大直径气动潜孔锤在温州某中风化岩层起伏较大场地内的应用

摘要：本文以工程实例为背景阐述了潜孔锤在中风化基岩起伏较大场地内的实际应用情况，并详列了潜孔锤与普通钻孔机械的使用效果和使用成本的比较。

关键词：潜孔锤；钻孔时间；钻孔费用；成桩质量

中图分类号： P634 文献标识码： A

1，工程及地质概况

温州瓯浦公共租赁住房（廉租房）项目位于温州翠微大道与过境公路交叉口西南面800米处。一期总面积74517，其中地上52733，地下21784。为六栋18层住宅，一栋27层住宅，一层商业及社区配套，以及一层大地盘满铺地下室。根据温州市勘察测绘研究院提供的勘察报告显示，本工程场地范围内从浅至深主要有以下土层：①1层素填土；①2层粘土；②1层淤泥；③3层含碎石粉质粘土；④1层粘土；④2层粘土；④3层含碎石粉质粘土；⑤2层粘土；⑨层含碎石粉质粘土；⑩1层全风化基岩；⑩2层强风化基岩；⑩3层中风化基岩。其中⑩3层起伏较大，整个地块岩层面为左上角高右下角低。

地下室底板面结构标高为-6.350m，底板折算厚度0.8m，顶板折算厚度0.30m，覆土厚度1.2m。抗浮设计水位在室外地面标高，室内外高差0.3m，标准柱网8.1mx6.3m。部分区域中风化岩层上土层较薄，侧摩值较小，如按传统钻孔灌注桩入岩1m作为抗拔桩，所需桩数较多，不利于控制造价和工程进度。综合实际情况，舍弃上部土层的侧摩力，通过加深进入中风化层的深度来增加钻孔桩的抗拔力。

结合破坏性试桩的静载结果及地质报告，设计要求抗拔桩进入⑩3中风化层3m，直径为0.6m和0.8m，直径0.6m桩抗拔承载力特征值为1000KN，直径0.8m桩抗拔承载力特征值为1500KN；承压桩进入⑩3中风化层1m，直径为0.6m，0.7m，0.8m及0.9m，所需达到的承压承载力特征值分别为2900KN，4000KN,5000KN,6000KN。

2，选用设备概况

因抗拔桩进入中风化持力层较深且直径较大，一般设备难以达到要求，本工程钻孔设备采用大直径气动潜孔锤(专利ZL20091012569.1)。

大直径气动潜孔锤钻孔灌注桩是指直径≥600mm，采用气动潜孔锤钻孔的灌注桩。潜孔锤是以压缩空气为动力介质与洗孔介质，压缩空气在潜孔锤身中产生高频冲击功，作用于布满柱状合金牙的锤头冲击岩石，使之破碎。锤头直径略小于钢护筒，钢护筒下端焊有护筒钻头，潜孔锤锤头与护筒钻头破碎后的岩石颗粒与粉尘受锤头排出的压缩空气向上吹入螺旋钻杆，由螺旋叶片向上从出渣口排出桩管外，从而实现快速破碎孔内岩石，加快了钻进速度，克服了坍孔问题，减少了环境污染，提高了工效。

气动潜孔锤底盘支座大，稳定性好，桩架高，可施工桩长可达20-30m。配套的螺杆空气压缩机，容积流量 25 -33m3/min，额定排气压力2.4-3.5Mpa，视桩径大小与岩性特征由一至二台并联使用，以满足凿岩、排渣、清孔的需要。

气动潜孔锤的施工流程：①桩位放样及桩机就位；②冲钻成孔及排渣；钢护筒随潜孔锤钻进，而跟进至基岩面后，关闭外动力头， 钢护筒停止钻进，内动力头带潜孔锤继续冲钻入岩至设计孔深；③终孔后清孔；④桩机移位及吊安钢筋笼；⑤下导

管灌注水下砼；⑥起拔套管。

3，与传统钻孔设备的理论性能比较

①成本比较：传统冲击钻，承压桩540根，计算造价1693.8万元；抗拔桩1158根，计算造价1693.8万元。潜孔锤，承压桩540根，计算造价1693.8万元抗拔桩580根，计算造价2765万元（成孔按500元/米计，钢护筒套用市政定额）。

②时间比较：传统冲击钻，按一台桩机5天完成1根桩计算，根据现场场地和施工提供用电情况，最多安排20台桩机，总桩数1698根，需425天；潜孔锤，按一台桩机一天完成5根桩，进场一桩机，总桩数1120根，需224天。

③质量比较：传统冲击钻，采用泥浆护壁，易出现塌孔、缩径等现象，界面难判定、沉渣难控制；潜孔锤，采用钢护筒护壁，可以保证桩孔在施工过程中不会发生塌孔、缩径等现象。

④其余比较：传统冲击钻，有泥浆排放，设备较多，管理难度加大；潜孔锤，无泥浆排放，设备少易管理。

4，实际应用情况

本工程用此设备完成了20根静载荷试验桩，包含根11承压桩和9根抗拔桩。根据温州市岩土公司提供的地基基础检测报告，抗拔桩静载荷试验均能满足设计要求；承压桩实际情况差异较大，共计5根承压桩不合格。其中pys1为桩头处破坏，经过接桩后重新试验，满足要求。其余4根承压桩均为桩身破坏，pys2设计要求加载值为7500KN，在加载至1000KN时就发生破坏。剔除pys1，本工程静载荷承压桩不合格率为36.4%。

通过分析基础检测报告及现场打桩记录，判定桩身质量缺陷部位存在与桩底处，即作为持力层的硬质岩层（⑩3层中风化基岩）与上一层较软岩层交界处。因本工程⑩3层中风化基岩层在场地内起伏较大，最高处和最低处相差17.2m，整个岩层面近乎为一斜面。当钢护筒随潜孔锤钻进至基岩面后停止钻进，而潜孔锤继续冲钻至设计孔深；此时套筒底部与中风化岩层为非严密接触，在岩面低的一侧存在一段空隙，容易引起外侧软土涌入，存在类似缩径现象，此处亦成为薄弱部位，引起桩身破坏。

5，结论

根据以上分析，当通过计算确定承压灌注桩需进入中风化基岩层较深时，大直径气动潜孔锤能够充分发挥它的性能，并能节约时间和控制桩身质量。但当基岩倾斜度较大时，因设备的套筒不能随钻头下沉，反而易形成桩身缺陷，降低承压承载力。