隨著高層建筑、公路、鐵路、橋涵工程的發(fā)展對基礎(chǔ)工程的施工要求也越來越高,考慮建筑的載荷和工程地質(zhì)狀況、目前較大一部分工程樁基的施工要穿過第四系土層、卵石層等復(fù)雜地層,并將樁基礎(chǔ)的持力層設(shè)計(jì)在基體巖石上,提高單樁承載力,同時(shí)也給樁基礎(chǔ)施工提出了更高的要求,在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工成本高,又無法滿足卵礫石、漂石、塊石、基巖、施工難度大,易坍孔的情況下,20世紀(jì)90年代中期樁機(jī)制造廠為適應(yīng)市場要求,研制開發(fā)了沖擊反循環(huán)鉆機(jī)滿足樁基工程施工要求。
　　
　　1設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)及性能
　　
　　以濟(jì)南山東探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的CJF—12型和CJF—型為例的沖擊反循環(huán)鉆機(jī)。CJF—12型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)沖擊頻率40次/min,主副卷揚(yáng)提升能力為30kN,電動機(jī)功率45kW,不含反循環(huán)6BS泵。沖擊鉆頭重量4t,鉆頭為整體鑄造,耐沖擊、沖擊量大、鉆進(jìn)效率高,適應(yīng)于反循環(huán)沖擊直徑為800～1500mm樁。CJF—20型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)。主副卷揚(yáng)機(jī)提升能力50kN,最大鉆機(jī)直徑為2.0m鉆孔深度為80m,卷揚(yáng)沖程1.5～3.0m,沖擊頻率46次/min,主要機(jī)功率75kW,反循環(huán)泵組為3PNL和6BS泵可配液壓步履縱橫移位,其鉆頭除沖擊尖頭為耐磨材料外,其余為50mm以上鋼板焊制而成,也可配備多種規(guī)格鉆頭,此系列沖擊反循環(huán)鉆機(jī),適用于卵礫石、膠結(jié)卵礫石和嵌巖等復(fù)雜的基礎(chǔ)工程施工,廣泛應(yīng)用于橋梁鉆孔灌注樁,地下連續(xù)墻基礎(chǔ)工程。
　　
　　2施工工藝
　　
　　沖擊反循環(huán)破碎入巖工藝的破碎機(jī)理是利用沖擊鉆頭對巖石進(jìn)行較高頻率的沖擊,使巖石產(chǎn)生破碎,然后利用反循環(huán)排渣方式及時(shí)將破碎巖屑第一時(shí)間排出孔外。沖擊鉆頭由兩根鋼繩平衡連接,無論起、下鉆都非常方便,大大縮短了輔助時(shí)間。
　　
　　因此,沖擊反循環(huán)鉆頭是沖擊鉆進(jìn)的主要工具,其結(jié)構(gòu)的合理與否直接影響到鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。在沖擊鉆進(jìn)過程中,關(guān)鍵是沖擊和吸渣量是否匹配,也是確?？妆诜€(wěn)定正常鉆進(jìn)最基本最重要條件。在鉆進(jìn)過程中吸渣工作應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)地層和情況而定,不應(yīng)過量汲渣以免造成孔壁失穩(wěn)坍孔。發(fā)生埋鉆事故。另外,在沖擊過程中,必須經(jīng)常檢查鋼絲繩的磨損情況以及轉(zhuǎn)向裝置的靈活性和連接的牢固性,以防磨斷或因轉(zhuǎn)向不靈而扭斷鋼絲繩,發(fā)生掉鉆事故。
　　
　　根據(jù)地質(zhì)情況,鉆頭出量研磨材料提鉆時(shí)要應(yīng)經(jīng)常檢查,一般地層每小班至少提鉆一次檢查,復(fù)雜地層提鉆頭次數(shù)要增加,往往鉆頭底量和外出量在砂卵石和基巖中磨損嚴(yán)重,所以應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ),這樣就增加了修補(bǔ)鉆頭的鋪助時(shí)間,降低了純鉆進(jìn)沖擊時(shí)間,又減少了修補(bǔ)鉆頭的輔助時(shí)間,再則在提升鉆頭時(shí),要小心謹(jǐn)慎,尤其是在快到護(hù)筒底部將鉆頭慢慢提起,防止碰撞孔口護(hù)筒以免造成護(hù)筒底部坍孔或護(hù)筒錯(cuò)位或變形事故。
　　
　　3沖擊反循環(huán)鉆機(jī)與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在施工過程中的優(yōu)缺點(diǎn)
　　
　　我公司歷年來都是采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工,1999年后從山東探礦廠購置了沖擊反循環(huán)鉆機(jī)。通過甬臺溫高速公路樂清灣高架橋,蕪湖清水河特大橋,鄭州市鄭上路—西三環(huán)立交橋,福建福寧高速霞浦段,包括目前在施工的錢江四橋南樁基等工程施工及特點(diǎn)。
　　
　　根據(jù)已施工的工程,不同的地層、不同的區(qū)域但鉆進(jìn)口徑相同來對比,發(fā)現(xiàn)沖擊反循環(huán)與回轉(zhuǎn)正循環(huán)各有各的優(yōu)點(diǎn),一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時(shí),通過小班報(bào)鉆孔記錄報(bào)表,取各程平均數(shù)據(jù)分析,回轉(zhuǎn)鉆機(jī)要比沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工快1.2倍,且因沖擊反循環(huán)鉆機(jī)自重大搬遷困難、時(shí)間長等因素,在土層中施工不如回轉(zhuǎn)正循環(huán)鉆機(jī)快,但在卵礫石層、基巖施工中,沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)明顯比回轉(zhuǎn)鉆機(jī)要快3倍,一般5cm以下礫石要快2倍以上,5～10cm礫石要快3倍以上,而且沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)5級以下的巖石,鉆進(jìn)速度比回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)要快5～6倍,從上述情況分析來看,沖擊反循環(huán)在施工復(fù)雜地層即卵石層,嵌巖鉆孔樁成孔速度上優(yōu)點(diǎn)明顯,尤其在一些丘陵山區(qū)地帶較為適用,優(yōu)越性更加顯著。如:福建福寧高速霞浦段就是一個(gè)典型的例子,整個(gè)樁成孔時(shí)間比回轉(zhuǎn)鉆機(jī)快3倍以上。
　　
　　對樁孔成型方面,沖擊反循環(huán)施工孔徑一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時(shí)為防止坍孔,仍然采用正循環(huán)沖擊鉆進(jìn),但易縮徑,但樁的垂直度比較好。在卵、礫石層施工中都采用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn),由于沖擊力較大,容易坍孔,充盈系數(shù)偏大,根據(jù)我公司已施工的幾個(gè)工程數(shù)據(jù)表明,在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)段的平均充盈系數(shù)為1.15;而沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)段的充盈系數(shù)則為1.25,在土層中的充盈系數(shù)沖擊和回轉(zhuǎn)基本接近在1.1。
　　
　　在成本消耗方面:在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,沖擊反循環(huán)的成本消耗要比回轉(zhuǎn)鉆機(jī)消耗大,主要沖擊鉆機(jī)動力功率大、耗電量高。再則鋼絲繩消耗大,因沖擊耗繩、自身重量大,搬遷運(yùn)輸成本大等,但在卵、礫石層、漂石、塊石、基巖施工中,沖擊鉆進(jìn)效率高,而回轉(zhuǎn)鉆機(jī)研磨材料消耗大,鉆進(jìn)速度慢,成孔周期
　　長,成本比沖擊鉆進(jìn)大5倍以上,如遇大漂石、大塊石、硬度較高的花崗巖回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是無法鉆進(jìn),只用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)來完成。
　　
　　在環(huán)境影響方面,沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)振動對周圍環(huán)境影響比回回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)要大,特別是沖擊下部堅(jiān)硬基礎(chǔ)巖面時(shí),沖擊振動對周圍產(chǎn)生聲音較大,影響人們休息。
　　
　　4體會
　　
　　總之,在施工基礎(chǔ)時(shí),設(shè)備的選型非常重要,對不同的地層采用不同的施工工藝方法,從我們多年來的施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備使用情況來看,在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),其成本低,成孔質(zhì)量好,樁機(jī)自重輕,搬遷方便等優(yōu)點(diǎn)較為適應(yīng);而在卵礫石、漂石、塊石、基巖等復(fù)雜地層及舊基處理方面施工,使用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)較為適應(yīng),因可加快施工周期,提高鉆進(jìn)效益,確保工程質(zhì)量。因此我們在施工鉆孔樁時(shí),要根據(jù)現(xiàn)場條件、工期要求、地制質(zhì)情況及成本分析等,用科學(xué)的方法來選擇設(shè)備和工藝手段,用最佳的施工工藝,在保證質(zhì)量、工期、安全的情況下產(chǎn)出最佳的效益。