注桩的成败,首在于钻孔。钻孔质量直接决定了桩身的完整性、承载力的可靠性,其应用最广泛的成孔方法有三种。 01回旋钻机成孔
利用钻杆底端装置的钻头(鱼尾钻头、牙轮钻头等)在孔底旋转切削、破碎岩土,同时通过泥浆循环系统将钻渣排出孔外,从而形成桩孔。分正循环钻孔和反循环钻孔。
优势:
1)地层适应范围较广,通过在钻杆上安装加压或减压装置,可以施工从软土到硬岩的多种地层,尤其在粘土、砂土层中表现稳定。
2)钻进深度大,理论上钻进深度仅受钻杆强度限制,可实现超百米深桩的施工。
3)孔壁质量好,稳定性高,循环的泥浆能在孔壁上形成一层致密的泥皮,有效支护孔壁。
4)施工噪声和振动小,对周边环境影响较小,适合在居民区等对环保要求较高的区域施工。
5)钻机的购置和租赁成本较低,技术成熟,易于推广。
不足:
1)施工效率相对较低,排渣速度慢,整体成孔效率远低于旋挖钻机。
2)需要制备大量的泥浆并设置庞大的泥浆循环系统,施工后产生的大量废浆和钻渣处理困难,环保压力大,处置成本高。
3)场地要求高,需要较大的场地来布置泥浆池、沉淀池和循环槽。
4)在孤石、漂石层钻进困难,遇到大粒径的坚硬障碍物时,容易发生“卡钻”。
适用于各种粘土、粉土、砂性土、淤泥质土等软土地层,以及场地条件允许设置泥浆循环系统,对噪声和振动控制有要求区域的桩长较长、孔径适中的成桩需求。
02冲击钻成孔
一种利用冲击式钻机或卷扬机,将具有一定重量的特制冲击钻头提升到一定高度后,让其自由下落,利用重力产生的巨大冲击能周期性、反复地冲击、破碎岩土层,从而形成桩孔的施工方法。
优势:
1)破岩能力强,对付坚硬地层优势突出,依靠动能冲击,有效地破碎大粒径卵石、漂石、坚硬基岩等难以处理的地层。
2)冲击钻机结构相对简单,购置、租赁和维修成本都远低于其他大型设备,成本低廉。
3)成孔深度和直径大,适应性强,在孤石、裂隙发育等复杂地层中成孔成功率高。
不足:
1)施工效率低,作业过程是“提升-下落-冲击-捞渣”的间歇性循环,而非连续钻进,大部分时间消耗在捞渣和辅助作业上,整体成孔速度慢。
2)成孔质量较差,冲击易导致孔壁呈梅花形或扁孔,钢丝绳摆动可能导致孔斜,对冲孔操作要求高。
3)泥浆排放大,废浆处理成本高,环保压力大,且巨大的冲击力会产生强烈的振动和噪音,直接周边建筑物和生活环境。
4)在松散砂层或软土层中,巨大的冲击力会扰动孔壁,容易导致坍塌。
适用于含有大粒径卵石、漂石及坚硬基岩(石灰岩、花岗岩)的复杂地层,尤其是山区公路、铁路桥梁等野外桩基施工,或者对环保、振动要求较低的区域。
03旋挖钻机成孔
利用全液压驱动的、可伸缩的钻杆和底部带有活门的桶式钻斗,通过钻斗的旋转切削岩土,并将切削下的原状土体直接装入钻斗,然后快速提升至地面卸渣,如此循环直至形成设计深度的桩孔。
优势:
1)成孔效率极高,实现了“切削-取土-排渣”的机械化循环,一个循环仅需数分钟,其成孔速度通常是回旋钻和冲击钻的5~10倍。
2)成孔质量好,钻斗的静态切削对孔壁扰动小,且钻斗的护壁作用能有效保持孔形,垂直度高,孔底沉渣少。
3)无需庞大的泥浆循环系统,泥浆用量极少,施工现场相对整洁,环保性能突出。
4)采用液压系统和电脑控制,操作简便,定位精准,对操作人员的经验和体力依赖小。
5)地层适应范围较广,通过更换不同材质的钻头,有效应对从粘土、砂土到强风化岩的多种地层。
不足:
1)设备购置与运营成本高,其价格和台班费用远高于回旋钻和冲击钻。
2)处理大直径孤石、漂石困难,钻斗无法有效啃食大粒径障碍物,容易导致偏孔、卡钻。
3)钻机自重巨大,需要坚实、平整的场地来支撑,软弱场地需进行硬化处理,场地地基要求高。