旋挖钻硬岩成孔工效分析

高文

（中铁二十二局集团有限公司　北京　100043）

1　引言

由于铁路桥梁线路一般规划在远离城市中心的城镇郊区地段，而该类地段大多存在江河、农田、森林软弱地层以及弱风化硬岩地层等特殊环境，因此，在大多数桥梁施工中，多数结构基础选择为对地层适应性强、施工方便的挖孔桩加承台作为桥梁基础。在这种条件下，往往挖孔桩的施工对整个单位工程甚至单项工程的施工质量、工期要求等起到关键性作用，所以，我们将采用不同旋挖钻设备进行地层试验性施工，分析各种钻机的施工效率，保证本项目各项指标及要求，同时为其它类似工程提供宝贵经验及借鉴和参考。

2　设计概况

2.1　项目概况

该铁路桥名为跨规划钟太快速路特大桥，位于广州市黄浦区九龙镇枫下村，主要地层见表1～2：地层分类表。

2.2　岩层概况

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），对岩石坚硬程度分类如表2。

岩石的单轴抗压强度是在实验室内测定的强度参数，不一定能全面反映岩石所在地层的工作性质，因此，除饱和状态下单轴抗压强度外，还应结合岩石的其它指标来判断岩石软硬程度，其中最重要的参数指标为地基承载力特征值（Fak），指通过原位试验确定该岩石地层可承受上部荷载的能力，绝大多数地质报告提供的岩层强度指标也为承载力指标。

表1　地层分类表

表2　地层分类表

表3　岩石坚硬程度分类表（单位：MPa）

图1　

经对孔底母岩取样并进行承载力试验，检测评定依据《铁路工程岩石试验规程》（TB10115-2014），得出结论：该岩石在烘干状态下单轴抗压强度为124MPa，饱和状态下单轴抗压强度为110.7MPa，软化系数为0.89，属于坚硬岩。

2.3　设备选型

根据施工组织设计要求并结合现场实际情况需要，项目部拟定用360旋挖钻施工钟太桥27#墩桩基础，拟定用400旋挖钻施工钟太桥2#墩桩基础，以此为试验段，对两种型号旋挖钻工效进行分析，最终确定桩基施工设备。

表4　400旋挖钻参数表

表5　360旋挖钻参数表

3　工效数据收集、分析

3.1　数据收集

严格按照获准的施工方案、作业指导书、技术交底；整平场地，场地应坚实牢固，钻杆垂直度等各项性能指标开钻前检查核对无误，试运转；设置泥浆池，准确测量泥浆比重等性能指标，及时补浆，保证孔内泥浆胶体率合格；现场放置渣样盒，地质变化时留取渣样，当确认入岩后或遇到斜岩面时，应低速低压，平稳钻进，防止钻压过大导致钻杆断裂、卡钻掉钻。

记录过程：

（1）钻渣——若地层无变化，每半小时测量一次孔深，地层有变化时，即地层变化处，必须及时测量孔深，记录标高位置，同时与设计图纸地层位置进行对比，及时反馈信息；

（2）泥浆——保证泥浆性能，勤测泥浆比重、粘度、含砂率，胶体率，保证泥浆护壁质量，防止塌孔；

（3）记录——及时做好钻孔过程中的各项记录，汇总成表如下（分别取钟太桥27#墩及2#墩两根桩基举例说明）：

（4）钻进过程中注意事项

图2　

表6　钻机工效记录表（360旋挖钻）

表7　钻机工效记录表（400旋挖钻）

①岩石的体积破碎与荷载成一定的递增函数关系，因此在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎体积很快增加，提高破岩效率；

②旋挖钻加压过程应线性，尤其注意岩面交界处或斜岩处，应低速低压钻进；

③施加高压、低压的交替操作，其钻入过程为：施加高压时钻齿钻进土体，钻杆转速减慢，涡轮介入，增大扭矩，该过程为钻齿钻入破坏土体的过程，施加低压时，钻杆速度加快，扭矩减小，该过程为将钻下的土体扫入钻斗的过程，本工程由于土体黏性大，采用开口钻头，方便倒渣；

④通过细化操作，实时掌控岩石情况，降低钻头磨耗，降低成本。

3.2　工效分析

在相同地质（硬岩为二长花岗岩W2/2000kPa）、相同桩径（φ1m）、入岩深度相同（不小于设计入岩深度且不小于2倍桩径）的前提下，360/400旋挖钻成孔效率有成倍的差异，分析认为：二长花岗岩W2条件为两种型号钻机的临界条件，即在小幅度提高钻机动力头扭矩（360～400kNm）的情况下，成孔效率得到了较大的提高（0.4～0.9m/h）。

表8　360/400旋挖钻工效、成本对比表

4　成本分析

结合当地人工费，钻机使用成本，钻具使用损耗等条件，工效与成本对比如下：

两旋挖钻使用相同型号筒钻，钻齿为12个可增大岩层钻进效率的螺旋钻齿，经过对钻齿的磨耗情况，两种钻机钻进硬岩时，钻头损耗相差不大，但由于400旋挖钻相对于360旋挖钻施工效率更高，因此，施工相同数量的桩基，360旋挖钻更换或维修钻齿的次数及数量要比400旋挖钻多出一倍，即费用多出1倍。

5　结论

在符合硬岩条件下的地层中，采用旋挖钻施工钻孔桩，旋挖钻机的选型尤为重要，选用400旋挖钻施工硬岩，在工效、成本以及人工、管理等各方面优势明显，效果显著。