空气潜孔锤处理孤石施工技术钟伟旗

空气潜孔锤处理孤石施工技术钟伟旗

钟伟旗

广州轨道交通建设监理有限公司510030

摘要：随着我国房屋建筑工程与市政基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点已成为房屋建筑工程与市政基础的主要形式。本文就房屋建筑工程钻孔灌注桩施工中空气潜孔锤处理孤石施工技术的探讨，分析其中存在的问题，并提出相应的解决措施，对于房屋建筑工程钻孔灌注桩施工有重要意义。

关键词：钻孔灌注桩；潜孔锤；孤石

1.概述

车辆段盖体面积达21.06万平米，该车辆段所在位置现状为三面环山。图中B、C区孤石分布面积较大，而且孤石强度较大（强度在84-135MPa），施工难度极大。孤石较多，多为分散孤立分布：其主要成份为中～微风化的新鲜岩体，孤石产状各异，其垂直厚度一般为0.5m～8m左右；大型、巨型孤石，一般呈集聚型分布，邻近一般都有数个大小不一的孤石就近分布，形成“孤石群”，这些孤石、探头石致密坚硬，难以穿过，且容易误判为桩端持力层。桩基地质勘察难以准确探明，桩基施工较难处理。在工程施工初期，由于设计地质勘探不详、施工经验不足，尝试过采用几种常用方法钻进。桩基施工中，地质情况较复杂，孤石较多零散分布，遇到孤石问题，分别采用一般工艺和复合工艺处理孤石，其工程进度、施工质量及处理效果迥然不同。

3.2一般工艺

1B-17桩采用旋挖钻钻进至3.9m处遇花岗岩孤石，每小时钻进lcm～3cm，且钻头底破岩尖刃脱落较多，卷刃磨损严重，并有斜孔现象，经常出现跳转和斜孔，影响了成孔速度。且表面孤石形状不均匀，现场施工投入硬度相近的混凝土。改用钢丝绳冲击钻，实际操作时先用低冲程冲击，冲程控制在lm~2m，通过加快频率来破坏孤石光滑坚硬的表面，同时使钻头充分转动避免偏孔。在冲进孤石10cm深后改用高冲程冲击，冲程为2m～3m，控制泥浆浓度在1.3左右，防止塌孔，也可高低冲程交替冲击。实际冲钻过程中平均进尺为3cm/h～7cm/h，但有些冲击进尺<2cm/h，锤头损坏严重。在桩基施工过程中，遇到大型孤石群采用一般冲击钻进方法，用冲锤冲击处理孤石效率低，工期长，损耗大。较难将工程按照合同规定的工期按质、按量完成，以致引起工程变更和工程延期，又严重影响经济效益。

3.3空气潜孔钻在桩基施工中的应用

3.3.1空气潜孔钻工作原理

空气潜孔锤是以压缩空气为功力的一种风动冲击工具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的岩石颗粒排出体外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。

通过不断改变进排气方向，就可实现活塞在气缸内的不断往复运动，从而也能不断反复冲击钻头，这就是气功冲击器工作的最简单原理和过程。

空气潜孔锤钻进技术不同于普通的切削与研磨原理。它是将压缩机产生的压缩空气的能量通过空气潜孔锤这个能量转换装置，对需要破碎的岩石产生高频的冲击能量，当这个能量（冲击功）达到岩石的临界破碎功时，便产生体积破碎，同时工作后的气体在一定的风速条件下将岩石颗粒排出孔外以实现钻进的目的。潜孔钻钻进的操作技术虽然简单，但是没有科学和熟练的操作，不可能取得理想的钻进效果，有时还可能发生麻烦。因此，合理的选用钻进技术参数如钻压、风压、风量和转速是取得理想钻进效果的基本条件。

3.3.1.1钻压

空气潜孔锤钻进的基本工作过程，是在静压力（钻压）、冲击力和回转力三种力作用下不碎岩的。其钻压的主要作用是为保证钻头齿能与岩石紧密接触，克服冲击器及钻具的反弹力，以便有效地传递来自冲击器的冲击功。钻压过小，难以克服冲击器的工作时的背压和反弹力，直接影响冲击功的有效传递，钻压过大，将会增大回转阻力和使钻头早期磨损。

3.3.1.2转速

转速的高低主要和冲击器的冲击频率，规格大小以及钻岩的物理机械性质有关。一般转速选用每分钟20转左右为好，转速过高会造成钻头的严惩磨损和钻进效率的降低，由于气功潜孔锤进是以冲击碎岩的，回转速度为改变钻头合金的冲击破岩位置，避免重复破碎，因此，合理的转速应保证在最优的冲击间隔范围之内。

3.3.1.2空气压力

潜孔冲击器的冲击频率和冲击功都与空气压力有关，空气压力是决定冲击功的重要因素，因而也是影响机械钻速的主要参数，空气压力除满足潜孔锤工作压力外，还应克服管道压力损失，孔内压力降、潜孔锤压降外，尚须在有水情况下克服水柱压力，才能正常工作。

3.3.1.2空气量

空气钻进中空气清耗量是根据气动潜孔冲击器的性能参数（耗气量）及为清除孔内岩屑的最低上返速度而确定。为保持清除和携带孔底岩屑的钻孔环隙，全面钻进时空气量控制在282~352.5m3/min。

3.3.2.1钻进效率高，生产实践证明，其钻进效率比回转钻进效率高了数十倍，效率提高的原因是：单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；由于无液柱压力，在无地下水的情况下，改善了孔底破条件。

3.3.2.2潜孔锤的柱齿或球齿硬质合金钻头，在坚硬破碎岩石中伴用，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，大大降低了钻头成本。

3.3.2.3因钻具转速低，钻具对孔壁的碰撞机会较少，而且这钻进方法是以高频对孔底冲击，减少了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时，也可减少孔壁岩石坍塌。

3.3.2.4比起回转钻进，潜孔锤钻进所需的钻压和扭矩要小得多。这样可减轻钻机的设备的质量和能力，为大口径硬岩钻进创造了有利有使用条件。

3.3.2.5空气潜孔锤钻进采用的无循环干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，不污染环境。

3.3.3空气潜孔钻的缺点

3.3.3.1空气潜孔钻施工配备2台130kw的空气压缩机及150kw桩基驱动，电量消耗大。

3.3.3.2空气潜孔钻机械成本比普通旋挖机成本高。如果项目投资较小，工期不紧，不适宜投入使用。

3.3.3.2空气潜孔钻对于地下水位较高的土层施工较困难。

4结语

随着潜孔锤结构形式的发展，工作性能的优化，钻进工艺的完善以及应用时所显示出的优点，使人们越来越认识到潜孔锤钻进在其他生产领域中应用具有良好前景。

参考文献：

[1]胡振阳.潜孔锤反循环钻进技术在复杂地层中的试验研究[J].地质与勘探，2006（2）：67-68.

[2]赵占宇，姜玉玺，殷鸿彬，等.钻孔灌注桩施工中应注意的几个问题[J].沈阳建筑，2004（1），41-46.

[3]孙庆丰.钻孔灌注桩施工中常见问题及处理方法探讨[J].交通科技，2003（6），24-25.

[4]孙力文.桥梁钻孔灌注桩施工质量缺陷产生原因和处治实践[J].浙江交通科技。2003（2），48-49.