潛孔錘長螺旋  組合鉆具引孔技術
摘要：本文從工程實際出發，為解決復雜地層的鉆進問題，提高施工效率，將大直徑潛孔錘與帶有特制長螺旋鉆桿的多功能樁機相結合，具有設備簡單、速度快、效果好、成本低等特點，能快速鉆穿卵礫石層、塊石、微風化基巖，深度可達45m，目前已經廣泛用于預制樁的埋入式工法、長螺旋嵌巖樁、灌注樁入巖等。該工法的研究不僅首次應用，而且具有廣泛的實際意義和理論意義。
關鍵詞：潛孔錘長螺旋  組合鉆具引孔技術
一：引言
預制混凝土樁、長螺旋灌注樁、CFG樁等在樁基礎中被廣泛采用，但其若遇上粒徑大層位厚的卵礫石層、風化孤石、巖石夾層、炸山塊石填土層、基巖地層等復雜地層，則無法穿過，設計人員通常處理方法為放棄上述樁型，采用最原始適用性最強的沖孔樁方法處理，既增加工程成本，又為工期增加很多不確定因素。
潛孔錘是破碎巖石的最有效手段，大直徑潛孔錘（直徑300mm以上）應用到樁基施工領域，在日本、韓國已經是很成熟的工藝，是使用比例最高的樁型之一，但由于其施工設備價值高，工藝復雜，施工成本高，在國內始終沒有得到有效推廣。
從2001年大亞灣中海殼牌石油項目開始，我們利用現有簡單設備組合，加上特制的鉆桿、潛孔錘，在潛孔錘引孔施工方面進行了大量的探索，研究出一套適合中國國情的大直徑潛孔錘組合引孔技術，本文對這套技術的設備組成、技術原理、參數選擇及應用案例進行簡單介紹。
二：大直徑潛孔錘組合引孔技術的設備組成
2.1樁機
我們的大直徑潛孔錘組合引孔技術采用河北中原樁工步履式式多功能樁機，根據不同需求選用不同型號。該樁機行走靈活，可以360度旋轉，起拔力大，機架高，不用拆換鉆具就能一次性滿足深孔作業，完全能滿足潛孔錘引孔的需要。
2.2潛孔錘
在大直徑潛孔錘組合引孔技術使用過程中，潛孔錘入巖引導者天和鉆具能提供直徑300-1100mm的全系列潛孔錘及其施工方案。
2.3空壓機
阿特拉斯、壽力、柳工中高壓移動式螺桿空壓機，能夠為客戶供應強勁的動力。
三： 技術原理
以長螺旋多功能樁機做樁架，以長螺旋動力頭做旋轉動力，在特制的鉆桿下懸掛風動式潛孔錘，潛孔錘沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，既能研磨刻碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停的變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，風動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達到快速破碎巖石的作用。
四：設備選型及技術參數分析
4.1風壓
潛孔錘分為高風壓（壓力一般為1MPa～2.4MPa，常用壓力為1.8MPa）和中低風壓（壓力一般為0.5MPa～1.0MPa，常用壓力0.7～0.8MPa）。
直徑300mm以上，1000mm以內的潛孔錘，針對不同的地層，使用不同風壓的潛孔錘。軟質巖石，對打擊力要求較低，可采用低風壓的，設備價格便宜，風險小，成本低。硬質巖石使用高風壓，打擊力大，效率高，能耗小。針對不同的地質情況、巖石結構，采用不同風壓的設備，理論上講，高風壓設備效率會高一些。
在埋入式管樁、長螺旋嵌巖樁領域的應用都是在1000mm以內，我們長期的工程實踐證明，1000mm直徑以內引孔，高風壓和中低風壓設備的效率區別不大，中低風壓設備的效率也比較高。
4.2 鉆壓
大直徑潛孔錘鉆進的基本工作過程，是在靜壓力（鉆壓）、沖擊力和回轉力三種力作用下不碎巖的。其鉆壓的主要作用是為保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以便有效地傳遞來自沖擊器的沖擊功。鉆壓過小，難以克服沖擊器的工作時的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞，鉆壓過大，將會增大回轉阻力和使鉆頭早期磨損。
潛孔錘正常引孔，一般認為單位直徑的壓力值在90kg/cm左右。
4.3 轉速
轉速的高低主要和沖擊器的沖擊頻率，規格大小以及鉆巖的物理機械性質有關。一般轉速選用20r/min左右為好，轉速過高會造成鉆頭的嚴懲磨損和鉆進效率的降低，由于氣動潛孔錘進是以沖擊碎巖的，回轉是改變鉆頭合金的沖擊破巖位置，避免重復破碎，因此，合理的轉速應保證在最優的沖擊間隔范圍之內。
4.4 風量
空壓機提供的風量其一要滿足沖擊器的額定風量，保證沖擊器正常做功，其二須保證將孔底巖屑吹出地表，減少巖粉的重復破碎。達到理想的鉆進效率，通常要求孔內風量上返速度≥15m/s，此時氣流速度大于巖屑懸浮速度。根據鉆孔直徑、鉆桿外徑、排渣通道的上返風速等條件，其風量可按下式粗略計算：
Q = 47.1（D2-d2）V          （1）
式中：Q——鉆進時所需空氣量，m3/min；
D——鉆孔直徑，mm；
d——鉆桿外徑，mm；
V——環狀間隙氣流上返風速度，不小于15m/s；
4.5 桿衣的作用
桿衣主要作用為減小鉆桿與孔壁之間的空隙，有利于渣土吹出地表，降低能耗。
在空壓機風量一定的情況下，為保證15m/s的排渣速度，鉆桿與孔壁之間的空隙越大，需要的風量越大，通常采用加大直徑方法減少空隙，桿衣的直徑一般比孔徑小50mm左右，即鉆桿和孔壁之間的距離大約有20～30mm左右。
4.6 護套管的作用
護套管的主要作用是防止復雜地層孔壁坍塌掉塊。護套管與桿衣相對固定，上端不與動力頭相連，下端靠管靴與錘頭相連。帶護套管的錘頭是特制的，順轉時，滑塊打開，帶動套管下行及拔出，反轉時拔出潛孔錘，將套管留在孔內。
五：應用前景
多年來，我們將潛孔錘引孔技術主要運用于三大領域，即預制樁的埋入式工法、長螺旋嵌巖樁和大直徑嵌巖灌注樁。
長螺旋嵌巖樁，是小直徑嵌巖灌注樁的一種，是地平線潛孔錘項目的常規應用，其設計承載力比不入巖提高2～3倍，擴大了長螺旋樁的應用范圍。
預制樁的埋入式工法，其應用對象有以下幾種，第一，地質情況復雜，樁長變化大，直接采用預制管樁，有效樁長及承載力不能滿足設計要求，必須引孔，增加樁長及承載力，否則，就只能采用沖孔灌注樁；第二，石灰巖地區，管樁不能直接使用，斷樁率在50%以上，且承載力很低，使用潛孔錘引孔后放入管樁，有效解決斷樁問題，且可以充分發揮管樁的承載力，否則也只能使用沖孔樁。由于溶洞的存在，沖孔灌注樁造價高、工期長、不可預見因素多，有時一根樁就要施工半個月，大大拖延建設工期，由于樁底小空洞的存在，最后抽芯檢測時，也經常滿足不了要求。石灰巖地區使用沖孔樁是很多地產投資商的噩夢，但在很多情況下又是必須的選擇，我們的埋入式管樁給了其第二種選擇；第三，上部有復雜的填土塊石或巖石夾層，限制了大多數樁型工法的使用，只能使用沖孔樁、埋入式管樁、長螺旋嵌巖樁，別無選擇。
大直徑嵌巖灌注樁也是在特定的環境下，其他樁型都無法采用時應用。
總之，潛孔錘工法的成本大于各種常規工法，一般都是在特定的地質情況下，或特定的環境下，各種常規樁型無法使用，或者造價、工期、施工過程等不可預見的情況下使用。
中原樁工 潛孔錘樁機http://www.gornyack.com

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