浅谈汽车筒钻机在细砂岩层中的施工应用

吴进强

1　前言

新建滴道过境铁路立交桥下部桩基工程施工，先后引进了汽车回旋钻、冲击钻、旋挖钻进行施工，但由于地质结构复杂，细砂岩层较厚，三种钻机都无法顺利施工，无法满足施工进度及成本要求。后经钻机改良，大大提高了施工效率，降低了施工成本，为后续结构的施工提供了有利条件。

2　工程概况

该立交桥工程建于鸡西市滴道城区内，跨越铁路林口至密山上下行正线、大唐电厂鸡西厂专用线共三条铁路线，并跨越G201方虎璐及一条电厂专用公路。主线采用30m连续箱梁桥，桩基直径1.5m，桩长17～23m，共88根桩基。

3　工程地质特征

根据钻孔揭露和室内土工试验结果，桥址区地层岩性主要为第四系冲基层，下伏侏罗系上统细砂岩，无重大断裂构造，地质土分布较均匀，地层有新至老详述如下：

①杂填土（Q4ml）：黑褐色，含少量碎砖块、碎石、煤渣等，主要分布于居民区，岩土施工工程分级为Ⅰ级松土。

②粉质黏土（Q4al）：黑褐色至黄褐色、冻结状态，岩土施工工程分级为Ⅱ级普通土，σ0=150kPa。

③细砂（Q4al）：黄褐色、潮湿至饱和，中密。岩土施工工程分级为Ⅰ级松土，σ0=220kPa。

④砾砂（Q4al）：主要矿物成分为长石和石英，含细圆砾25～40%，岩土施工工程分级为Ⅰ级松土，σ0=380kPa。

⑤细圆砾土（Q4al）：以粗砂为主，含少量粗圆砾。岩土施工工程分级为Ⅱ级松土，σ0=400kPa。

⑥细砂岩（J3）：灰绿色，强风化，岩芯风化成碎块状，裂隙发育，内部填充泥砂质土，结构为细粒，泥质胶结，矿物成分以长石、石英为主。

⑦细砂岩（J3）：灰绿色，弱风化，岩芯风化成短柱状，裂隙较为发育，结构为细粒，泥质胶结。岩土施工工程分级为Ⅴ级次坚石，σ0=900kPa。

4　施工钻机的选择

根据建设单位对工期的要求，结合地质勘察报告及设计文件，项目部决定选用回旋钻机跟冲击钻机进行桩基的施工。

4.1　汽车回旋钻机

首先施工的是15#墩桩基。起初钻进时比较顺利，在进尺到全风化细砂岩层时，进尺较缓慢，当进尺到强风化细砂岩层时，几乎不进尺，钻头出现开裂现象，重新加固后继续钻进。C号桩基利用了四天时间才得以灌注水下混凝土。

4.2　冲击钻机

首先施工的是16#墩桩基。在起初锤进时比较顺利，进尺到6～12m中粗砂地层时，由于砂砾的密实程度不同，导致进尺比较缓慢，出现偏锤现象。在进尺到细砂岩层时，冲击钻机的实力才得以发挥，进尺顺利，历时6d时间得以顺利灌注混凝土。

4.3　旋挖钻机

一般在有粘土、粉土、粉砂土、砂层、淤泥质土、人工回填土及含有少量卵石的地层中钻进施工较为适宜。根据地勘报告，该桥地质不适合选用旋挖钻机。

鉴于以上几种钻机的比较，汽车回旋钻机在桩基底端时无法钻进，时间不稳定且易出现塌孔及短桩现象，冲击钻虽然成桩质量高但历时太长，无法满足施工进度要求，旋挖钻不仅进场施工费用高，而且也不适合该地质。那么，能不能综合考虑钻机的优势，而改进一种钻头适合该种地质的施工呢？经过项目技术人员及钻机操作手的悉心研究，加工而成了一种既能钻动全风化、强风化细砂岩层而又能节约时间提高效率的钻头-筒钻。

5　筒钻的构成

5.1　主机

主机即为进场汽车回旋钻机，充分利用汽车回旋钻机的动力装置、传动装置及钻进装置，唯一区别在于钻头的不同。

5.2　钻身

筒身选用25mm厚钢板车间卷制而成，根据桩径的大小卷制不同的筒身，一般直径不宜超过1.5m。根部要外帮一圈同厚度的钢板以加强扭矩，高度300mm。钢板帮根完成后等距离切割垭口，以备后续焊接钻头用。

5.3　钻头

采用矿山开采用一字型硬质合金钎片加工而成。该合金钎片在矿山机械店即可买到，根据钎片的硬度不同，价格也不一样，价格比较适中。本筒钻所选的钎片牌号为YK30.2的矿山钎片。

5.4　连接

将加工好的筒钻与钻杆连接，采用丝扣连接，拧紧加固好后即可开钻，连接方式与原汽车回旋钻相同。

6　筒钻的钻进施工

6.1　钻机就位

待场地平整完成，经压实满足施工承载力要求后，根据测量定点，将钻机就位。

6.2　制备泥浆

根据地质勘察报告，本文所述桩基地质约在4～12m范围内为中粗砂、砂砾地质层，在钻进的过程中，必须采用塑性指数大的黏土制备，以保证成孔质量。本文所采用的泥浆为黄土外加膨润土及少量水泥调制而成。

6.3　钻孔

钻机按照测量班给定的点位就位后，调整好钻杆垂直度，加入事先根据配合比调制好的泥浆，即可开钻。在钻机钻进的过程中，要随着进尺的加深持续不断的往孔内注入制备好的泥浆，并保证不低于1.5m的水头，以增大孔内静水压力，提高成孔质量，防止塌孔。

6.4　成孔及灌注

在钻孔钻进到设计深度并超钻一定比例后，经检查合格，进行提钻、清孔、钢筋笼吊装、焊接、固定后，按照灌注水下混凝土的方法进行灌注即可成桩，边灌注边量测混凝土标高，控制好导管埋入深度，防止出现夹层及断桩的出现。

7　桩基质量无损检测

所有桩基施工完毕，待龄期达到设计及规范要求后，邀请第三方检测机构进场检测，采用低应变反射波法对所施工桩基桩身完整性进行无损检测，以判定桩身缺陷程度及位置。

8　结束语

通过该汽车筒钻机在细砂岩层中的成功运用，在施工进度了上与冲击钻机相比节约了一半的时间，大大提高了施工效率，为后续承台墩身的施工提供了时间保证。在施工成本上，改良后的筒钻机结合了汽车回旋钻机与旋挖钻机的优势，削、切、钻实现了完美的结合统一，大大降低了施工成本，为企业创造了良好的效益，实现了效益最大化。

[1]中华人民共和国铁道部《铁路工程基桩动测技术规程》.