长螺旋潜孔锤钻机与旋挖钻机组合在硬质岩地区的应用

肖颖

摘要：旋挖钻机是钻土及破碎基层成孔施工效率高，但对于较完整、裂隙不发育的中～硬质的岩层，旋挖钻机效率低。长螺旋潜孔锤钻机“吃硬不吃软”，钻岩快，钻土慢。文章着重介绍用长螺旋潜孔锤钻机与旋挖钻机组合在硬质岩地区施工，较好地克服了两种机械的不足，施工工艺技术完善，施工质量可靠，缩短工期，节约施工成本。

关键词：旋挖钻机；长螺旋潜孔锤；硬质岩

旋挖钻机是国内广泛应用在桩基础成孔作业中的一种施工机械，在土层及破碎岩层中成孔施工效率高，但对于较完整、裂隙不发育的中～硬质的岩层，旋挖钻机效率低，钻头更换频繁，钻齿磨损严重，进尺慢，钻进过程中需要很大的钻压和输出扭矩，对钻机的损耗大，成本高，施工经济性较差。长螺旋潜孔锤钻机利用压缩空气驱动潜孔锤缸体内的活塞，高频冲击潜孔锤钻头，使之产生较大的冲击力，从而对岩石施以粉碎性破坏，是破碎岩石的最有效手段，但潜孔锤“吃硬不吃软”，钻粘质土层时粘土容易堵塞底部气孔，造成钻土效率低。因此，长螺旋潜孔锤钻机与旋挖钻机组合在硬质岩地区施工较好地克服了两种机械的不足，提高施工质量、效率，节约施工成本。

1.特点

1.1施工效率高。目前国内遇坚硬岩成孔方法主要为旋挖钻机、冲孔桩机和长螺旋潜孔锤钻机成孔三种。冲孔桩机成孔施工效率低，需要的泥浆多，环境污染严重，旋挖机钻坚硬岩石效率低，钻头磨损大，成本高，但钻土效率高，而长螺旋潜孔锤钻机钻土效率低，但破碎较完整、裂隙不发育的中、硬质的岩石的效率高，因此，将长螺旋潜孔锤钻机与旋挖钻机两种成孔工艺相结合，扬长避短，联合施工，综合利用施工场地，提高施工效率。

1.2成本低。潜孔锤的球齿采用硬质合金钻头，在坚硬岩石中使用，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，大大降低了钻头成本。

1.3质量保证。长螺旋潜孔锤钻机因钻具转速低，钻具对孔壁的碰撞机会较少，而且钻进方法是以高频对孔底冲击，消除了岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而提高钻孔的垂直度，同时，也可减少孔壁岩石坍塌。

1.4环保。潜孔锤钻进采用的无循环干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，不污染环境。

2.适用范围

2.1适用于各类房建及桥梁工程桩、各类支护桩、各类地基改良处理及山体滑坡防治等工程领域，范围涵盖大部分广西硬质岩地区，适用范围相当广。

2.2适用于桩径中1200以下，岩石抗压强度60Mpa以上，钻岩石深度3m以上。

3.工艺原理

长螺旋潜孔锤钻机与旋挖钻机组合在硬质岩地区施工是将旋挖钻孔和长螺旋潜孔锤成孔两种成孔工艺相配合，根据项目岩土工程勘察资料，旋挖钻孔主要用于填土、粘土、粉土、砂性土、砂卵砾石层等软土，可较大程度提高成孔速度；长螺旋潜孔锤成孔主要用于较完整、裂隙不发育的中、硬质的灰岩。两种成孔工艺配合使用，扬长避短，处理效果好，节约成本和工期。

4.操作要点

4.1旋挖钻机钻孔。钻机钻头对准十字线交点，符合要求后开始钻进，采取隔二、三个桩的跳桩且大于3倍桩直径钻孔方式。开始钻进时，适当控制进尺，低档慢速钻进。钻至护壁刃脚下1m后，可按土质以正常速度钻进。在钻进过程中，不可进尺太快，尤其碰到孔内一边土，一边孤石时，不能加压钻进，以免钻头偏离，以致偏孔。在粘土中钻进，钻锥所受阻力大，则选用尖底钻锥、中等转速、大泵量钻进。钻进过程中，每进尺2～3m，检查钻孔直径和垂直度，当钻至岩石层面时停钻。

4.2螺杆式压缩机与潜孔锤的连接。螺杆式压缩机采用高压胶管与配气装置——空气储气罐（下图中红色装置）连接，空气储气罐通过胶管连接至长螺旋钻机顶部动力头，通过动力头下放胶管至潜孑L锤底部，要求连接部位密封，避免因风量的下降而影响潜孔锤正常工作。

4.3潜孔锤钻孔。（1）风压。启动空气压缩机，风压控制在0.8Mpa-1.5Mpa，潜孑L锤旋转振动，开动钻机内外动力头进行冲钻。为防止偏孔，开始时慢速冲击。（2）钻压。长螺旋潜孔锤全面钻进时，钻压在41-68N/cm2。钻压是为保证钻头齿与岩石紧密接触，克服冲击器及钻具的反弹力，以便有效地传递来自冲击器的冲击力。（3）钻速。长螺旋潜孔锤钻进是以冲击岩石成孔，钻进时，控制回转速度，改变钻头合金的冲击破岩位置，避免重复破碎，转速过高会造成钻头严重磨损和钻进效率降低。因此，钻速选择在20-50转，分，岩石强度高的选用低转速，岩石强度偏低的选用较高转速。（4）钻进。冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升，提升距离约0.30-0.50m，再次随旋转振动冲击进尺。潜孔锤一面冲击钻进，一面同时排渣，直至孔深达到设计要求。（5）排渣清孔。长螺旋潜孔锤钻至终孔条件后，经业主、监理、勘察及设计等单位验收确认。空压机气压达到8-12Mpa压力清孔2-3分钟，随螺旋杆提升排除沉渣。在放钢筋笼之前，若发现有掉渣或塌孔，需再用旋挖钻机清孔钻具对孔底沉渣进行反复捞取。采用标定测绳，测绳采用钢丝测绳，20m以内测锤重2Kg，20m以上测锤重3Kg，测绳上附有刻度，通过测绳来测定孔深及沉渣厚度。

5.材料与设备

5.1材料。截齿捞沙钻具、清孔钻具、高压气管、钢丝测绳等。

5.2施工机械设备。螺杆式压缩机（JF-200A 20.5/1.3）、长螺旋潜孔锤钻机、旋挖钻机、空气储气罐、反铲挖掘机等。

6.质量控制

6.1成孔质量控制要点。（1）成孔前为保证桩的垂直度，需前后、左右调整钻机的水平度。（2）为控制桩位偏差，成孔前用仪器精确定出桩位中心点，每个桩位上插上标记，开钻时，钻头中心对准标记方可开钻。

6.2旋挖机钻孔质量控制。通过钻机本身自带的仪器，从X-Y两个方向对钻孔的垂直度进行检查较正，倾斜度不得大于1%。

6.3潜孔锤钻孔垂直度控制。（1）安装钻机时，要使转盘、底座水平，起重滑轮、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在一条竖直线上，钻杆、接头逐个检查，及时调正。（2）每次移机就位后，根据场地软硬情况，调整千斤顶、底座，机械调平调直后开时钻进。钻孔过程中，随时量测吊线与桩机塔架上的垂直度标识角度，发现垂直度偏差大于1%时，调整四个立脚千斤顶，使垂直度标识回位到标记点。（3）启对螺杆式压缩机驱动潜孔锤开钻时，应低速钻进，并经常复核钻杆的垂直度，及时调整。（4）桩孔垂直度控制在1%内。

6.4沉渣控制。钻进至桩孔深度后，使用截齿捞沙斗在不加压的情况下空转数圈，使得桩底尽量平坦，便于清渣。然后采用平底清孔钻具反复清渣，直至沉渣达到设计要求。沉渣验收合格后，立刻下放钢筋笼灌，减少悬浮颗粒下沉。

7.结语

长螺旋潜孔锤钻机钻岩快，损耗低，弥补了旋挖机钻岩慢、损耗大、成本高，而旋挖钻机钻土速度快，两种机械组合施工，充分利用施工场地及不同成孔工艺，发挥各自的优势，密切配合使用，加快了施工进度，提高了施工质量，工程实践中获得成功应用，工艺成熟可靠。