桩基工程施工中改进旋挖钻具的一种设想

桩基工程施工中改进旋挖钻具的一种设想

崔鹏鹏马鸣

崔鹏鹏马鸣

福建冶地恒元建设有限公司福建省350001

摘要：在进行桥梁的桩基深挖施工中，以往的施工技术已经不能满足当代的施工发展需求，不仅操作性差，施工质量也不能得到保证，施工效率普遍偏低，对生态环境的破坏程度也是较高的。因此，采用旋挖钻设备进行施工可以有效的避免这类问题的发生，在不破坏环境的同时施工效率得到了一定程度的提高，未来发展前景可观。

关键词：桩基工程；施工；旋挖钻具

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程成孔作业的桩工机械。该类钻机以柴油机为动力，全液压驱动，履带行走，底盘可360°回转，塔架可自行起落，钻具为4～5层的伸缩钻杆和钻斗、螺旋钻头及扩底钻头等，具有噪声低、振动小、扭矩大、多功能、成孔速度快、机动灵活、施工效率高、多种速度调节、电子自动监控、环境污染小等特点。该类钻机克服了以往水循环钻机的不足，并将有逐步取代水循环钻机的趋势。该类钻机主要适用于土层、风化岩石层等地层的施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。

在实际钻进中，旋挖钻机的施工范围一般是针对第四系和强风化地层，当遇到泥灰岩、灰岩、砂岩等较坚硬地层时，常规选用的短螺旋钻头或岩石筒式钻头常常出现钻进打滑，钻进效率低下等问题。因此硬岩钻进效率较低的问题是施工单位及业主在硬岩钻进施工中反映较强烈的问题，也是钻具设计人员及钻头生产厂家亟待解决的问题。

针对上述问题，本文提出改进旋挖钻具的设想，探索性地将冲击—回转原理应用到旋挖钻进中，将气动潜孔锤和环状旋挖钻头的局部反循环钻进技术相结合，利用空压机的高压动力介质驱动潜孔锤工作，冲击破碎岩层，由与回转连接体相连的气举混合管传递扭矩，进一步施加切削力给地层，再利用局部反循环技术将钻渣排至储渣筒，从而实现冲击—回转—局部气举反循环等多功能于一体的施工工艺。

气动潜孔锤旋挖钻斗的结构设计

气动潜孔锤旋挖钻斗的主要结构如图1所示。主要结构有回转连接体、进气管、钻斗储渣筒、气举混合管、排渣管、配气罐、进气罐、排气罐、潜孔锤和固定盘。

图1气动潜孔锤旋挖钻斗主要结构示意图

一、单体潜孔锤的结构设计

对于冲击作用面为圆形的潜孔锤，要使捆绑潜孔锤体系所覆盖的岩（土）体受到平均冲击，应合理布局潜孔锤的位置，且钻头的形状应当合理。单体潜孔锤的布置应满足如下几点：

1、单体潜孔锤的数量应考虑所处位置的影响。为了使岩（土）体受均匀冲击，距钻杆中心距离越远的圆周，所需潜孔锤数量越多；反之，所需潜孔锤数量越少。

2、处于同一圆周上的单体潜孔锤宜均匀布置。为使破岩效果平均，潜孔锤的间距与捆绑潜孔锤体系中心形成的内角宜相等，相邻两层潜孔锤被钻杆带动旋转所走过的轨迹应能产生切点或交点，否则，会留下冲击不到的空白区域，无法达到破岩（土）的效果。

3、排渣孔的布置及数量宜考虑整体捆绑潜孔锤体系的外径。外径越大，钻孔桩径越大，所需排渣孔数量越多；反之，越少，且排渣孔宜布置在无潜孔锤的区域。

4、桩基施工设备提供的功率和风压、风量应满足单体潜孔锤工作的技术参数，应特别考虑当地的供电状况，尤其电功率应能满足所需数量的空压机同时工作的要求。

综合上述，气动潜孔锤旋挖钻斗的十只单体潜孔锤成三层圆周环状分布，实现环状断面钻进。普通潜孔锤钻头均为圆状，回转碎岩钻进，为单体自转。气动潜孔锤旋挖钻斗的十只单体潜孔锤成三层圆周均布，且随钻具回转呈公转方式碎岩，潜孔锤钻头设计为圆形，且外环有六只单体潜孔锤，中环有三只单体潜孔锤，内环有一只单体潜孔锤，保证内外圆周有足够齿数碎岩，保证钻头合理寿命。

二、回转连接体的设计

回转连接体是气动潜孔锤旋挖钻斗的关键部件之一。由于钻机的巨大扭矩和压力要通过回转连接体传递到钻斗体，其刚度、强度和加工精度要求很高。

三、钻斗储渣筒的设计

气动潜孔锤旋挖钻斗的上部为钻斗储渣筒，中间用隔板与下部的气动潜孔锤体系分开。

四、排渣管的设计

排渣管的直径，在钻进硬岩石时，一般岩屑较小，排渣管的内径为80~100mm，钻进软岩石时，排渣管的内径一般为100~150mm。排渣管的数量根据钻头的直径来确定，一般钻头直径小于1500mm时，排渣管设计1～2个，当钻头直径超过1500mm，排渣管设计成2～4个，均匀分布。

五、气举混合管的结构设计

气举混合管上端设计特殊的键槽，可与回转连接体下端的传扭块相咬合，从而达到传递轴向压力和扭矩的作用，同时也是将气动潜孔锤体系和局部反循环体系相连接的关键部位；其下端与气动潜孔锤体系连接，并作为气动潜孔锤体系钻进过程中排除钻屑的中心部件。

六、配气罐和进、排气罐的结构设计

排气罐为上层储气罐，进气罐为下层储气罐，均设计成圆环形。两个储气罐分别与10个配气罐相连，每个储气罐均开设10个通道孔，通过胶管分别与10个配气罐的进、排气腔相连，连接处均使用密封圈进行密封。气举混合管的中心通道与排气罐的三根排气管及三根排渣管路相连，一方面起到排气、排渣作用，另一方面排出的废气能与排渣管内排出的废渣混合，产生密度小于泥浆的混合物，因混合管内外压力差的作用从回转连接体排渣口排至储渣筒，形成局部气举反循环连续排渣。

七、结论

本文所改进的气动潜孔锤旋挖钻斗，将捆绑式气动潜孔锤与环状旋挖钻头所采用的局部反循环钻进技术结合起来，较原有旋挖钻头上有了很大改进。它是利用空压机的高能压缩空气驱动潜孔锤活塞运动，冲击破碎岩层，并由与钻杆相连的回转连接体传递扭矩，进一步施加切削力给地层，再利用局部反循环技术将钻渣排至储渣筒，从而实现冲击—回转—局部气举反循环等多功能于一体的施工工艺。为解决旋挖钻进硬岩的钻进难题，提供了新的技术手段，是提高旋挖钻进施工效率的一种新的钻进方法。

参考文献：

[1]代华.桥梁桩基础施工中旋挖钻技术的实践应用分析[J].江西建材，2018（10）：167-168.

[2]刘涛.公路桥梁工程中旋挖钻孔灌注桩施工技术的应用[J].江西建材，2018（19）：191-191.