如何选用钻机类型进行钻孔桩施工

摘 要：文章简单介绍了钻孔桩施工中常用的钻孔机械及施工工艺，重点分析了土层岩性的特点，论述了其对选用钻孔机械的实用价值。

关键词：钻孔桩；土层岩性；施工工艺

现代化市政工程建设以大口径钻孔桩为基础的工程得到广泛的应用，如何在不同地层中选用钻孔机械是摆在每个施工企业面前的一个大问题。选用的钻机性能与地层岩性相适应，钻孔施工就会顺利进行，否则就会出现浪费财力、工期拖延或施工无法进行的现象。

1 几种钻孔机械及其性能

在钻孔桩桩基施工中，要选用好钻机首先要了解各类钻机的性能。常用的成孔钻机有冲击钻、回转钻机（正、反循环钻进）、施挖钻机三种类型。各类钻机机械性能、适用条件简单论述如下：

1.1 冲击钻机

目前常用的有两种型号。一种是开动起来自动冲击CE30型冲击钻机，主要配备有45、55、75千瓦电机，2-3吨重的冲击锥和2.5至3米长，直径0.5米掏筒、清水泵等。施工时要挖大的排浆池，冲击孔径小于1.8米，或孔深度小于50米。优点是成孔成本低，清孔时间短，适用于石层；缺点是噪音大，受施工场地限制。另一种是砸机，用人力操纵卷扬机进行冲击，配备55、75千瓦电机，5吨以上重的冲击锤，22千瓦3NP泥浆泵，适用于1.5至2.5半径的桩基础。优点成孔成本低，适用于各种岩层大口径桩基础。缺点是人力操作笨重，冲击较软地层进展速度不如冲击钻机、回转钻机，噪音大，受施工场地限制。

1.2 回转钻机

钻进方法可分为正反循环钻进。配备30千瓦电机、22千瓦往复泵，3PN泥浆泵，采用合金钻头，牙轮钻头、滚刀钻头钻进。目前常使用的钻机型号有1.2、1.5、1.8、2.0米口径钻机。由转盘带动钻杆、钻头，刻削岩层。岩屑由泥浆或者钻杆带出孔外。回转钻机优点是噪音小，适用于各类地层，缺点是钻杆常易扭断，钻头贵，造价高。

1.3 旋挖机

旋挖机适用于粘土层和较密实的砂层，优点是成孔速度快，泥浆层小，噪音小，不受场地施工限制。缺点是：挖到松散砂层易塌孔，遇到较硬地层效率低，旋挖机价格昂贵，施工企业买不起，难配备。上述内容对各类钻机做了简单介绍，在各种地层中成孔，选用钻机是关键。选用钻机的前提是如何运用好工程地质勘察资料，下面谈一下阅览地质勘察资料的几个着重点。

2 阅览地质勘察资料着重点

在桩基合同签订前，承包方要向发包方索取工程地质勘察资料，资料内容有地层时代、岩性、岩石风化程度等，阅览时要注重以下几点内容：（1）对于粘土层，要注意有无软塑粘土夹层，因软塑土钻进时孔易缩径，钻进时要治理，费时、费力、费材料。（2）对于砂类土，一要注意砂类土的密实性，松散的砂层易塌孔，对反循环钻进，冲击钻机施工不利。二要注意卵石的直径大小、数量。因卵石土是以粒径尺寸划分的，把2-20CM粒径的土定为卵石，尺寸跨度大。直径大于3CM的卵石土，对于正循环回转钻机施工困难，直径大于10CM的卵石土对冲击钻机施工困难。（3）对于沉积岩，注意岩石的性质和生成时代。一般来说厚层状泥岩、砂岩、页岩较薄层状泥岩石、砂岩、页岩难钻进，成因时代老的泥岩、砂岩、页岩较成因年代新的泥岩、砂岩、页岩难钻进。寒武纪以前形成的白云岩、灰岩较寒武纪以后形成的白云岩、灰岩难钻进。（4）对于火成岩，要注意矿物成分和结构，例如花岗岩，含结晶颗粒比暗色矿物少，结晶颗粒细的花岗岩易钻进。（5）要着重分析研究岩石的物理指标：在工程地质勘察报告中，常给出[R]值（岩石承载力）和[Φ]值岩石单轴抗压强度。一般来说给出[R]值比较保守，不能够准确反映出岩石的硬度，比如说京山线滦河大桥前寒武系白云岩、灰岩勘察报告给出的[R]值为1000KPa，山西大同淤泥河大桥白垩系泥岩、砂岩给出的[R]值也是1000KPa，用同一种钻机进行钻进，冲砸白云岩、灰岩每台班1米，而冲砸泥岩、砂岩，每台班3米。而岩石单轴抗压强度，较真实的反映了岩石的强度，如果勘察报告中没有岩石单轴抗压强度，可向勘察单位索取。

3 依据地层特征，选用钻孔机械

在了解地层特征以后，可根据钻机功能进行选型：（1）钻粘土层，可选用旋挖钻机、回转钻机。（2）钻粘土层灰砂层，选用正循环回转钻机。这是因为正循环回转钻机用泥浆护壁，泥浆可根据护壁需要进行调节。而反循环回转钻机，用清水钻进，靠水压力进行护壁，一旦发生漏水，水位下降，砂层易坍塌。（3）钻较密实的砂层、砾石层，以及粒径小于10CM卵石石层。选用反循环回转钻机是通过钻杆将砂、砾石返出孔外，抽渣能力强，抽出的渣沫破碎，减少了破碎砾石的环节，因此比正循环回转钻机速度快的多。冲击钻机钻较密实的砂层和直径小于10CM卵石层较适宜。（4）钻直径大于10CM的卵石层，碎石层可用正循环回转钻机（带牙轮、滚刀钻头）。一般冲击钻机锥头2.5-3吨，在加上冲击行程短，难以将10CM以上卵石击碎，影响进展速度。而正循环回转钻机所带的牙轮钻头、滚刀钻头重量4-5吨，可将大的卵石喀碎，达到进展目的。（5）在沉积岩地层成孔施工，因沉积岩种类多，岩石成因时代不同，矿物成份、结构、构造不同，使岩石坚硬程度不一。选用的钻机类型也不一样。对于白垩系以后沉积形成的泥岩、砂岩，一般选用回转钻机、砸机。对于白垩系以前沉积的泥岩、砂岩、页岩、白云岩比较坚硬的岩石，选用冲击钻机、砸机。（6）对于火成岩、变质岩，因结构致密，岩石坚硬，在施工场地不受限制情况下，可选用砸机。在施工专款受限制的情况下可使用正循环回转钻机。

上述根据地层特征选用钻孔机械是从两方面考虑的。第一考虑成孔是否顺利，钻进速度的快慢。第二考虑成孔成本。二者应综合考虑。

4 通过钻孔桩施工实践看合理选用钻机的重要性

河南荥阳高速公路立交桥，地层为粘土夹粉细砂层，卵石石层，钻孔直径1.5M，孔深30米，刚开始施工选择旋挖机，冲击钻机进行施工。旋挖机挖到16米时，遇到细砂层，边挖边塌孔，不能成孔。冲击钻机在孔深25米时遇卵石石层，因冲砸不进展而停工。后来采用正循环回转钻机（带牙轮、滚刀钻头）进行施工才将钻孔桩任务完成。

5 结语

从上节列出施工实例可以看出选用与地层性质相适应的钻孔机械十分重要，钻孔设备选用的好就能正常施工，有经济效益。若钻机选用与地层性质不适应，施工就困难，经济效益不佳。选择钻机的关键就是对地层性质有充分的认识，要想做到这一点，就要不断学习工程地质方面知识在实践中加以灵活运用，才能取得经济和社会效益。

参考文献

[1] 史佩栋主编.桩基工程手册[M].人民交通出版社出版，2008.

作者简介：马玉龙（1977.07- ），男，吉林长春人，邢台中鼎麒麟房地产开发有限公司，中级工程师，研究方向：高层建筑基础。

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