长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术在北京地区桩成孔施工中的应用

长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术在北京地区桩成孔施工中的应用
发表时间：
2017-12-25T15:31:50.037Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第20期 作者： 陈树军 兰亮
[导读] 岩土钻凿工程在当前我国经济建设中已越来越重要，随着我国经济建设步伐的加快。

中国新兴建筑工程总公司
100079
摘要：岩土钻凿工程在当前我国经济建设中已越来越重要，随着我国经济建设步伐的加快，此类工程的国内外市场愈来愈大，要求也愈来
愈高，如何解决在复杂地层中桩成孔的难题也显得迫在眉睫。
在软硬结合的复杂地层或者坚硬岩层中的成孔施工机械与施工工艺很难选择，有些机械软硬地层不能兼顾，或者施工方法与工期要求、成
本控制有冲突，为决策带来很大的难度。为了解决在软硬结合的复杂地层或者坚硬的岩层中较大直径桩成孔的难题，我公司研究创新取得
了长螺旋钻机组合潜孔锤成孔施工技术。该技术适用于碎石、卵石层以及坚硬岩层或交互存在的地层中桩径在
400mm~800mm之间的护坡
桩、基础桩桩成孔。
长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术在北京文化硅谷酒店项目基坑支护工程、北京文化硅谷两岸文化中心抗拔桩工程、唐山君熙太和住宅小区
建设工程一期桩基工程得到了良好的应用。该施工技术对于孔径
400~800mm的入岩桩成孔有良好的适用性，具有施工简单、安全可靠、工
效高、节省造价等优点，具有广阔的推广应用前景。
关键词：长螺旋钻机；空气潜孔锤；桩；岩层

一、长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术概述
1
、工艺原理

长螺旋钻机组合潜孔锤成孔技术是将长螺旋钻机和空气潜孔锤有机的组合起来（如图1-1），对长螺旋钻杆进行特殊处理改造，使之完
全封闭不漏气，将常规长螺旋钻机的钻头替换成空气潜孔锤。螺旋钻杆的顶部与空压机的空气传送管道（橡胶软管）连接在一起，螺旋钻
杆底端与潜孔锤连接。成孔施工时空压机产生的高压气流通过中空的螺旋钻杆传递给潜孔锤，潜孔锤将高压气流转化成具有一定频率的冲
击功，达到连续破碎岩石的目的，在潜孔锤凿岩的同时由长螺旋动力头控制推力回转钻进，潜孔锤底部密集的合金钻头击打孔底不同的位
置，在风力作用下完成排渣。

对于上部是软弱地层，下部为岩坚硬地层（无地下水）的地质情况，上部使用长螺旋钻机的常规钻头钻进，下部采用组合钻机成孔。
对于坚硬地层，因为稳定性极好，使用组合钻机钻孔。钻杆形式既可为扇叶式，也可为在外加一层套管的形式。对于复杂地层，且有地下
水的情况，首先使用长螺旋钻机的常规钻头钻至碎石层或岩石层，然后采用组合钻机（跟管护壁）钻进。
2
、适用范围

适用于桩径在400mm~800mm之间的护坡桩、基础桩桩成孔。适用于复杂地层中成孔，特别是碎石、卵石层以及坚硬岩层或交互存在
的地层（地下水对成孔无影响）。
3
、技术特点

（1）用潜孔锤代替长螺旋钻机的常规钻头，使长螺旋钻机与潜孔锤有机地组合起来，形成一种新的组合式成孔机械。

（2）将潜孔锤安装在长螺旋钻机上，需要对钻杆进行一系列的改进创新，如钻杆的连接方式、钻杆与潜孔锤连接方式、钻杆与空压
机连接方式等。

（3）软弱地层中采用螺旋叶片进行排渣，在坚硬地层中采用潜孔锤的高压气流进行排渣。

（4）在长螺旋钻机动力头与钻杆间增加一个特制的进气装置，使空压机的空气管道与钻机的中空钻杆连接起来。该装置首先可将动
力头产生的扭矩传递给钻杆，回转钻进时空压机产生的高压气流连续进入钻杆为潜孔锤提供动力，同时进气口保持固定不动。

（5）在软硬地层交互存在，且有地下水的地质情况中，极易发生塌孔，为解决这一问题采用套管进行护壁，护壁的同时，套管与钻
头固定不动，同时回转凿岩钻进，成孔后，潜孔锤提升至孔外，套管仍留在孔内护壁，混凝土浇筑完毕再拔出套管。

（6）本施工技术具有施工简单、安全可靠、工效高、节省造价等优点。对于孔径400~800mm的入岩桩成孔有良好的适用性，长螺旋
钻机组合潜孔锤施工技术具有广阔的推广应用前景。

二、长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术的应用
1
、北京文化硅谷两岸文化中心抗拔桩工程

神州百戏剧场（北京（房山）历史文化旅游集聚区CG-076地块项目）北京文化硅谷两岸文化中心抗拔桩工程位于北京市房山区长沟镇
北正村北，紧邻房山世界地质博物馆。总建筑面积
160000 m2。开工时间为2011年7月，竣工时间2011年10月。

该工程基坑深度为14.50m，裙房为地上三层，采用抗拔桩进行抗浮处理，抗拔桩的直径400mm，桩长7.50m~9m，桩数413根。该工
程地层十分复杂，有粘土层、碎石层、中风化及微风化白云岩，各土层标高起伏剧烈，主要分为三种工况：工况
1、施工桩长以内上部为粘
土层，下部为岩石层，无地下水；工况
2、施工桩长以内的地层均为岩石层；工况3、上部为软弱土层0.5m~2.0m，软弱土层下为碎石层
0.5~1.0m
，碎石层下为中风化及微风化白云岩，局部存在岩层裂隙和溶洞夹层，夹层内充填粘土和碎石，其中碎石层和岩层裂隙中含有承
压水。抗拔桩成孔工艺采用长螺旋钻机组合潜孔锤成孔施工工法。经检测，施工质量满足设计及规范要求，施工安全无事故。
2
、北京文化硅谷酒店项目基坑支护工程

神州百戏剧场（北京（房山）历史文化旅游集聚区CG-076地块项目）北京文化硅谷酒店项目基坑支护工程位于北京市房山区长沟镇北
正村北，紧邻房山世界地质博物馆。开工时间为
2012年4月，竣工时间2012年6月。

基坑深度为14.50m，基坑支护采用桩锚结构。护坡桩直径800mm，桩长14.0m，桩数483根。桩身施工范围内的地质为粘土层、粉土
层、碎石层、中风化白云岩和微风化白云岩，局部含有碎石和粘土夹层。护坡桩成孔采用长螺旋钻机组合潜孔锤施工工法。经检测，质量
满足设计及规范要求，施工安全无事故。
3
、唐山君熙太和住宅小区建设工程一期桩基工程

唐山君熙太和住宅小区建设工程一期桩基工程建设地点位于唐山市龙华路西，龙华东道路南，龙泽北路路东，大学东道路北，地址较
为复杂。小区总建筑面积约
140000m2，结构设计为框架剪力墙结构。开工日期为2012年8月，竣工日期为2012年9月。
基础采用桩基础，桩数
375根，桩径600mm，桩长20m。地质为上部为粘土层，下部为强风化岩层，夹杂粘土层。桩基成孔采用长螺旋钻
机组合潜孔锤成孔施工工法。经检测，质量满足设计及有关规范要求，施工安全无事故。

三、长螺旋钻机组合潜孔锤施工技术工艺流程及操作要点
1
、工艺流程：施工准备→组装钻机→钻机就位 → 钻孔至设计深度→浇筑混凝土→清理地面渣土。
2
、操作要点
2.1
施工准备
1
、机械设备准备
1
）将长螺旋钻机的钻杆进行改造，每节钻杆的连接处保证贯通封闭不漏气，采用丝扣及螺栓连接。如图2.1-1所示。

2.2
钻机组装及就位

根据施工方案组装钻机后测量放线，定桩位。钻机就位后，应用钻机塔身前后、左右自带的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻
杆垂直对准桩位中心。
2.3
钻孔至设计深度
1
、地质工况1
1
）带有常规钻头的长螺旋钻机钻至坚硬地层，停止钻孔。（如图2.3-1所示）
2.6
、设备维护与保养
1
、潜孔锤是该组合钻机的重要构件，要保证潜孔锤的合理润滑，润滑油不够或没有润滑容易导致构件的磨损与损坏。
2
、施工中高频的震动会使钻机和钻杆接头的螺栓产生松动，应该定期（每天一次）检查这些部位的螺栓是否紧密，如有松动应及时
处理。
参考文献
[1]
刘国斌，王卫东，基坑工程手册—北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]JGJ120-99
，《建筑基坑支护技术规程》
[3]GB50202-2002
，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》
[4]JGJ94-2008
，《建筑桩基技术规范》
[5]
江正荣，建筑地基与基础施工手册，北京：中国建筑工业出版社，2005