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【摘要】文章首先对弱风化岩层相关内容进行了概述，然后根据钻孔施工工艺，采用对比法对弱风化砂岩弟子桩基施工中钻机的选择进行了深入分析。进而指出了适用于弱风化岩砂夹岩地质桩基工程的施工工艺和钻具选择。希望本文的浅见能为同类工程施工提供有益的借鉴。
【关键词】弱风化砂岩；钻孔灌注桩；冲击钻；钻头
【中图分类号】TU753.3【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）10-0077-02
1.弱风化岩层相关内容概述
风化岩，指的是岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化昌盛的。根据风化程度的不同可分为未风化、弱风化、中风化、强风化、全风化和残积土几种类型。所谓弱风化岩层，即结构和构层清晰，岩质新鲜，表面有轻微的风化，锤击起来感觉声音清脆，不易击碎的次坚石和坚石。如大理岩砂岩、坚实的白岩、密实的石灰岩。片麻岩、玢岩、安山岩、玄武岩和辉长岩、闪长岩、辉绿岩和花岗岩（中等颗粒和细小颗粒）等都属于弱风化岩范围。经过专业测量，其坚实系数f约为8.0～25.0，承载力为500～1000kPa。通常情况下，当遇到此类岩石时，多用爆破法开挖，在笔者过往参建的此类工程中，也曾尝试过用镐钳和大锤等人工作业方式，施工效率不高，且难以达到施工设计要求。故此，不建议使用此方法。
就目前而言，桩基工程在公路、铁路、水利、房建和基础处理等工程领域的应用日益广泛。在工程实践中，因桩基施工方法和机械设备的选用与工程地的地质、地层和桩径等多种因素有关，因此，笔者在此不能一一论述，仅针对弱风化砂岩夹板地质条件下桩基成孔工程的钻具选择进行研究。
2.施工工艺的确定
由于桩基根据材料的不同、受力情况的不同和施工方法的不同分为多种类型，而本文中研究的桩基则主要指的是钻孔灌注桩。在其施工中，根据破碎岩土的差异，可将其分为冲击式（冲击钻）、旋转式（旋挖钻）和振动螺旋冲抓综合式（螺旋钻）等几大类型。其应用中的不同之处在于动力的传递方法、钻头型式和排土方法。其中，冲击钻具有施工工艺简单、便于操作的特点，特别是在孤石的砂卵石层、坚硬土层、流砂层等较为适用。且具有成孔坚固的优点。旋挖钻则在均质粘性土和小粒状粘性碎石土层较为常用，其钻孔直径约为400～1000毫米。螺旋钻的钻机直径多介于300～800毫米间，在地面条件多变地区更为适用。
结合当前的实际应用情况，冲击钻应用最多的包括手拉式冲击钻和机械式冲击钻两大类型，后者的学名为“五卡思”，即我们常说的磕头钻。而手拉式冲击钻在施工中用到最多的就是十字钻头、三翼钻头和一字钻头，冲程高度在2-4米之间。此类钻机的成孔优点有孔壁坚固、较少发生塌孔问题，使用岩层多；不足之处为冲击频率不高，约8-10次/分。机械式冲击钻应用最多的就是管型空心钻、十字钻头、一字钻头、刀口钻头和岩石钻头等几大类，冲程高约0.4-0.8米，优点为孔壁坚固，冲击频率高，约35-38次/分；不足之处在于对施工场地要求严苛，设备维修技术水平和维修成本高等。基于上述分析，结合本文研究桩基施工的地质条件，笔者认为该工程桩基施工中冲击式钻机应作为首选施工工艺。
3.钻机的选择
基于弱风化砂岩夹板岩的地质情况，要想使桩基能快速成孔，过去通常会采用两种方法：一种是提升大冲锤的质量，另一种则是提高冲锤的冲程。而在笔者看来，这两种方法都没有切中要害，笔者认为在工程实践中应将机具、钻具和施工工艺的选择作为重点。而在机具和钻具的确定中，还应结合工程的实际情况，因地制宜的加以选择。
以笔者曾参与建设的某弱风化砂岩地质桩基施工工程为例，其承台桩径为1.25米，桩深44米，根据当时的地质勘测，发现该处地层从上到下分为砂黏土，厚度至16米深，然后是砂硃卵石层，分布深度在16米至20米处；其承载力R处于150～250kPa范围间，而20～28米深处的承载力R值达到了650～850kPa。加之该项目的施工点正好分布在地质断裂带上，所以岩体自身还具存在自下而上的倾斜凸起现象。所以在本工程中尝试了如下三种不同机具的施工方法。
3.1手拉式冲击钻的应用
在本工程中所选用的这种手拉式冲击钻是十字钻头，直径达1.22米。重为4.80×103kg，锤体高2.1米，钻刃用的是T8号的钢制，用虎爪型使之与钻头间焊接牢固。淘渣用的泥浆泵正循环排泵人工清渣法。在施工前，按照设计要求进行埋设护筒准备，并将护壁材料调好。开孔过程中需加入一定量的石块和黏土浆，待孔深约3～4米时进入施工阶段，设定冲程，对泥浆比实时监控。在0～16米砂黏土段的正常施工中，发现护壁情况良好，此段施工共用时18小时；而在16～20米的砂硃卵石层开孔时，将泥浆比重增大，采用人工排渣法，钻头底部有磨损，微整后可继续使用；待到20米深的砂岩石头灰地层时，于约21米处再次加大泥浆比，此时进尺速度较上一阶段变慢，钻头底部及刃角度受损严重，补修频率提高。而到达27米深度时出现了钢绳位移问题，需填石调整后再次钻孔。从20米～44米的弱风化砂岩夹板岩地层手拉式冲击钻的施工完成共用时240天，存在严重的超方问题。
3.2机械式冲击钻的应用
在第二次施工中用的是机械师冲击钻，冲程设定为80厘米，钻头用管型空心钻，直径同手拉式冲击钻中的十字钻头，质量下降了0.6x103kg，锤体较之前高了1.4米，淘渣方式为抽桶淘渣法。同样是在前20米内正常施工，护壁度良好，开孔深度20米后对泥浆比例调整，此阶段的施工进度较快，冲击钻有效磨损，成孔总用时16天，没有卡锤和偏孔问题，超方比前一种施工方法要少很多。
3.3机械式冲击钻、管型空心钻和刀口钻的联合应用
第三次在联合应用了机械式冲击钻、管型空心钻和刀口钻进行桩基成孔施工之后，发现：开孔方式与机械冲击钻方法相同，清渣用淘渣抽桶法，0～18米段正常施工，钻孔深入20米后，适当加大钻孔冲程。经过前后对比，此种方法较前一种具有施工快、钻头磨损小、维修方便、维修成本低、五卡锤和偏孔问题，超方在合理区间等突出优势。
4.结论
经过本工程中对三种不同施工方法的应用表明：在弱风化砂岩地质桩基施工的钻机选择中，机械式冲击钻、管型空心钻是施工首选，为了使施工效果更好，桩基成孔速度和成孔质量更高，还应选备一个刀口钻头。
参考文献
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