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项目年度编号
2400120114
中图分类号
TU473.14
成果公布年份
2024
成果简介
1.课题来源与背景：大直径灌注桩钻进遇中、微风化硬岩持力层时，通常采用分级扩孔钻进工艺，但当硬岩地层存在倾斜岩面或岩体完整性差存在发育裂隙、破碎带时，采用分级扩孔钻进入岩的过程中，小直径钻头在孔内无侧向支撑，钻进时极易产生偏斜，钻孔纠偏难度大、耗时长，导致钻进效率低、增加施工成本，难以保证桩孔质量。
2021年5月，该公司作为分包单位承接深汕特别合作区"深汕科技生态园A区(2栋、3栋、4栋)桩基础工程"，设计最大灌注桩桩径ø2400mm，桩端持力层为中、微风化花岗岩，中风化岩裂隙发育、岩体较破碎，设计要求桩端入中风化岩16m或入微风化岩0.5m，平均桩长48m。现场采用宝峨BG46旋挖钻机进行灌注桩施工，入岩拟通过直径1600mm、2000mm、2400mm钻头分三级扩孔钻进，实际入岩成孔过程中，受中风化岩层裂隙发育、岩体破碎、强度不均的影响，在采用直径1600mm钻头钻进入岩时，由于钻头下入直径2400mm的空孔内，在钻具无侧向约束的条件下受破碎岩面的影响，以及入岩钻进时的震动造成钻孔严重偏斜，而在下一级扩孔时由于前期偏孔造成分级钻进岩壁厚度不均，以致于进一步扩大钻孔偏差，导致入岩段桩孔垂直度超标，无法满足桩孔质量要求。该公司研究提出首次入岩钻进时采用上扶正钻头施工先导孔，上扶正导向段直径与桩孔设计直径相同，为入岩开孔钻进提供有效的侧向支撑，以克服岩体破碎或倾斜岩面出现的偏孔问题；在后续分级扩孔时，采用下扶正旋挖导向钻头钻进，下扶正导向段直径保持与上一级入岩钻孔直径相同，下扶正为旋挖钻头在岩层中扩孔提供导向；在下一级扩孔中，持续采用下扶正扩孔钻头，直至完成硬岩段逐级扩孔。
2.技术原理及性能指标：
2.1技术原理：该技术适用于桩基础工程施工领域，具体而言涉及一种大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工技术，在首次入岩钻进时采用上扶正钻头施工先导孔，上扶正导向段直径与桩孔设计直径相同，为入岩开孔钻进提供有效的侧向支撑，以克服岩体破碎或倾斜岩面出现的偏孔问题；在后续分级扩孔时，采用下扶正旋挖导向钻头钻进，下扶正导向段直径保持与上一级入岩钻孔直径相同，下扶正为旋挖钻头在岩层中扩孔提供导向；在下一级扩孔中，持续采用下扶正扩孔钻头，直至完成硬岩段逐级扩孔。这种旋挖导向分级扩孔钻进的施工方法，通过在旋挖钻头上的上扶正、下扶正设置，有效保证了钻孔垂直度，达到硬岩钻进效率高、成孔质量好的效果。
2.2性能指标：以ø2400mm灌注桩入存在倾斜岩面或岩体完整性差存在发育裂隙、破碎带等情况的岩层为例说明。
第一级入岩采用上扶正钻头，其主要由上扶正导向和旋挖钻筒组成，两者通过钻杆相连；其中，上扶正导向直径2400mm、长度600mm，为短圆柱状对中定位导向装置；下部旋挖牙轮钻筒直径1600mm、长度1500mm。
下扶正钻头主要由牙轮钻筒和下扶正导向组成，两者通过钻杆相连。
(1)第二级入岩采用的下扶正钻头，其上部牙轮钻筒直径2000mm、长度1300mm；下扶正导向直径1600mm、长度700mm，由截齿钻筒改造形成为短圆柱状定位导向装置。
(2)第三级入岩采用的下扶正钻头，其上部牙轮钻筒直径2400mm、长度1300mm；下扶正导向直径2000mm、长度700mm，由截齿钻筒改造形成为短圆柱状定位导向装置。
3.技术的创造性与先进性：通过在旋挖钻头上增设上扶正导向钻头及下扶正导向钻头，巧妙地设计扶正钻头与各级钻孔直径一致，以孔壁对扶正导向提供侧向定位支撑，完成硬岩逐级扩孔钻进，有效保证了钻孔垂直度，避免了偏位和斜孔处理的机械使用、人工投入和钻具损耗，形成新型的分级扩孔施工技术。
4.技术的成熟程度，适用范围和安全性：经过一系列现场试验、工艺完善及研究总结、参数优化，最终形成了系统的"大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工技术"，制定了标准的工艺流程、操作要点和系统的质量、安全标准控制方法，取得了显著成效，实现了高效、安全、经济的目标，达到预期效果。
适用范围：适用于适用于桩径不小于ø2000mm的旋挖灌注桩，适用于抗压强度超过60MPa且裂隙较发育的硬岩地层灌注桩分级扩孔施工，安全性良好。
5.应用情况及存在的问题：
5.1应用情况：通过"深汕科技生态园A区(2栋、3栋、4栋)施工总承包"工程、"深圳国际会展中心(一期)基坑支护和桩基础工程(三标段)"等多个项目的实践应用证明，大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工技术在施工质量把控、钻进效率提升、工程成本控制等多方面都突显出了独特的优越性，解决了传统大直径旋挖灌注桩入硬岩采用分级扩孔钻进易偏孔的问题，为大直径入硬岩灌注桩施工提供了一种创新、实用的工艺技术，得到建设单位、设计单位和监理单位的一致好评，取得了显著的社会效益。
5.2存在的问题：该技术研究设计上扶正、下扶正2种新型导向钻头，在实际应用中需根据桩基直径、地层条件、入岩深度等进行制作加工，需提前做好施工进度安排，避免造成工期延误。
6.历年获奖情况：无。
完成人
朱陶园 刘彪 雷斌 孔德健 童心 高世泉 黄晓凯 巫剑松
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