旋挖钻机与回转钻机接力成孔工艺在工程中的应用实例

　　摘要：本文介绍了海南洋浦大桥主桥施工及武汉江汉六桥主桥3#墩旋挖钻机与回转钻机接力施工成孔工艺；两个工程桩孔最大深度均达117～118m，且地质层复杂，而TR400C旋挖钻机最大钻孔深度仅为105m，故以旋挖钻机与回转钻机接力施工，缩短了成桩周期，取得了较好的技术经济效益。
　　关键词：旋挖钻机，回转钻机，接力成孔工艺
　　中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：
　　旋挖钻机在钻孔直径与深度方面相对于回旋钻机没有较大的优势，尤其是在地层的适应性方面更没有优势，然而两种钻机结合使用确很好地发挥了各自的优势。我公司引进的TR400C型旋挖钻机从钻机扭矩、施工桩径和孔深方面有了较大的提高，但仍不能取代传统的回转钻机，回转钻机在钻进硬质地层及钻孔深度方面仍然发挥着不可替代的作用。我公司承建的海南洋浦大桥主桥5#墩及武汉江汉六桥主桥3#墩桩基采用旋挖钻机与回转钻机接力施工的实例充分发挥两种设备特点，优势互补，取得了较好技术经济效益。
　　1两种设备的主要性能参数
　　钻孔灌注桩施工设备选型正确与否关系到施工效率的高低，甚至关系到工程的成败，综合考虑两个工程的地质情况、施工桩径、孔深及施工进度要求等各种因素，施工所采用的设备为TR400C型旋挖钻机和300型回转钻机及配套的气举反循环设备，各类钻机的主要性能参数如表1、表2所示。
　　
　　回转钻机气举反循环钻机性能参数表1
　　设备型号 GF-300 ZSD-300 GYD-300
　　最大钻孔直径（m） 3.0 3.0 3.0
　　最大钻孔深度（m） 120 150 120
　　最大输出扭矩（KN•m） 160 210 230
　　最大提升能力（t） 100 150 120
　　外形尺寸（长×宽×高） 8.7m×3.6m×13.4m 6.3m×5.8m×10m 7.3m×5.2m×8.5m
　　移动方式 轨道滑动式 轨道滑动式 轨道滑动式
　　配备钻杆（外径×壁厚） 273mm×25mm 325×25mm 351mm×25mm
　　循环方式 气举反循环 气举反循环 气举反循环
　　钻机总重量（t） 主机 35 45 45
　　旋挖钻机的主要性能参数表表2
　　设备型号 TR400C
　　最大钻孔直径（m） 3.5
　　最大钻孔深度（m） 105
　　动力头最大输出扭矩（KN•m） 380
　　主卷扬最大提升力（KN） 350
　　运输状态外形尺寸（长×宽×高） 9.5m×5.5m×3.4m
　　移动方式 履带式
　　标配钻杆规格 6×19.3φ575摩阻式钻杆
　　选配钻杆规格 5×18φ575机锁钻杆
　　钻头 φ2.2～2.5m斗齿钻头
　　标准钻杆配置钻机总重量（T） 130
　　产地 北京
　　
　　2施工实例
　　TR400C型旋挖钻机受钻杆长度的限制，钻孔深度最大为105m，而所承担的2个工程项目的桩基成孔最大深度均超过105m，所以旋挖钻机不能单独成孔，而回转钻机可单独成孔，因此在这两个工程项目上采用两种钻机接力成孔工艺。现以海南洋浦大桥主桥5#墩试桩与工程桩5-22#桩孔及武汉江汉六桥主桥3#墩3-12#与3-1#桩孔的施工实例进行分析。
　　2.1海南洋浦大桥主桥5#墩施工
　　海南洋浦大桥为海南洋浦湾一座跨海湾的大桥，主桥4#～5#墩为海上平台施工，桩径为2.5/2.2m的变截面桩，各设计37根桩。5#墩平台标高为+5.7m，桩底标高为-112.0m，钻孔深度为117.7m，护筒下设长度30m。
　　施工区域的地质构造主要分3个地质层，第一层主要为淤泥、砾砂、粘土。第二层主要为粉砂、中砂、砂岩夹层。第三层主要为硬塑状粘性土、密实砂土及砂岩夹层。
　　依据试桩施工资料分析，砂岩夹层是造成成孔效率降低的主要因素，砂岩夹层位于孔深92～105m范围内，各桩之间砂岩地层出现的深度不一，厚度变化幅度为0.3m～0.5m。
　　2.1.1试桩施工
　　试桩的施工，试桩设置在5#墩工程桩承台的外侧，成孔钻进完全采用回转钻机以气举反循环工艺施工。其目的是了解施工区域的实际地质地层状况，为工程桩的全面施工获取技术参数。试桩施工其桩径、孔深与工程桩一致，其成孔施工总历时412.69小时，即17.5天。其成孔施工的功效分析如表3所示。
　　海南洋浦大桥主5#墩试桩成孔各地层钻进工效（回转钻机施工）表3
　　地层名称 起始孔深
　　m 终到孔深
　　m 进尺
　　m 纯钻工时
　　h 钻孔总工时
　　h 纯钻工效m/h 生产工效m/h
　　清孔 30.75 35.55 4.80  48.53  
　　砂 35.55 38.35 2.80 5.66 6.66 0.49 0.42
　　泥质粉细砂 38.35 42.40 4.05 4.00 5.50 1.01 0.90
　　细砂 42.40 55.16 12.76 16.50 20.00 0.77 0.69
　　砂砾 55.16 57.07 1.91 2.00 2.50 0.95 0.95
　　含生物碎屑砂砾弱胶结层 57.07 61.01 3.94 7.00 7.50 0.56 0.53
　　粉质粘土 61.01 88.62 27.61 73.50 250.50 0.38 0.28
　　胶结层 88.62 92.75 4.13 15.50 17.50 0.27 0.26
　　中砂 92.75 96.68 3.93 5.50 6.00 0.71 0.66
　　胶结层 96.68 104.84 8.16 15.16 21.00 0.54 0.52
　　粉细砂 104.84 117.90 13.06 21.00 27.00 0.62 0.58
　　合计   87.15 165.82 412.69 0.53 0.44
　　
　　2.1.2旋挖钻机与回转钻机接力成孔施工
　　鉴于试桩的施工历时，结合施工区域的地层情况，选择旋挖钻机与回转钻机结合的方式施工，即在桩孔深度95m作为临界点，上部由TR400C型旋挖钻机成孔，下部以回转钻机气举反循环工艺接力成孔施工。其成孔施工的功效如表4所示，上部69.96m进尺，旋挖钻机仅耗时26.74小时，成孔总天数为4天。
　　海南洋浦大桥主5-22#桩成孔各地层施工工效（旋挖钻机施工）表4
　　地层名称 起始孔深m 终到孔深m 进尺
　　m 纯钻
　　工时h 钻孔
　　总工时h 纯钻工效m/h 生产工效m/h
　　粉质粘土 14.59 27.95 13.36 0.56 0.56 23.86 23.86
　　胶结层 27.95 35.35 7.40 1.17 2.17 6.32 6.32
　　粉质粘土 35.35 35.95 0.60 0.25 0.25 2.40 2.40
　　中砂 35.95 36.95 1.00 0.10 0.35 10.00 2.86
　　粉质粘土夹砂（较硬） 36.95 44.95 8.00 1.42 1.42 5.63 5.63
　　粉质粘土 44.95 51.95 7.00 1.50 4.00 4.67 4.67
　　细砂 51.95 57.45 5.50 1.00 1.00 5.50 5.50
　　胶结层 57.45 58.95 1.50 0.50 1.50 3.00 3.00
　　粉质粘土 58.95 63.85 4.90 1.00 1.00 4.90 4.90
　　粉质粘土含砾砂 63.85 79.95 16.10 7.50 11.66 2.15 1.51
　　细砂 79.95 84.55 4.60 1.75 2.83 2.63 1.63
　　中砂（回转钻机完成） 84.55 92.95 8.40 3.50 3.50 2.40 2.40
　　中砂（回转钻机完成） 92.95 106.99 14.04 20.50 52.00 0.68 0.36
　　粉质粘土（回转钻机完成） 106.99 117.98 10.99 7.50 10.00 1.47 1.22
　　合计   103.39 48.35 92.24 2.14 1.42
　　
　　2.2武汉江汉六桥主桥3#墩
　　武汉江汉六桥是武汉市城市规划的第六座跨越汉江的通道，主桥3#墩位于汉江汉口岸，设计有18根桩径2.5m，其施工平台为岸坡填筑而成，平台标高在+20.0～+20.5m，设计桩底标高为-97.0m，即钻孔深度在117.0～117.5m，护筒埋设深度4m。
　　该施工区域的地层依据地质勘探资料提示，自上而下主要为第一单元层为人工填土层汉江冲填与湖积层、第四系粘性土层、砂性土层、碎石土层；第二单元层为半成岩、灰岩、泥质粉砂岩、石英砂岩、含钙硅质碳质页岩岩层；第三单元层为灰岩、砂岩层及石英砂岩层。
　　2.2.1回转钻机施工
　　武汉江汉六桥主桥3#墩，旋挖钻机尚未到位时，即进行3-12#桩成孔施工。成孔工艺也为气举反循环，该钻孔各地层的功效分析如表5所示，孔深98.25m以上历时444小时达18.5天，成孔总天数24天。
　　武汉江汉六桥3-12#桩成孔各地层钻进工效（回转钻机施工）表5
　　地层名称 起始孔深m 终到孔深m 进尺
　　m 纯钻工时h 钻孔
　　总工时h 纯钻工效m/h 生产工效m/h
　　粉质粘土 0.00 15.85 15.85 50.50 140.50 0.31 0.11
　　细砂 15.85 30.35 14.50 27.50 38.50 0.53 0.38
　　粗砂 30.35 30.85 0.50 0.50 1.50 1.00 0.33
　　中粗砂 30.85 33.85 3.00 6.00 6.00 0.50 0.50
　　粗砂 33.85 61.85 28.00 26.00 35.50 1.08 0.79
　　卵砾砂 61.85 63.45 1.60 6.00 17.00 0.27 0.09
　　卵石 63.45 67.75 4.30 17.33 54.00 0.25 0.08
　　粘土 67.75 88.35 20.60 59.00 102.00 0.35 0.20
　　粉质粘土 88.35 98.25 9.90 40.50 49.00 0.24 0.20
　　石英砂岩 98.25 105.24 6.99 83.83 129.50 0.08 0.05
　　合计   105.24 317.20 573.50
　　 0.33 0.18
　　
　　2.2.2旋挖钻机与回转钻机接力成孔施工
　　旋挖钻机到位后，即行开始桩基施工，由于TR400C型旋挖钻机的钻杆长度及扭矩的局限，旋挖钻进深度仅在85～100m，即进入较为致密的硬质地层后改换回转钻机气举反循环工艺钻进成孔。其接力施工以3-1#桩为例，该桩孔各地层的成孔功效见表6所示，孔深96.7m以上仅耗时38.2小时，即1.5天，整孔的成孔周期为17天。
　　武汉江汉六桥3-1#桩成孔各地层施工工效（旋挖钻机施工）表6
　　地层名称 起始孔深m 终到孔深m 进尺
　　m 纯钻工时h 钻孔
　　总工时h 纯钻工效m/h 生产工效m/h
　　粉质粘土 0.00 10.00 10.00 2.0 2.0 5.00 5.00
　　细砂 10.00 43.96 33.96 8.0 8.0 4.25 4.25
　　中粗砂 43.96 60.96 17.00 6.0 6.0 2.83 2.83
　　粘土 60.96 63.96 3.00 2.0 2.0 1.50 1.50
　　园砾 63.96 65.00 1.04 0.5 0.5 2.07 2.07
　　卵石 65.00 67.00 2.00 0.5 0.5 4.00 4.00
　　粘土 67.00 93.00 26.00 10.00 14.0 2.60 1.86
　　石英砂岩 93.00 96.70 3.70 1.67 5.17 2.22 0.72
　　石英砂岩（回转钻机施工） 96.70 109.93 13.23 93.0 191.33 0.14 0.07
　　灰岩（回转钻机施工） 109.93 117.58 7.65 99.0 181.0 0.08 0.04
　　合计   117.58 222.67 410.50 0.53 0.29
　　
　　2.3功效分析
　　2.3.1海南洋浦大桥主5#墩功效分析
　　表3为试桩功效分析表，在孔深95m以上的覆盖层仅62m的纯钻耗时124.16小时，钻进总耗时达到358.69小时将近15天，成孔总历时17.5天。
　　表4为5-22#孔功效分析表，上部69.96m进尺的纯钻耗时16.75小时，旋挖钻机仅耗时26.74小时，成孔总天数为4天。
　　由表3、表4可以明显的看到，由回转钻机与旋挖钻机结合成孔钻进可以大大地降低了成孔周期。
　　2.3.2武汉江汉六桥3#墩功效分析
　　表5为3-12#桩成孔各地层钻进工效统计表，孔深98.25m以上纯钻历时233.3小时，总历时444小时达18.5天，成孔总天数24天。
　　表6为3-1#桩成孔各地层施工工效统计表，孔深96.7m以上纯钻耗时14.7小时，总耗时仅38.2小时，即1.5天，整孔的成孔周期为17天。
　　以上4个表格所反映的数据充分表明，两种钻孔设备的施工工效对比分析，旋挖钻机的纯钻工效明显高于回转钻机，旋挖钻机是回转钻机纯钻工效的6～10倍，生产工效更显优势，旋挖钻机是回转钻机的9～20倍。从上述各表所示，旋挖钻机的辅助作业时间短，而回转钻机的辅助作业时间远远大于旋挖钻机的辅助作业时间。无论是表3、表4中所反映的数据看，还是表5与表6所示的数据反映，在相同的地质条件下，桩孔的成孔周期明显的降低，海南洋浦大桥5#墩的成孔周期的降幅较大，武汉江汉六桥3#墩的成孔周期也有显著的效果。
　　3技术经济效果
　　以上两个工程项目的数据，显示了2种钻孔灌注桩成孔设备结合运行的优势，这对于以后类似工程项目的承接揭示了新的举措。
　　3.1成孔周期
　　上述表3、表5反映了回转钻机单独成孔周期，表4、表6展示了采用旋挖钻机接力成孔后的成孔周期，两个工程项目在成孔周期上都有较大幅度的降低。综合海南洋浦大桥5#墩工程，其成孔周期由15天降低到5天左右；武汉江汉六桥3#墩其成孔周期也降低了近一周时间。
　　3.2施工成本
　　众所周知，回转钻机能耗高，尤其是大型回转钻机的能耗更大，百米深的钻孔灌注桩其耗电量需3万千瓦小时，即使以1元/千瓦小时计为3万元；而TR400C型旋挖钻机相应深度的桩能耗在2000～2500升柴油，以现在的市场价7.50元/升计为1.5～2万元，但是因为其功效高，当两者结合运用则大幅度地缩短成孔周期，可以较大幅度地缩短施工工期，从而也大幅度地降低了施工成本。
　　4结语
　　目前，桥梁建设工程项目其桩基逐渐向着桩径大、桩长深的方向发展，建设工期又给承建施工的单位带来很大的压力，旋挖钻机施工的高效率将能得到充分展现。但旋挖钻机对地质地层的适应性明显不如传统的回转钻机，特别是硬质地质地层，尤其是深度超过百米的超大、超深桩基，如果采用两种设备接力成孔的施工工艺，使两种设备取长补短，充分发挥其各自优势，无疑将解决这一矛盾。我公司所承担的海南洋浦大桥桩基项目及武汉江汉六桥桩基工程项目都是成功的范例，这给旋挖钻机与回桩转钻机接力成孔施工工艺的应用将有非常广阔前景，也将取得更好的社会经济效益。

《旋挖钻机与回转钻机接力成孔工艺在工程中的应用实例》

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文章名称： 旋挖钻机与回转钻机接力成孔工艺在工程中的应用实例

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