隨著高層建筑、公路、鐵路、橋涵工程的發(fā)展對基礎工程的施工要求也越來越高,考慮建筑的載荷和工程地質(zhì)狀況、目前較大一部分工程樁基的施工要穿過第四系土層、卵石層等復雜地層,并將樁基礎的持力層設計在基體巖石上,提高單樁承載力,同時也給樁基礎施工提出了更高的要求,在回轉鉆機施工成本高,又無法滿足卵礫石、漂石、塊石、基巖、施工難度大,易坍孔的情況下,20世紀90年代中期樁機制造廠為適應市場要求,研制開發(fā)了沖擊反循環(huán)鉆機滿足樁基工程施工要求。
　　
　　1設備的主要技術參數(shù)及性能
　　
　　以濟南山東探礦機械廠生產(chǎn)的CJF—12型和CJF—型為例的沖擊反循環(huán)鉆機。CJF—12型沖擊反循環(huán)鉆機沖擊頻率40次/min,主副卷揚提升能力為30kN,電動機功率45kW,不含反循環(huán)6BS泵。沖擊鉆頭重量4t,鉆頭為整體鑄造,耐沖擊、沖擊量大、鉆進效率高,適應于反循環(huán)沖擊直徑為800～1500mm樁。CJF—20型沖擊反循環(huán)鉆機。主副卷揚機提升能力50kN,最大鉆機直徑為2.0m鉆孔深度為80m,卷揚沖程1.5～3.0m,沖擊頻率46次/min,主要機功率75kW,反循環(huán)泵組為3PNL和6BS泵可配液壓步履縱橫移位,其鉆頭除沖擊尖頭為耐磨材料外,其余為50mm以上鋼板焊制而成,也可配備多種規(guī)格鉆頭,此系列沖擊反循環(huán)鉆機,適用于卵礫石、膠結卵礫石和嵌巖等復雜的基礎工程施工,廣泛應用于橋梁鉆孔灌注樁,地下連續(xù)墻基礎工程。
　　
　　2施工工藝
　　
　　沖擊反循環(huán)破碎入巖工藝的破碎機理是利用沖擊鉆頭對巖石進行較高頻率的沖擊,使巖石產(chǎn)生破碎,然后利用反循環(huán)排渣方式及時將破碎巖屑第一時間排出孔外。沖擊鉆頭由兩根鋼繩平衡連接,無論起、下鉆都非常方便,大大縮短了輔助時間。
　　
　　因此,沖擊反循環(huán)鉆頭是沖擊鉆進的主要工具,其結構的合理與否直接影響到鉆進效率和質(zhì)量。在沖擊鉆進過程中,關鍵是沖擊和吸渣量是否匹配,也是確?？妆诜€(wěn)定正常鉆進最基本最重要條件。在鉆進過程中吸渣工作應根據(jù)鉆進地層和情況而定,不應過量汲渣以免造成孔壁失穩(wěn)坍孔。發(fā)生埋鉆事故。另外,在沖擊過程中,必須經(jīng)常檢查鋼絲繩的磨損情況以及轉向裝置的靈活性和連接的牢固性,以防磨斷或因轉向不靈而扭斷鋼絲繩,發(fā)生掉鉆事故。
　　
　　根據(jù)地質(zhì)情況,鉆頭出量研磨材料提鉆時要應經(jīng)常檢查,一般地層每小班至少提鉆一次檢查,復雜地層提鉆頭次數(shù)要增加,往往鉆頭底量和外出量在砂卵石和基巖中磨損嚴重,所以應及時進行修補,這樣就增加了修補鉆頭的鋪助時間,降低了純鉆進沖擊時間,又減少了修補鉆頭的輔助時間,再則在提升鉆頭時,要小心謹慎,尤其是在快到護筒底部將鉆頭慢慢提起,防止碰撞孔口護筒以免造成護筒底部坍孔或護筒錯位或變形事故。
　　
　　3沖擊反循環(huán)鉆機與回轉鉆機在施工過程中的優(yōu)缺點
　　
　　我公司歷年來都是采用正循環(huán)回轉鉆機施工,1999年后從山東探礦廠購置了沖擊反循環(huán)鉆機。通過甬臺溫高速公路樂清灣高架橋,蕪湖清水河特大橋,鄭州市鄭上路—西三環(huán)立交橋,福建福寧高速霞浦段,包括目前在施工的錢江四橋南樁基等工程施工及特點。
　　
　　根據(jù)已施工的工程,不同的地層、不同的區(qū)域但鉆進口徑相同來對比,發(fā)現(xiàn)沖擊反循環(huán)與回轉正循環(huán)各有各的優(yōu)點,一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時,通過小班報鉆孔記錄報表,取各程平均數(shù)據(jù)分析,回轉鉆機要比沖擊反循環(huán)鉆機施工快1.2倍,且因沖擊反循環(huán)鉆機自重大搬遷困難、時間長等因素,在土層中施工不如回轉正循環(huán)鉆機快,但在卵礫石層、基巖施工中,沖擊反循環(huán)鉆進明顯比回轉鉆機要快3倍,一般5cm以下礫石要快2倍以上,5～10cm礫石要快3倍以上,而且沖擊反循環(huán)鉆進5級以下的巖石,鉆進速度比回轉鉆進要快5～6倍,從上述情況分析來看,沖擊反循環(huán)在施工復雜地層即卵石層,嵌巖鉆孔樁成孔速度上優(yōu)點明顯,尤其在一些丘陵山區(qū)地帶較為適用,優(yōu)越性更加顯著。如:福建福寧高速霞浦段就是一個典型的例子,整個樁成孔時間比回轉鉆機快3倍以上。
　　
　　對樁孔成型方面,沖擊反循環(huán)施工孔徑一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時為防止坍孔,仍然采用正循環(huán)沖擊鉆進,但易縮徑,但樁的垂直度比較好。在卵、礫石層施工中都采用沖擊反循環(huán)鉆進,由于沖擊力較大,容易坍孔,充盈系數(shù)偏大,根據(jù)我公司已施工的幾個工程數(shù)據(jù)表明,在回轉鉆機進段的平均充盈系數(shù)為1.15;而沖擊反循環(huán)鉆進段的充盈系數(shù)則為1.25,在土層中的充盈系數(shù)沖擊和回轉基本接近在1.1。
　　
　　在成本消耗方面:在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,沖擊反循環(huán)的成本消耗要比回轉鉆機消耗大,主要沖擊鉆機動力功率大、耗電量高。再則鋼絲繩消耗大,因沖擊耗繩、自身重量大,搬遷運輸成本大等,但在卵、礫石層、漂石、塊石、基巖施工中,沖擊鉆進效率高,而回轉鉆機研磨材料消耗大,鉆進速度慢,成孔周期
　　長,成本比沖擊鉆進大5倍以上,如遇大漂石、大塊石、硬度較高的花崗巖回轉鉆機是無法鉆進,只用沖擊反循環(huán)鉆機來完成。
　　
　　在環(huán)境影響方面,沖擊反循環(huán)鉆進振動對周圍環(huán)境影響比回回轉鉆進要大,特別是沖擊下部堅硬基礎巖面時,沖擊振動對周圍產(chǎn)生聲音較大,影響人們休息。
　　
　　4體會
　　
　　總之,在施工基礎時,設備的選型非常重要,對不同的地層采用不同的施工工藝方法,從我們多年來的施工經(jīng)驗和設備使用情況來看,在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,采用回轉鉆進,其成本低,成孔質(zhì)量好,樁機自重輕,搬遷方便等優(yōu)點較為適應;而在卵礫石、漂石、塊石、基巖等復雜地層及舊基處理方面施工,使用沖擊反循環(huán)鉆進較為適應,因可加快施工周期,提高鉆進效益,確保工程質(zhì)量。因此我們在施工鉆孔樁時,要根據(jù)現(xiàn)場條件、工期要求、地制質(zhì)情況及成本分析等,用科學的方法來選擇設備和工藝手段,用最佳的施工工藝,在保證質(zhì)量、工期、安全的情況下產(chǎn)出最佳的效益。