旋挖钻在城市轨道交通工程桩基础风化岩层中的应用

旋挖钻在城市轨道交通工程桩基础风化岩层中的应用

赵群良

赵群良

中铁二十四局集团有限公司上海市200071

摘要：以青岛市蓝色硅谷城际轨道交通工程某标段旋挖钻机在桩基础风化岩层中的工程实践为例，从工作效率、施工质量、环保、成本等方面对旋挖钻机和冲击钻机两种施工工艺进行对比分析，突出旋挖钻机在风化岩层中施工的优势，对今后类似工程地质条件下的施工提供借鉴。

关键词：旋挖钻；桩基础；风化岩层

随着全国城市轨道交通的快速发展，在城市轨道交通建设中钻孔灌注桩基础已被广泛采用，旋挖钻机[1]作为一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备，具有高效、节能、低噪声、无污染、适应地层较广泛等优点，可钻进填土、粘性土、粉土、砂土、碎石土、软岩及风化岩等，是目前国内灌注桩工程施工中广泛使用的钻孔机械旋挖钻机，尤其是在风化岩层中的应用，旋挖钻机已逐渐被建筑施工行业认可。

1.旋挖钻与冲击钻的对比分析

1.1工作效率高

旋挖钻机配置在可自动行走的履带式底盘上,履带自动行走,桩位之间移动方便,对位快速、准确,利用钻机的自身动力下灌孔桩的护筒,钻杆自动伸缩,钻进过程中也不用装、拆钻杆，减少了桩基施工的辅助工作时间,工作效率明显高。

1.2自动化程度高，施工质量好

旋挖钻机[2]是利用伸缩钻杆传递扭矩并带动回转钻斗、短螺旋钻头或其他作业装置进行干、湿钻进、逐次取土（岩屑）、反复循环作业成孔的一种专用机械设备。它是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备，可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量，与传统的冲击钻相比，灌注桩的成孔垂直度和孔径质量高，不会出现扩孔或缩径，同时钻孔深度由电脑控制，超钻或欠钻情况容易控制，沉渣也偏少，与冲击钻相比，旋挖钻机自动化程度高，而且施工质量好。

1.3环保

旋挖钻机采用动力头，利用较强的扭矩直接将风化岩土等钻渣旋转挖掘出来，再使用旋挖斗将钻渣提出孔外，地质条件好的情况下，不需要泥浆护壁，可实现干法施工作业，在特殊地层需要泥浆护壁作业时，孔中的泥浆含量也比较低，而冲击钻施工需要采用泥浆护壁且悬浮钻渣，泥浆量很大，因此旋挖钻机泥浆污染少，环保。

1.4施工成本低

旋挖钻机施工速度快，工作效率高，因此时间成本低。旋挖钻机动力靠烧柴油，而冲击钻需要申请施工用电，减少了临时用电的巨大投入。旋挖钻机施工无须泥浆护壁和设置泥浆池临边围护，节省了泥浆弃置费，安措费也较低。

2.工程实例和成本分析

该标段长5885米，均为高架桥，桩基础均采用钻孔灌注桩，桩径有1.0m，1.2m，1.5m。桩身的地质条件从上到下的地层依次为素填土、全风化煌斑岩、中风化花岗岩、微风化煌斑岩或花岗岩。全标段共计有1036根钻孔桩，投入的机械设备为10台冲击钻机，3台德国宝峨BG25旋挖钻机。技术人员通过现场跟班作业，对旋挖钻机和冲击钻机对比总结如下：

施工进度：以桩径1.0m，桩长20m为例，旋挖钻机每根桩纯成孔时间约为11小时，冲击钻每根桩纯成孔时间约为84小时，工效可提高6.6倍。

环境保护：旋挖钻施工采用干钻成孔，对环境没有污染。而采用冲击钻需要购买膨润土造浆护壁，且产生的渣土和泥浆需要外运弃置，可见旋挖钻机的环境保护非常显著。

安全措施费：采用冲击钻机施工需要开挖泥浆池，且须设置临边围护和现场警示标识，而旋挖钻机无须泥浆池及临边围护，成孔后可立即浇筑混凝土，安措费与冲击钻相比，费用较少。

燃料动力费：1台冲击钻机的电机功率为55kw，潜水泵和泥浆泵的总功率约为20kw，84小时需要耗用电费为75kw*0.7*84h*1元/kw.h=4410元，折合耗电费220.5元/m。1台BG25旋挖钻机的发动机功率296KW，每小时耗柴油用量为45L/h，20m桩长，11小时的总耗油费用为45L/h*11h*7.5元/L=3712.5元,折合耗油费185.6元/m。

人工费：每台冲击钻机配3人，三班倒，每天工资200元/人，折合人工费为200元/人*3人*3.5天/20m=105元/m。每台旋挖钻机配9人，三班倒，每天工资200元/人，折合人工费为200元/人*9人*0.458天/20m=41.22元/m。由以上可以看出，旋挖钻机与冲击钻机相比，人工费可节约60.7%。

机械费：冲击钻机的进出场费为30000元，总工期按照三个月计算，冲击钻的机械费为333.3元/天，折合机械费用333.3元/天*3.5天/20m=58.3元/m(不含折旧费）。旋挖钻机的进出场费为100000元，总工期按照三个月计算，旋挖钻的机械费为1111.1元/天，折合机械费用1111.1元/天*0.458天/20m=25.44元/m(不含折旧费）。

材料费：冲击钻钻孔过程耗材料费、修理锤头、更换耐磨块（50元/块），平均每次成桩后更换20个，另加人工费、耐磨焊条费估算400元，共计50*20+400=1400元。则1400/20=70元/m。旋挖钻孔过程耗材料费、更换钻头（钻头90元/个），平均每次成桩后更换40个，另加人工费、耐磨焊条费估算600元，共计90*40+600=4200元,则4200/20=160元/m。

弃渣费：冲击钻机泥浆外运按成孔方量1.5倍考虑，弃置单价约为22元/m?，泥浆量为0.5*0.5*π*20*1.5=23.56m?，折合费用25.92元/m。旋挖钻机弃渣外运按成孔方量1倍考虑，弃置单价约为20元/m?，弃置量为0.5*0.5*π*20=15.7m?，折合费用15.7元/m。

混凝土损耗费：根据现场统计得出，冲击钻的充盈系数为1.15，旋挖钻的充盈系数为1.05，因此冲击钻的损耗费为0.5*0.5*π*1*0.15*450元/m3=53.01元/m，旋挖钻的损耗费为0.5*0.5*π*1*0.05*450元/m3=17.67元/m。

每米钻孔灌注桩单价分析表

3.结语

综上所述，在风化岩层中采用旋挖钻机施工桩基础，从工效，环保，施工质量，成本等方面与冲击钻机相比均具有较多的优势，虽然旋挖钻机一次性的机械设备投入费用较大，但不须考虑施工用电、泥浆池及临边围护、泥浆制作及弃置等费用，因此在类似地质条件下优先选用旋挖钻机，只要现场精心组织，设备维护保养好，最大发挥旋挖钻机的诸多优势，其社会效益和经济效益都优于冲击钻机，旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色环保施工工艺”。

参考文献：

[1]DBJ/T14-067-2010J11655-2010,旋挖成孔灌注桩施工技术规程[S].济南：黄河出版社，2010：26.

[2]GB/T21682-2008,旋挖钻机[S].北京：国家质检总局、国家标准化管理委员会发布,2008：2.