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1沖抓錐技術性能及工作原理

1.1適用范圍沖抓錐是為了開發(fā)和施工建筑、交通、水利等基礎工程而研制的一種單鋼絲繩自動掛卸成孔設備，其具有適用范圍廣、工效高、結構簡單、操作和維修方便等優(yōu)點。沖抓錐除在一般地層（如砂土層、粘土層等）可順利鉆進鑿孔外，對卵礫石層、礓石（孤石、漂石）層以及雜填土層等松散復雜地層同樣具有較高的鉆進效率。沖抓錐鉆進工藝為上述復雜地層鉆進成孔提供了一種最有效的方法，而且還可以撈取孔內雜物及石塊，是修復廢井的最好工具。此外，若配置相應的沖擊鉆頭，還可在基巖地層中施工。

1.2技術規(guī)格造孔深度：不大于50m；造孔直徑：⌀600~1500mm；卷揚起重能力：3000kg；塔架有效高度：5.4m；配套動力（電動機）：22kW。

1.3工作原理沖抓錐由吊環(huán)、自動掛卸器、配重體、連桿、開合機構、滑輪組、錐瓣等組成。沖抓錐工作時，依靠自重向孔底沖擊，張開的錐瓣插入孔底地層。沖擊后操縱卷揚機，鋼絲繩先通過滑輪組將四片錐瓣閉合，挖取孔底泥砂或礫石，然后將整個錐頭提出孔外，利用固定于塔架上的自動掛卸器實現(xiàn)自動掛卸。掛牢掛鉤后放松鋼16絲繩，即張開錐瓣，取出的孔內雜物卸于孔口出渣斗車中。待出渣斗車拖離孔口后，便可將錐頭從掛卸器上脫下，再進行沖擊，開始下一輪循環(huán)作業(yè)，周而復始以達到造孔目的。沖抓錐瓣的開閉由自動開合機構完成，錐頭的掛卸由自動掛卸器完成，沖抓錐的沖擊力可由調整配重體塊數(shù)和改變沖擊高度予以控制。多功能沖抓錐施工原理如圖1所示。

2施工組織及工法要點

沖抓錐施工工藝與常規(guī)鉆探方法有較大區(qū)別，因而在施工準備、人員配置、設備安裝等方面亦有不同之處。在人員配備方面，單機實行二班倒制，每班核定施工人員5人，分別為：操作工（帶班班長）1人，輔助工（包括供水、供電、泥漿配置）2人，出渣工2人。帶班班長負責做好施工記錄（重點關注地層變化）。造孔期間應連續(xù)作業(yè)，正常情況下不允許中途停工，以防鉆孔坍塌。施工現(xiàn)場“三通一平”工作完成并具備開工條件后，人員、設備和機具即可進場，按甲方要求進行測量放線以確定樁孔位置。孔位確定后，即著手進行設備的安裝以及機具、物料準備工作。機具準備包括主機、動力、輔助設備及其它配套設施的準備工作；物料準備包括灌注材料、井管、礫料、造漿粘土、泥漿處理劑等材料的準備工作。在設備安裝過程中，安設自動控卸器時，要注意使掛卸器中心與天車滑輪、孔位中心在一條直線上。控卸器的位置距離地面3.2~3.5m范圍內為宜，以使沖抓錐瓣提出孔口張開卸料時不受孔口出渣斗車限制，又能使接繩器上行時不受天車滑輪限制。沖抓錐所施工地層一般為松散破碎且膠結性差的地層，為防止鉆孔坍塌，在每個樁（孔）沖抓前必須下好孔口護筒，周圍用粘土夯實，并合理布設泥漿填充系統(tǒng)（包括泥漿池及通向孔口的泥漿槽）。根據(jù)地層變化情況，可加入一定量的泥漿處理劑，開孔后應連續(xù)不斷地向孔內補充泥漿，以保證泥漿充滿整個鉆孔。

3施工實例

2005年度我們通過競標承攬了甘肅蘭州某大廈鉆孔灌注樁工程及用于基坑降水的降水井工程。根據(jù)施工地層情況，在設備選型上優(yōu)先選擇投入8JZ型沖抓錐鉆機4臺（套），合計完成⌀800mm鉆孔灌注樁196根，⌀600mm降水井12眼，鉆探有效工作量4256m，創(chuàng)產(chǎn)值256.5萬元，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1工程地質概況施工區(qū)地層自上而下依次為：①雜填土層：0~2.4m，層厚2.4m。雜色，主要成分為黃土、爐渣、磚石等建筑垃圾，偶見礫徑較大的塊石和卵石；②黃土、亞粘土互層：2.4~5.2m，層厚2.8m。黃褐色，軟塑狀，可見云母碎片且有層理，具紅色粘性土團塊，下部夾粉細砂；③礫巖：5.2~9.0m，層厚3.8m。亞圓狀，礫徑一般在30mm以內，有粗砂夾層，礫石面可見膠結物;④卵礫石層：9.0~18.6m，層厚9.6m。呈不規(guī)則橢圓狀，礫徑一般大于30mm，最大礫徑達80mm，其成份主要為石英巖、花崗巖、變質巖等，礫砂充填，顆粒含量大于60%；⑤細砂巖：樁基持力層，18.6m以下。磚紅色，性脆，上部強風化段約0.8m，下部中風化段約1.0m，以下為微風化段。設計要求入微風化巖0.5m以上且經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理取樣認可方可終孔。

3.2技術措施根據(jù)施工場地工程地質條件和選用的施工工藝特點，以“控制上部孔段的坍塌超徑，提高中部孔段的造孔效率，合理選擇下部孔段的入巖鉆頭”為中心環(huán)節(jié)和工作重點，施工中采取了如下技術措施：（1）單孔施工開始階段根據(jù)工程地質勘查所揭露的填土層厚度及成份，確定所下孔口護筒的長度，一般護筒應下入至黃土亞粘土互層中，長度以2.5m為宜。在護筒的埋設上，樁孔測量定位后，預先進行人工挖坑或直接用沖抓錐挖取至黃土亞粘土互層，然后下入孔口護筒，其周圍用粘土回填夯實。在進行回填時，切忌采用塊狀石頭，因為施工中上返的沖洗液有沖刷孔壁的作用，回填的石塊在護筒周圍有可能形成“架空狀態(tài)”，造成護筒的錯位或傾斜，嚴重時可引起孔口周圍的坍塌。因此在護筒周圍必須用粘土回填并分層夯實，使之超強穩(wěn)固。（2）沖抓錐在工作中由于對施工地層進行頻繁的脈動沖擊，極易造成孔壁坍塌和鉆孔超徑，因此在施工中（特別是卵礫石層鉆進中）采用大比重、高粘度的泥漿回灌措施，以增加孔內靜水壓力，保持孔壁穩(wěn)定。泥漿的配制應選用優(yōu)質粘土，必要時加入適當?shù)奶幚韯Ｎ覀冊趯嶋H施工中所采用的泥漿配方及性能指標如表1、表2所示。（3）對于少量孔內坍塌嚴重并已形成“大肚子”的樁孔，可以采用回填法處理。我們的做法是：孔內回填粘土與添加少量水泥的混合物，停待8h以上待回填物密實穩(wěn)定后，再進行造孔施工。用此種方法處理如效，可采用二級護筒護壁，施工時上部采用比設計樁徑大一級的護筒護壁，在其下部采用小徑護筒護壁，小徑護筒可用鋼絲繩系掛，隨鉆孔的加深逐漸跟進，并配合使用大比重高粘度的泥漿護壁。（4）根據(jù)地層不同情況，選擇適宜的鉆進工藝和鉆頭，采用合理的鉆進規(guī)程，是提高鉆探效率和確保工程質量的關鍵。卵礫石層粒徑不一，巖性不均，且一般埋于砂層下部，常規(guī)回轉鉆探方法阻力大、效率低、事故多。施工此類地層我們曾嘗試使用牙輪鉆頭和滾刀鉆頭，均效果不佳，實踐證明，采用沖抓錐鉆探工藝在卵礫石層鉆進成孔是目前最為有效的施工方法。在施工工藝和規(guī)程上，除配合使用護筒（泥漿）護壁外，重點是根據(jù)不同地層情況，合理控制沖程高度，在卵礫石層鉆進時沖程高度一般控制在0.5~0.8m較為適宜。（5）粒徑較大的漂石、孤石、礓石的處理：一般埋深較淺時，可進行人工或機械挖掘，較深時可采用筒式肋骨合金鉆頭進行切割清除，施工時應輕壓慢轉，同時配合沖抓錐抓取。采用筒式肋骨合金鉆頭切割取芯困難時，可先采用小徑合金鉆頭（⌀168mm）在孔底打適量小眼，割分成塊狀，然后配合沖抓錐進行撈取。（6）下部孔段持力層鉆進時，由于砂巖性脆，故在硬度較低的強風化—中風化段可繼續(xù)使用沖抓錐鉆進，待效率明顯減低后，換用同徑鑄鐵式十字鉆頭沖擊鉆進，配合撈砂筒撈取孔內巖渣，直至終孔。

4結語

沖抓錐鉆進工藝方法的成功應用，為我們在西北地區(qū)復雜地層進行基礎工程鉆探施工提供了新的手段，開辟了新的途徑。通過實踐和探索，我們在各類復雜地層應用多功能沖抓錐進行地基與基礎工程鉆探施工取得了較好的施工效果，其工藝技術特點如下。（上接第18頁）

4.1優(yōu)點（1）沖抓錐結構簡單，操作容易，安裝、拆卸、維修、搬遷方便，其鉆進工藝能在較短時間內為工人所接受和掌握；（2）適應性強。不但能在一般地層如粘土、砂土、砂礫石層中使用，而且在復雜地層（特別是卵礫石層）中鉆進成孔具有較好的使用效果；（3）沖抓錐鉆探技術工藝簡單、實用，不需要特殊、復雜的鉆探工具和研磨材料，成本低、速度快、效率高、質量好；（4）使用沖抓錐進行鉆探施工不破壞地層的原狀結構，利于地質技術人員觀察描述地層結構、產(chǎn)狀，了解卵礫石層的原級配樣。如對機具進行適當改進，以應用于工程地質勘察在卵礫石層鉆探取芯，亦不失為一種較為理想的施工方法；（5）施工現(xiàn)場文明干凈。由于沖抓錐可在無需泥漿護壁的地層中干孔作業(yè)，因而孔內取出的巖屑極易拉運出渣。即使是泥漿護壁的鉆孔，由于巖屑大多未經(jīng)回轉鉆進那樣破碎攪拌混合，清潔拉運亦較為容易。

4.2缺點（1）沖抓錐鉆進工藝具有一定的局限性和使用條件，不能施工結構致密、完整的地層，甚至膠結性較好的卵礫石層，其鉆進效率亦較低，更不能在基巖地層施工；（2）沖抓錐深孔施工能力有限，不能施工設計較深的鉆孔，其施工能力一般在50m范圍內，具有較大的局限性；（3）用沖抓錐進行鉆探成孔時，鉆孔超徑（充盈）系數(shù)較大，一般可達1.20以上，在基礎工程施工中相應加大了灌注材料的消耗，增加了鉆探成本。

作者：李國智單位：甘肅省地礦局第四地質礦產(chǎn)勘查院