摘要连云港市东海县地质以前震旦系混合变质岩为主,在此类复杂地质条件下钻孔,设备选型是影响成孔速度的重要因素。通过新建连徐高速铁路东海特大桥工程施工的实例,对钻机的选型作简单的介绍,并对不同钻机的成孔效率、适用范围进行对比。
关键词钻孔桩施工;冲击钻;旋挖钻;混合变质岩
1工程地质概括
新建连徐高速铁路东海特大桥工程地处苏北地区,横穿连云港和徐州两大重要城市。该处桥址地形平坦,但沿线所经过地层岩性较为复杂。按其成因和时代分为五大层,自上而下依次为:人工填筑土、第四系全新统冲积层黏性土、第四系上更新统冲积层砂土层、白垩系上统王式组沉积岩泥质砾岩、前震旦系混合变质岩。其中混合变质岩最为常见,岩性可分为片麻岩、花岗片麻岩、云母岩、石英岩四大类。
2钻进选型施工中的性能问题
从工程地质概括来看,该桥址地层岩性较为复杂。其中片麻岩和花岗片麻岩最为常见,局部夹层石英岩脉,故而在钻机选型上,主要考虑冲击钻和旋挖钻两种类型的钻机。该工程选用的钻机型号包含:二代单绳冲击钻、徐工XR360旋挖钻、山河智能SWDM42旋挖钻、德国宝峨BG46旋挖钻、徐工XR550D旋挖钻。其中旋挖钻主要负责168m系杆拱和连续梁的主墩施工。
2.1冲击钻
单绳冲击钻作为一种传统的钻机工具,具备施工工艺成熟、工程单价较低、市场供应量大、适应不同地层能力强等优点。二代单绳冲击钻在传统钻具的基础上改革创新,每台冲击钻主机上搭载一台智能电脑,可以通过编制数码程序的方式,来实现电脑控制钻机的锤距以及钻进速率。完美的解决了单绳冲击钻人工操作,自动化程度低的问题,大大提高了钻进速率。二代单绳冲击钻在钻进过程中,采用泥浆护壁。泥浆在冲锤的作用下,会对孔壁产生一种挤压力,这种挤压力会使孔壁更加稳定,不宜塌孔。当然在具体施工中,二代单绳冲击钻并没有克服传统单绳冲击钻的的一些弊端。比如单绳冲击钻的整体稳定性不好,易发生钻机易位现象;钻进过程中遇到软硬不均匀的斜岩时,锤头因受力不均匀,会发生锤头摆动现象,进而导致偏孔。除此之外,单绳冲击钻在取渣、清空、泥浆外运方面都较为麻烦,而且在钻进过程中噪音较大,易发生卡钻、吊锤现象。
2.2旋挖钻
旋挖钻作为一种新型钻机类型,具有短距离移动方便、成孔速度快、机械化程度高、清空方便等优点。但较冲击钻缺单也很多,比如单价稍高,体型过大,长距离移动麻烦,耗能较高等。因此我们根据施工工期、地质条件、工程单价等因素,合理的引进了四类不同型号的旋挖钻机。2.2.1徐工XR360旋挖钻徐工XR360旋挖钻机作为一款中小型旋挖钻机,采用进口川崎液压方式。由柴油机驱动液压泵动力头,动力头驱动钻杆,钻杆带动可伸缩专用旋挖底盘,回旋钻进,保证了钻机的整体稳定性。该钻机的最大钻进深度96m,最大钻孔直径2.5m,最大输出扭矩360kN•m,这些技术参数,保障了该类钻机,对于桩径较小、桩长较短的桩基,具备较快的成孔速度。据统计桩长20m,桩径1m,入岩3m的柱桩,此类钻机成孔需要(8~10)h。同等情况下,二代单绳冲击钻需要(36~48)h,大大提升了施工速率。此类钻机共进场两台,均布置在架梁方向上,目的是消灭桩基1m的柱桩,保证架梁机顺利通过标准墩。2.2.2山河智能SWDM42旋挖钻山河智能SWDM42旋挖钻属于中型旋挖钻机,采用液压系统,节能安全。主、副卷扬机安装在回转平台上,大大降低倾翻载荷,从根本上保障了整机的稳定性。该钻机的最大钻孔深度105m,最大钻孔直径3m,最大输出扭矩418kN•m,这些技术参数,使得此类钻机能够满足更为复杂的地质情况。此类钻机共进场2台,已经完成了采用(70+125+70)m连续梁方式跨越S464省道两侧的主墩的全部桩基工作,此连续梁主墩桩基2m,每个主墩共计12根桩基。因机器故障、工程单价、地质复杂等原因,目前此类旋挖钻机退场一台,剩余一台现在布置在连续梁主墩东海特大桥516#墩。该旋挖钻机目的是解决采用(48+80+48)m连续梁方式跨越S323省道两侧的主墩的全部桩基工作。据设计资料,此连续梁两侧主墩,东海特大桥516#墩和517#墩,桩径均为1.80m,每个主墩均共计11根桩基,其中东海特大桥516#墩设计最小嵌岩7.82m,据516#-4桩,实际地质核查资料显示,目前该桩基实际入弱风化片麻岩达到18.60m。2.2.3德国宝峨BG46旋挖钻宝峨BG46旋挖钻属于全进口德系旋挖钻,此类旋挖钻工作重量190t,最大钻孔深度105m,最大钻孔直径3m,最大输出扭矩460kN•m,这些技术参数加之全进口配套德系钻具,使得宝峨BG46旋挖钻在国内市场上,可以轻松傲视群雄。目前该设备布置在东海特大桥409#墩上,该墩为(32+168+32)m系杆拱主墩。桩径2.5m,桩长17m,该墩台共计11根桩基,设计最小嵌岩6m,设计方提供的勘探资料表明,岩石基本承载为800kpa。据实际地质核查资料显示,实际嵌岩达10m之多,岩石单轴抗压强度达到166Mpa。考虑到工期紧急,实际地质过硬等因素,选用了宝峨BG46旋挖钻。由于该设备采用顶级的德系配置,进场费用过高,加之409#墩总桩长才187m,进而导致该墩单价过高。为合理缩小单价,会让该设备打168m系杆拱主墩409#墩间隙,将168m系杆拱边墩410#墩一并打掉,后期还会让该设备去打其他连续梁主墩的桩基工作。2.2.4徐工XR550D旋挖钻徐工XR550D旋挖钻的研发,主要针对国内特大桥、高速铁路、高速公路等大型工程建设市场需要。该设备采用自主研发的旋挖钻专用H型液压伸缩式履带底盘,装备大直径回转支撑,保证超强的稳定性和运输的便携性。该设备最大钻孔直径3.5m,最大钻孔深度132m,动力头最大输出扭矩为480kN•m。该设备目前布置在系杆拱主墩408#墩上,目的就是争抢全线最大的系杆拱工期,保证架梁按期顺利通过。
3相关施工经验数据
以单根柱桩为例,桩径1.25m,桩长30m,进入弱风化片麻岩4m为例统计各钻机数据(详见表1),以供参考。
4结束语
合理的钻机选型对于钻孔桩施工具有重要的影响,因此在钻孔桩施工中要具体考虑工程实际。根据施工工期、地质条件、工程单价等因素,结合各种型号钻机的性能和优缺点,对所选机型进行合理的搭配,可有效提高工程质量,减少钻机闲置现象,增加工程效率。