桥梁工程钻孔桩施工钻机选型探讨

鹿存福 中国铁路上海局集团有限公司徐州枢纽指挥部

1 工程地质概括

新建连徐高速铁路东海特大桥工程地处苏北地区，横穿连云港和徐州两大重要城市。该处桥址地形平坦，但沿线所经过地层岩性较为复杂。按其成因和时代分为五大层，自上而下依次为：人工填筑土、第四系全新统冲积层黏性土、第四系上更新统冲积层砂土层、白垩系上统王式组沉积岩泥质砾岩、前震旦系混合变质岩。其中混合变质岩最为常见，岩性可分为片麻岩、花岗片麻岩、云母岩、石英岩四大类。

2 钻进选型施工中的性能问题

从工程地质概括来看，该桥址地层岩性较为复杂。其中片麻岩和花岗片麻岩最为常见，局部夹层石英岩脉，故而在钻机选型上，主要考虑冲击钻和旋挖钻两种类型的钻机。

该工程选用的钻机型号包含：二代单绳冲击钻、徐工XR360旋挖钻、山河智能SWDM42旋挖钻、德国宝峨BG46旋挖钻、徐工XR550D旋挖钻。其中旋挖钻主要负责168 m系杆拱和连续梁的主墩施工。

2.1 冲击钻

单绳冲击钻作为一种传统的钻机工具，具备施工工艺成熟、工程单价较低、市场供应量大、适应不同地层能力强等优点。

二代单绳冲击钻在传统钻具的基础上改革创新，每台冲击钻主机上搭载一台智能电脑，可以通过编制数码程序的方式，来实现电脑控制钻机的锤距以及钻进速率。完美的解决了单绳冲击钻人工操作，自动化程度低的问题，大大提高了钻进速率。二代单绳冲击钻在钻进过程中，采用泥浆护壁。泥浆在冲锤的作用下，会对孔壁产生一种挤压力，这种挤压力会使孔壁更加稳定，不宜塌孔。

当然在具体施工中，二代单绳冲击钻并没有克服传统单绳冲击钻的的一些弊端。比如单绳冲击钻的整体稳定性不好，易发生钻机易位现象；钻进过程中遇到软硬不均匀的斜岩时，锤头因受力不均匀，会发生锤头摆动现象，进而导致偏孔。除此之外，单绳冲击钻在取渣、清空、泥浆外运方面都较为麻烦，而且在钻进过程中噪音较大，易发生卡钻、吊锤现象。

2.2 旋挖钻

旋挖钻作为一种新型钻机类型，具有短距离移动方便、成孔速度快、机械化程度高、清空方便等优点。但较冲击钻缺单也很多，比如单价稍高，体型过大，长距离移动麻烦，耗能较高等。因此我们根据施工工期、地质条件、工程单价等因素，合理的引进了四类不同型号的旋挖钻机。

2.2.1 徐工XR360旋挖钻

徐工XR360旋挖钻机作为一款中小型旋挖钻机，采用进口川崎液压方式。由柴油机驱动液压泵动力头，动力头驱动钻杆，钻杆带动可伸缩专用旋挖底盘，回旋钻进，保证了钻机的整体稳定性。该钻机的最大钻进深度96 m，最大钻孔直径2.5 m，最大输出扭矩360 kN·m，这些技术参数，保障了该类钻机，对于桩径较小、桩长较短的桩基，具备较快的成孔速度。据统计桩长20 m，桩径1 m，入岩3 m的柱桩，此类钻机成孔需要（8～10）h。同等情况下，二代单绳冲击钻需要（36～48）h，大大提升了施工速率。此类钻机共进场两台，均布置在架梁方向上，目的是消灭桩基1m的柱桩，保证架梁机顺利通过标准墩。

2.2.2 山河智能SWDM42旋挖钻

山河智能SWDM42旋挖钻属于中型旋挖钻机，采用液压系统，节能安全。主、副卷扬机安装在回转平台上，大大降低倾翻载荷，从根本上保障了整机的稳定性。该钻机的最大钻孔深度105 m，最大钻孔直径3 m，最大输出扭矩418 kN·m，这些技术参数，使得此类钻机能够满足更为复杂的地质情况。此类钻机共进场2台，已经完成了采用(70+125+70)m连续梁方式跨越S464省道两侧的主墩的全部桩基工作，此连续梁主墩桩基2 m，每个主墩共计12根桩基。因机器故障、工程单价、地质复杂等原因，目前此类旋挖钻机退场一台，剩余一台现在布置在连续梁主墩东海特大桥516#墩。该旋挖钻机目的是解决采用 (48+80+48)m连续梁方式跨越S323省道两侧的主墩的全部桩基工作。据设计资料，此连续梁两侧主墩，东海特大桥516#墩和517#墩，桩径均为1.80 m，每个主墩均共计11根桩基，其中东海特大桥516#墩设计最小嵌岩7.82 m，据516#-4桩，实际地质核查资料显示，目前该桩基实际入弱风化片麻岩达到18.60 m。

2.2.3 德国宝峨BG46旋挖钻

宝峨BG46旋挖钻属于全进口德系旋挖钻，此类旋挖钻工作重量190 t，最大钻孔深度105 m，最大钻孔直径3 m，最大输出扭矩460 kN·m，这些技术参数加之全进口配套德系钻具，使得宝峨BG46旋挖钻在国内市场上，可以轻松傲视群雄。目前该设备布置在东海特大桥409#墩上，该墩为 (32+168+32)m系杆拱主墩。桩径2.5 m，桩长17 m，该墩台共计11根桩基，设计最小嵌岩6 m，设计方提供的勘探资料表明，岩石基本承载为800 kpa。据实际地质核查资料显示，实际嵌岩达10 m之多，岩石单轴抗压强度达到166 Mpa。考虑到工期紧急，实际地质过硬等因素，选用了宝峨BG46旋挖钻。由于该设备采用顶级的德系配置，进场费用过高，加之409#墩总桩长才187 m，进而导致该墩单价过高。为合理缩小单价，会让该设备打168 m系杆拱主墩409#墩间隙，将168 m系杆拱边墩410#墩一并打掉，后期还会让该设备去打其他连续梁主墩的桩基工作。

2.2.4 徐工XR550D旋挖钻

徐工XR550D旋挖钻的研发，主要针对国内特大桥、高速铁路、高速公路等大型工程建设市场需要。该设备采用自主研发的旋挖钻专用H型液压伸缩式履带底盘，装备大直径回转支撑，保证超强的稳定性和运输的便携性。该设备最大钻孔直径3.5 m，最大钻孔深度132 m，动力头最大输出扭矩为480 kN·m。该设备目前布置在系杆拱主墩408#墩上，目的就是争抢全线最大的系杆拱工期，保证架梁按期顺利通过。

3 相关施工经验数据

以单根柱桩为例，桩径1.25 m，桩长30 m，进入弱风化片麻岩4 m为例统计各钻机数据(详见表1)，以供参考。

表1 各种型号钻进相关参数对照表

4 结束语

合理的钻机选型对于钻孔桩施工具有重要的影响，因此在钻孔桩施工中要具体考虑工程实际。根据施工工期、地质条件、工程单价等因素，结合各种型号钻机的性能和优缺点，对所选机型进行合理的搭配，可有效提高工程质量，减少钻机闲置现象，增加工程效率。