旋挖鉆機在硬黏土層中的應用

郭 輝 ，李偉良

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

旋挖鉆機在硬黏土層中的應用

郭 輝 ，李偉良

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

介紹了旋挖鉆機的優(yōu)點及施工工藝，并針對該機械在硬質(zhì)黏土中的應用存在的問題，提出了一些解決辦法。

旋挖鉆機;特點;硬黏土;施工工藝;鉆齒角度

近些年來，隨著國內(nèi)建筑市場與國際市場的接軌，旋挖鉆機作為一種新型的樁基施工機械出現(xiàn)在國內(nèi)的建筑工地上。因其施工速度快、成孔質(zhì)量高、環(huán)境污染小、操作靈活方便、安全性能高及適用性強等諸多優(yōu)勢，逐漸成為工程界鉆孔樁施工的主要成孔設(shè)備。

1 旋挖鉆機的優(yōu)點及施工工藝

1.1 旋挖鉆機的特點

旋挖鉆機是一種適合在建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械，具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高等特點，適應中國大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件。配合不同鉆具，適應于短螺旋、回轉(zhuǎn)斗及巖層的成孔作業(yè)。對干硬性黏土可不用穩(wěn)定液護壁的干式旋挖工法，一般的覆蓋層采用靜態(tài)泥漿護壁的濕式旋挖工法，它廣泛應用于鐵路、公路橋梁、市政建設(shè)、高層建筑等地基礎(chǔ)鉆孔灌注樁工程中?，F(xiàn)將其旋挖成孔的工藝優(yōu)勢分述如下：

1.1.1 成孔速度快

這是旋挖鉆機最突出的優(yōu)勢，旋挖鉆機的工效是一般循環(huán)鉆機的10倍，在同等施工條件下，旋挖鉆機1 d可以完成3根樁，而循環(huán)鉆機完成1根同類型的樁則需要3～4 d。因此旋挖鉆機特別適用于工期特別緊迫的工程項目。

1.1.2 占用臨時用地少

因為它的成孔工藝不需要排出大量的泥漿，因而就不需要征用臨時用地作為泥漿的沉淀池。另外，旋挖鉆機挖出的土還可以進行再利用，在當今土地日益升值，臨時用地很緊缺的情況下，這個優(yōu)勢顯得尤為突出。

1.1.3 環(huán)境污染小

旋挖鉆進為干式或無循環(huán)泥漿鉆進，所用泥漿量僅為正反循環(huán)鉆進的1/10～1/20。因而，施工現(xiàn)場整潔，對環(huán)境造成的污染小。同時旋挖鉆進振動小，噪聲低。

1.1.4 靈活性強

由于底盤為履帶式，無須其他設(shè)備輔助，可以迅速移位，這樣既縮短了施工工期，又節(jié)省了設(shè)備費用。

1.1.5 提高灌注樁的承載力

由于旋挖鉆機的特殊成孔工藝，它僅需要靜壓泥漿作護壁，所采用的泥漿一般用膨潤土配制，孔壁不形成厚的泥皮。此外由于鉆頭的多次上下往復，使孔壁粗糙、不易產(chǎn)生縮徑。與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，旋挖鉆孔灌注樁的承載能力提高。

1.2 旋挖鉆機的施工工藝

旋挖鉆機采用靜態(tài)泥漿護壁鉆斗取土工藝，旋挖鉆機取土時依靠鉆斗和鉆桿的自重切入土層，斜向斗齒在鉆頭回轉(zhuǎn)時切下土塊，向斗內(nèi)推進完成取土，遇硬土可加壓。鉆斗內(nèi)裝滿土后提升至地面，使鉆頭上碰桿碰到機架上即打開底門、排土。每鉆進1斗，入土0.5～0.8 m。

2 旋挖鉆機在硬黏土層中應用存在的問題及解決辦法

由于旋挖鉆機是用旋挖斗鉆(挖)土層而成樁孔，但在硬黏土層成孔時有時出現(xiàn)難鉆進，打滑空轉(zhuǎn)，易卡鉆現(xiàn)象;并且黏土的附著力較大，對旋挖鉆機的卸土也造成困難，從而大大影響了鉆進效率。其主要原因是：

1)硬黏土的硬度和黏聚力都比較大，加壓過小旋挖鉆機就會空鉆、打滑不進尺;加壓過大又會造成扭矩過大，出現(xiàn)鉆不動或扭斷鉆桿的事故，合適的壓力值很難選擇。

2)硬黏土漏斗卸土困難，鉆斗內(nèi)壁上緊緊黏附土屑，鉆斗甩不掉鉆斗內(nèi)的土，只有用人工掏挖，卸土非常慢，嚴重地延誤了時間。旋挖鉆機在硬黏土層中鉆進時因以上兩種原因，造成了成孔時間長，成孔效率低。

如何解決上述問題經(jīng)過現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)鉆齒角度(鉆齒的切入角與水平面的夾角)跟鉆進速度有很大關(guān)系。若鉆齒角度偏小，很難切入土層，發(fā)生空鉆，不進尺，且若加壓過大，容易損害鉆齒;若鉆齒角度偏大，旋挖鉆機功率達不到，而且對鉆具的扭矩要求很大，易造成鉆桿扭曲變形，誘發(fā)機械事故，損壞機器設(shè)備。

通過對硬黏土的特性的研究，在保證旋挖鉆機正常工作狀態(tài)下，如何合理地選擇鉆齒角度，最大限度地發(fā)揮機械的最大效能，成為問題的焦點。

根據(jù)土的物理力學性質(zhì)，由土的理論破壞面與最大主應力面之間的夾角作為鉆齒的角度選擇是不合適的，因為其破壞機理不是完全沿著壓裂面，而是讓鉆齒沿一定角度切入土層，并在扭矩的作用下，水平擠壓土層，從而破壞土的凝聚力，造成土體破壞。

從整個旋挖鉆機工作過程來看，鉆機的動力能多少轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕に璧膲毫团ぞ氐妮敵鲂蕟栴}，對每臺鉆機來說，出廠時就已經(jīng)確定下來，而鉆機工作過程中的壓力和扭矩的輸出效率則取決與鉆桿和鉆頭，鉆斗的關(guān)鍵參數(shù)是斗齒刃前角(鉆齒與水平面的夾角)。對于相同的地層使用同一鉆進扭矩，不同的斗齒刃前角度，鉆進效率不同。因此，只有選擇合適的刃前角，在合適的壓力作用下，才能提高鉆進效率。

經(jīng)過現(xiàn)場觀測，對于硬黏土地層，鉆進施工的較合適的鉆頭斗齒前角在36°左右。

對于發(fā)生抱(卡)鉆和難卸土現(xiàn)象，這就需要對施工工藝進行適當?shù)母倪M，具體辦法是：

1)在同一根樁成孔鉆進過程中要連續(xù)作業(yè)，不能在施工過程中間斷過長時間。

2)在同一鉆孔施工，中途不能隨意改換新的鉆齒，要待到一鉆孔成孔結(jié)束后，在另外一鉆孔成孔時改換鉆斗上的鉆齒;若確實要在同一鉆孔鉆進過程中改換新的斗齒，則應在施工工藝上有所改進，剛換新齒后要嚴格控制前幾次的進尺，要少進尺，前幾次的每次進尺不能超過一次最大進尺的50%。

3)在鉆進過程中，一次進尺不能太大，以免產(chǎn)生縮頸，造成抱(卡)鉆現(xiàn)象。

4)選用單層進土口的旋挖鉆斗，并把原來的進土孔做得更大些，這樣有利于切取下來的黏土順利進入斗中，減少擠壓，容易卸出。

經(jīng)過以上的措施改進后，旋挖鉆機的鉆進速度有了很明顯的提高。在工程施工中即加快了施工進度，節(jié)省了工期，也降低了工程費用。

3 結(jié)語

隨著國內(nèi)樁基礎(chǔ)工程量的不斷擴大，基礎(chǔ)工程的重要性越來越受到關(guān)注，旋挖鉆機作為灌注樁施工機械新的主力產(chǎn)品，隨著基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，其優(yōu)越性必將會得到充分發(fā)揮。

［1］黃平明.混凝土斜梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1999.

［2］夏淦，邵容光.斜梁結(jié)構(gòu)分析［M］.南京：江蘇科學技術(shù)出版社，1995.

［3］楊文秀.淺議旋挖鉆施工鉆孔樁的優(yōu)勢［J］.山西建筑.2007(2)：128-129.

［4］徐洪躍，王君.淺談旋挖鉆機在高速公路施工中的應用［J］.隧道機械與施工技術(shù).2007(5)：46-48.

Application of Rotary Excavator in Hard Clay Pan

GUO Hui and LI Wei-liang
(Heilongjiang Province Water Conservancy＆ Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China))

Its advantages and construction technology of rotary excavator are emphasized on in the study.In light of the problems existing in hard clay，some effective methods are proposed to solve them.

rotary excavation drill;hard clay;construction technology;crown tooth angle

U445.3

B

1007-7596(2011)06-0271-02

2011-03-03

郭輝(1985-)，男，甘肅會寧人，助理工程師，從事地質(zhì)工程工作;李偉良(1979-)，男，黑龍江甘南人，工程師，從事地質(zhì)工程工作。