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项目年度编号
2400120449
中图分类号
TU974
成果公布年份
2024
成果简介
1.课题来源与背景：超高层建筑的核心筒通常设计为大吨位大直径超深灌注桩，此类桩径往往超过2000mm。受区域地质的影响，特别是桩基如果位于区域断裂带上，成孔时需穿透上部超厚土层、破碎岩层嵌入中、微风化硬岩，以至于桩孔深度超深，有的孔深达80m，甚至超过100m。对于桩径大于2000mm、成孔孔深大于80m的大直径超深灌注桩，如采用旋挖机成孔作业，由于钻进时间长，受桩孔上部填土、淤泥及淤泥质土、砂性土等不利地层的影响，需要下放穿透不利地层的深长护筒以保护孔壁，防止成孔作业时孔壁坍塌、缩径；粘性土层钻进取土时，由于钻头下压切削作用，致使粘性钻渣极易糊至钻斗内壁，卸除钻渣，需反复甩动钻斗，产生高分贝非稳态噪音扰民；受钻机扭矩限制，如何高效经济地解决旋挖钻机在大直径超深灌注桩施工中遇到的质量、功效、安全、环保等问题，急需在现行施工方法中进行改进创新。
该公司承接"微众银行大厦桩基础工程"项目中，其大直径桩基桩设计桩径2500、2800mm，最大成孔孔深达96m，需穿透桩孔分布于桩孔上部人工填土、淤泥(淤泥质土)及松散砂层等不良地层，嵌固于微风化硬岩中。为克服旋挖机施工大直径超深嵌岩桩所产生的弊端，项目组选用大功率反循环钻机全液压回转钻进成孔，针对大直径超深灌注桩钻进成孔、二次清孔作业、孔口平台设置以及钻进过程中掉钻事故处理等各个施工关键环节进行了研究，形成了"超厚覆盖层大直径嵌岩桩钻进与清孔双反循环综合成桩施工技术"、"灌注桩回转钻进孔内掉钻磁卡式钻杆打捞施工技术"、"大直径灌注桩成桩孔口平台施工技术"等大直径超深灌注桩全液压回转反循环成桩关键配套施工技术。
2.技术原理及性能指标：
2.1技术原理：采用大功率履带式田野FXZ-400型全液压钻机液压加压全断面回转钻进，针对深厚土层工程特性差异配备不同类型的单、双腰带合金钻头，中、微风化硬岩采用滚刀钻头液压加压钻进，钻进过程中配合大流量砂石泵泵吸反循环排渣。大泵量气举反循环二次清孔，配置孔口消压滤渣装置缓冲高压反循环浆压。大直径超深孔回转钻进的大直径钻杆由丝扣连接，钻进过程如出现螺纹丝扣连接失效造成钻具脱落，采用自制磁卡打捞器精准打捞。
2.2性能指标：
一、液压加压全断面反循环回转钻进该技术选用田野FXZ400型履带式全液压反循环钻机钻进，液压加压旋转大功率动力头提供的扭矩及竖向压力通过高强合金钻杆传递至钻头，使钻头在钻孔内回转钻进，钻头在钻孔径向、竖向两个方向对岩土体同时钻凿，根据不同土层的物理力学性质配备不同类型的单、双腰带合金钻头，在软弱土层及粘土层钻进速控制进尺4～8m/h、钻压控制30～90KN；在砂性土、残积层和强风化层钻进控制钻速进尺1～4m/h，钻压60～120KN。中、微风化硬岩采用滚刀钻头全断面凿岩、一次性成孔钻进，控制钻速进尺0.2～0.6m/h，钻压为120～240KN。
二、大流量泵吸反循环钻进排渣钻机配备的砂石泵流量为800m<sup>3</sup>/h，为钻机匹配内腔净直径300mm的钻杆，利用钻杆内腔作为大直径出渣通道。
3.技术的创造性与先进性：
一、采用自动化程度高FXZ-400型全液压回转钻机成孔。FXZ-400型全液压回转钻机液压泵站、操纵室、履带行走系统、大流量砂石泵高度集成，便于移动机位及场地布置。机械拧卸钻具，配备小卷扬，减轻工人的劳动强度，提高工作效率。油缸直接给进与起拔钻具，结构简单，安全可靠，给进起拔能力大，钻机处理事故的能力强。
二、针对地层条件自制钻头、调整钻头结构加快成孔速度。针对不同土层配备不同类型的单、双腰带合金钻头。对钻头上起导正作用的合金腰带的数量及宽度、翼板的数量、翼板上焊接合金钢切削块的数量进行调整和组合，以适应不同性状的土层，从而达到快速钻进及保障钻孔垂直度的目的。岩石地层采用配重滚刀钻头液压加压桩孔全截面钻进，滚刀钻头后端采用直径为设计孔径环形合金钢配重，环形合金钢除了起配重作用外，在钻进的过程中还直到导正及保径作用，配重环前端根据基岩的风化程度设置8～12个乌合金碳钢合金滚刀头。各种钻头均根据钻进岩层不同的物理力学性质自行研制，可将岩层破碎成粒径均匀的岩渣，配合大流量砂石泵泵吸反循环及时排渣，并对钻速、单位时间进尺、及钻压进行精细化控制，从而达到快速成孔的目的。
4.技术的成熟程度，适用范围和安全性：该技术达到了成桩速度快、质量好、钻进无噪声、施工过程安全可靠的效果，取得了良好的经济效益与社会效益。适用于桩基础工程施工领域，经过实践检验，安全性良好。
5.应用情况及存在的问题：该技术已应用在数个桩基工程项目中，在施工效率、质量及施工噪声控制上都突显其优越性，解决了传统旋挖机施工大直径(≥2000mm)、超厚覆盖层(孔深≥80m)、入硬岩(入中、微风化基岩)施工覆盖层易塌孔、入硬岩钻进难、桩基施工噪声扰民、清孔效果差、成桩质量难以控制的难题，得到了设计单位、监理单位和业主的一致好评，取得了显著的社会效益。
6.历年获奖情况：无。
完成单位
深圳市工勘岩土集团有限公司
完成人
王志权 杨静 付文光 沙桢晖 雷斌 黄涛 董世昌 凌昊
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