟的泵吸反循環(huán)鉆進工藝。鉆機選型采用上海探礦機械廠生產的GPS-30A和GPS-20HA兩種工程回轉鉆機，GPS-30A工程回轉鉆機較好地解決了在工程地質條件特別復雜的地層遇到的諸多工程技術難題，提高了鉆進效率，為工程的順利完工發(fā)揮了主要作用。

2 場地工程地質條件

場地在勘察深度內由回填土、粘土、淤泥質粘土、粘性土、坡殘積粉質粘土混碎石、風化基巖等9個地層組成。基巖細分為全風化、強風化、中風化基巖，風化帶界面起伏較大，風化規(guī)律較差，全風化基巖中常夾有強風化及中風化殘留體，中風化殘留體主要大規(guī)模出現(xiàn)在6-6剖面，給鉆進成孔工作造成很大麻煩。

3 施工工藝、施工設備選型及機具

項目基礎類型為大直徑鉆孔灌注樁，結合項目情況和施工經驗，采用泵吸反循環(huán)成孔工藝，松散層采用錐形刮刀鉆頭鉆進，殘留體及強風化改換滾刀鉆頭破巖鉆進完成。

施工設備及配套機具：GPS-20HA和GPS-30A工程回轉鉆機、3PNL和4PNL立式泥漿泵、8BS和6BS砂石泵、?800mm和?1100mm錐形刮刀鉆頭、?800mm和?1100mm滾刀鉆頭。

4 GPS-30A工程鉆機的主要技術性能和特點

4.1 GPS-30A工程鉆機的主要技術性能參數（見表1）

表1 GPS-30A工程鉆機的主要技術性能參數（與GPS-20HA工程鉆機對比）

4.2 GPS-30A工程鉆機的主要特點

GPS-30A工程鉆機為散裝式轉盤鉆機，適用于鉆鑿高層建筑、橋梁、港口基礎樁孔的鉆進，也可用于大口徑水井及其他工程井的鉆進，主要用于第四紀地層。其主要特點如下：

（1）最大鉆孔直徑為3000mm。

（2）鉆機為機械傳動，機械、液壓操縱，操作方便、可靠。

（3）鉆機轉速范圍廣，有6擋變速，適用于不同地層要求，利于提高鉆進效率。

（4）整套設備安裝在滑撬式底座上，對孔位方便，機動性強。

（5）液壓操縱滑臺平移讓出孔口，孔口開闊，起下大直徑鉆具靈活、方便。

（6）鉆塔上設有導向槽，有助于提高鉆孔垂直度，降低超徑系數。鉆塔上有水龍頭后置懸掛裝置，主動鉆桿不落地，減輕勞動強度，縮短輔助作業(yè)時間。

（7）主、副卷揚均采用行星式卷揚機構，提升能力強，輔助水龍頭后置懸掛裝置，可實現(xiàn)塔上無人作業(yè)。

（8）鉆進可采用加重塊加壓（根據不同地層使用）。

（9）排渣方式為泵吸反循環(huán)或氣舉反循環(huán)，排渣效率高，減少孔底重復破碎，鉆進速度快。

5 GPS-30A工程鉆機鉆進參數的選擇（見表2）

表2 鉆進參數及泥漿性能參數

6 GPS-30A工程鉆機操作注意事項

（1）下鉆速度不要太快，嚴禁猛墩猛放。

（2）鉆頭接近孔底是鉆具下放速度不能太快，不允許突然剎車。

（3）鉆頭下入孔底后必須用低轉速鉆進0.2m以上，才能使用正常鉆進參數。

（4）鉆進過程必須均勻，不允許間斷加壓。

（5）轉速控制在廠家推薦的范圍內，選擇中低轉速。

（6）鉆頭上部接扶正器，保證鉆孔的垂直度。

（7）孔底有鐵件等異物時嚴禁下鉆開孔，要等處理好后才可開孔。

7 工程主要問題和采取相應技術措施

7.1 工程主要問題

7.1.1 鉆孔擴孔情況現(xiàn)象普遍且擴徑系數大

鉆孔灌注樁設計樁徑?1100mm,根據灌注記錄表逐段分析發(fā)現(xiàn),有些樁局部孔徑超出設計直徑過大，達2.2m以上,分析其擴孔直徑大的原因有以下幾個方面：

（1）粉質粘土混碎石段由于粉質粘土不均勻的混有碎石，粉質粘土粘性又較差，如果泥漿性能指標不能滿足要求的條件下，就極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，導致該地段擴孔，充盈系數偏大，基巖地層鉆進中出渣口可見細顆粒粘土，說明上部塌孔現(xiàn)象較為常見。

（2）由于孔深超深(最深孔達122m),鉆桿處于彎曲狀態(tài)下回轉,鉆桿撓度大，在回轉過程中會不斷接觸鉆孔孔壁，導致鉆孔擴徑嚴重；實際統(tǒng)計數據結果表明超深孔超方最大。

7.1.2 成孔鉆進效率低下

（1）遇到破碎地層，破碎的巖石粒徑較大，極易造成水龍頭彎管處、砂石泵葉輪處及鉆頭吸水口的堵管、堵鉆頭事故問題，鉆桿采用法蘭盤連接，一次堵管事故的處理將耽誤一個班的工作時間，嚴重影響工作效率。

（2）場地地層中普遍均含有堅硬的殘留體，遇到中風化殘留體時成孔鉆進效率極其低下，平均鉆進速度0.15m/h,有的鉆機成樁不到2根/月，對工期影響較大。

7.1.3 掉鉆等孔內事故發(fā)生較頻繁

項目實施期間，基本上每臺鉆機均發(fā)生過因鉆桿折斷而掉鉆事故。有些鉆機因鉆桿折斷或螺桿折斷導致掉鉆事故發(fā)生多起。鉆桿折斷或螺桿折斷基本上發(fā)生在滾刀鉆頭與其上第一、二根鉆桿連接的法蘭盤焊接部位。也有的發(fā)生在鉆桿中下部。鉆桿折斷或螺桿折斷主要原因。

（1）由于鉆孔超深，鉆孔發(fā)生偏斜后仍繼續(xù)鉆進，鉆桿在彎曲狀態(tài)下轉動，其環(huán)截面產生拉壓交變應力，導致疲勞破壞而發(fā)生折斷鉆桿事故。

（2）由于GPS-20HA工程鉆機鉆桿為?194mm×δ16mm，這批鉆桿質量上存在一些缺陷（因為工期緊張，臨時趕制加工而成），在某些方面（如：綁條焊和材質）上沒有達到設計要求。硬巖進尺中時扭矩大，在法蘭盤焊接處均出現(xiàn)鉆桿裂。而GPS-30工程鉆機鉆桿規(guī)格為?245mm×δ20mm，未沒有發(fā)生過因鉆桿折斷事故，發(fā)生的事故均由鉆頭體強度弱或螺桿松掉后剪切斷造成。

7.1.4 鉆孔偏斜

導致鉆孔偏斜率大的原因主要是場地地層因素，二是鉆進操作參數控制不當所致。

（1）當鉆進至風化基巖接觸面孔段時，由于接觸到起伏峰谷狀不整合面，其產生的反作用力相差極大，極易造成順坡溜情況。

（2）風化殘留體鉆孔段因巖性特別破碎，破碎帶主要是粒徑不等的碎塊包裹有大塊巖石構成，滾刀由于受力不均勻致使鉆頭向一邊偏斜。

7.2 工程中采取的技術措施

7.2.1 防止孔內事故的技術措施

（1）及時分析和總結折斷鉆桿和剪斷螺桿的原因，更換一批鉆桿，加大鉆桿壁厚，鉆桿改為?194mm×δ20mm；螺桿粗牙變細牙，螺桿的強度等級由8.8級提高至10.9級以及使用雙背帽，實施證明折斷鉆桿事故大為減少。

（2）經常性檢查鉆具使用磨損情況，出現(xiàn)孔內異常狀況，立即起鉆檢查，杜絕麻痹心理。

（3）制訂事故處理應急預案。由于樁孔超深，現(xiàn)場項目部及機組必須具備處理孔內事故的能力，制定事故處理應急預案和事故應急處理領導小組，配備常用事故打撈工具（如：事故打撈鉤和強力磁鐵等）。

7.2.2 提高鉆進效率的技術措施

（1）保證泥漿性能指標滿足設計要求，特別泥漿粘度要求不降低，采取泥漿除砂器，做到經常性掏出泥漿池中鉆渣，及時凈化泥漿，避免鉆渣在孔內重復破碎，充分發(fā)揮泵吸反循環(huán)工藝清渣干凈優(yōu)勢。

（2）巖性強度較高地層，適當加大鉆桿配重，提高孔底鉆壓，滿足滾刀鉆進克取巖體的最小鉆壓要求。

（3）經常檢查鉆頭磨損程度情況，對磨損嚴重的滾刀分析原因，及時更換滾刀或改變滾刀焊接位置，對滾刀重新合理配置，充分發(fā)揮其使用效率，最大程度節(jié)約成本。

7.2.3 防止孔斜、擴孔的技術措施

（1）結合鉆桿在孔內的運轉形態(tài)，現(xiàn)場加工?1020mm×1480mm的扶正器，扶正器的筒體不轉，下放位置位于預計孔深的1/3處跟進鉆進，起到扶正鉆桿的作用，防止鉆桿碰撞孔壁形成擴孔情況。

（2）現(xiàn)場制作筒狀反錐形鉆頭有效解決超深鉆孔孔斜問題；筒體外沿焊牙輪，筒體內反錐翼片上焊金剛石復合體，鉆頭在遇到軟硬不均和巖面傾角大的地層時，筒體鉆頭可以在四周形成環(huán)狀槽，起到鉆孔定位的作用，對預防孔斜起到很好的作用。

（3）入巖孔段確保鉆孔垂直度，采用加大配重并在懸垂狀態(tài)下低轉速的規(guī)程鉆進，直至入巖鉆進至完整基巖段后從減壓鉆進階段改為正常鉆壓鉆進。

8 結語

通過某大廈超深鉆孔嵌巖樁的施工，對GPS-30A工程鉆機在鉆進復雜地層的硬巖有如下認識：

（1）在鉆進工藝參數的選擇上要根據地層情況靈活選用，GPS-30A工程鉆機有6個擋位的轉速可以選擇，適應范圍廣，能夠充分發(fā)揮鉆效。

（2）在硬巖施工中必須保證每把滾刀至少15kN左右的鉆壓，鉆壓是克取巖石必不可少的條件。

（3）為避免孔內掉鉆事故的發(fā)生，事先必須充分估計可能發(fā)生的事故類型，配備常用打撈工具和設備，制定有針對性的預防應急預案。

（4）加強鉆機操作人員的技能培訓，正確掌握好鉆機操作的有關注意事項，嚴格遵守項目部制定的鉆機保養(yǎng)和維修等相關管理辦法，確保鉆機正常運轉，能有效延長鉆機使用壽命。

（5）選用滾刀鉆頭克服中風化殘留體進尺問題，充分發(fā)揮鉆效，鉆頭上加上配重和扶正器，采用減壓鉆進,能有效預防孔斜。滾刀鉆頭鉆進巖性適應范圍廣。

（6）在前期考察基礎上，在超深鉆孔的項目施工中選用4臺套GPS-30A工程鉆機，充分發(fā)揮了設備的優(yōu)越性能，為項目順利完工發(fā)揮了重要的作用。

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