郭新庆
【摘 要】通过对冲击钻进技术理论分析,定性讨论各因素对钻孔桩冲击钻进速率的影响关系,再结合龙青高速城阳高架桥的钻孔桩施工,分析现场钻孔数据,得到不同地层所对应钻孔参数的变化关系,总结出各冲击锤在不同地层宜采用合适的钻孔参数和相应钻进速率.研究结果可指导本工程或类似工程钻孔桩施工. 【期刊名称】《建筑机械（上半月）》
防爆voc在线监测系统【年(卷),期】2019(000)006
防雷开关【总页数】4页(P93-96)
【作 者】郭新庆
【作者单位】中铁十八局集团第三工程有限公司,河北涿州072750移动消防泵
【正文语种】中 文
【中图分类】TU753.3
1 工程概况
城阳高架桥是龙口至青岛高速公路莱西（沈海高速）至城阳段的项目。本单位施工起讫桩号为K147+742.5-K151+130，为城阳高架桥前半部分，长度3.3875km。有桩基154根，其中φ1.8m的28根，φ2m的80根，φ2.2m的46根，桩基础大部分为支承桩，存在岩体构造破碎带的局部地段采用摩擦桩基础，桩长8～33.7m。为了更好的完成施工，本桥桩基施工采用冲击钻成孔，泥浆护壁。护筒做为泥浆循环池，废弃的泥浆及钻渣通过自卸汽车运到指定弃渣场。 施工过程中，由于地质复杂，钻孔桩施工困难，桩基施工成为工程施工重难点，制约工程进度。因此，对钻孔桩施工过程进行分析，出影响钻孔进尺的关键因素，从现场施工中总结出合理的钻孔参数来提高钻孔速率，加快桩基施工十分必要。
2 冲击钻进技术
冲击钻成孔是利用具有较大重量的冲击钻头（冲击锤），在一定的高度范围内上下往复冲击，利用冲击钻头的冲击能将硬质土或岩层破碎，再用正循环法、反循环法通过泥浆悬浮孔底破碎的岩屑和碎渣而获得进尺［1］。
2.1 冲击钻进技术参数分析
钻进技术参数的确定是冲击钻进工艺的关键［2］。单位时间内的冲击锤冲击功A0可按下式求得
式中 M——冲击锤重量；
a——冲击锤下落的加速度；
H——冲程；
n——冲击频率；
g——重力加速度。
其中，冲击锤下落的加速度a可通过下式计算
式中 ρl——孔内泥浆密度；
ρ2——钻头密度。
单位体积破碎功a0的关系式如下表示
式中 V——单位时间内岩石破碎的体积；
D——冲击锤直径；
Vm——冲击钻进速率。
真空垫则冲击钻进速率Vm的表达式为
通过式（4）可以得到：钻孔直径和岩石破碎功确定，冲击钻进速率与冲击锤的重量、冲击锤下落的加速度、冲程和冲击频率成正比关系。
2.2 影响冲击钻进因素
2.2.1 冲击锤重对破碎速度的影响
由公式（4）的关系可分析得：冲击钻进速率主要由冲击锤下落所做的功——冲击功决定。通过式（1）发现：冲击功与冲击钻重量成正比关系。因此，增加锤重是加快冲击锤钻进的一个重要因素，但是锤重受到桩径限制，另外冲击机械、卷扬机等也制约锤重。因此，选择合适冲击锤是冲击钻孔的首要因素［2］。
2.2.2 冲程和冲击频率对破碎速度的影响
冲击钻孔过程中，冲击频率和冲程彼此之间相互制约。如果要增大冲程，则冲击频率必定要减小。反之，要增大冲击频率时，也必须要减小冲程。通过理论分析知道冲程越大，冲击锤下落所做的功就越大，钻头碎岩效果就更好，因此钻孔施工中可采用较大的冲程。但如果在坚硬岩石上施工，冲程过大，加载速度过大，对钻头损伤严重，影响钻机整体使用寿命，甚至出现断锤等现象。
另外，冲击频率与岩石切削破碎频率的匹配关系是影响破岩钻进的重要因素。对于不同岩性的切削破碎频率，与之匹配的冲击频率也不同［3］。当所施加的冲击频率与岩石切削频率相一致时，其冲锤齿凿岩深度的提高将与冲击荷载相一致。如果冲击频率过低，或是冲击间距过大，在破岩过程中将形成不连续的冲击坑，那么两次冲击破碎形成的裂隙将难以中远电梯
贯通，出现“岩脊”现象，从而使破碎效果降低［4-6］。反之，若冲击间距小，则会在原有冲击坑上发生重复破碎，增加能耗。因此，冲程与冲击频率二者之间可采用合理的取值，能够满足不产生“岩脊”，也不重复破碎的状态［7，8］。
2.2.3 泥浆比重的影响
当泥浆密度过小时，影响钻进效率。这是因为冲击钻进是通过泥浆悬浮孔底破碎的岩渣，从而使冲击锤能够击打新鲜的岩面。如果泥浆密度较小时，孔底的岩渣将不能及时清除，会在孔底形成一层岩渣垫层，这将减弱冲锤在孔底的冲击作用，造成岩渣重复破碎，影响冲击钻速的提高［1］。
当泥浆密度过大时，由式（2）可以看出，泥浆的比重与冲锤的下降加速度成反比，即降低单位时间内的冲击锤冲击功；同时，它会使冲锤的下降和压轮的上升不能很好吻合；当冲锤下降加速度小，则冲锤尚未到达孔底前压轮已经回升，使得部分冲击能消耗在冲击梁的弹簧上，甚至会牵制冲锤使其不能冲击孔底，形成“打空”现象。另外，钻进时泥浆比重大，浓度较高，使钻具在冲钻过程中旋转角度不足，因而形成梅花孔。
3 平潭海峡公铁两用特大桥冲击钻孔数据统计分析
3.1 冲击锤的选择
水位显示器平潭海峡公铁两用特大桥（B0-B58）桩基施工根据设计孔径的大小，采用的冲击锤各参数如表1所示。由于平潭海峡公铁两用特大桥地质复杂，床面基岩坚硬（取芯最大抗压强度达到210MPa），因此冲击钻头和钻齿采用特殊材料加固。
表1 冲击钻头参数编号 钻头类型钻齿样式1 4爪 铸铁 10 1.8 铸铁 条形2 4爪 中炭铸钢 10 1.8 2.5钻头材质钻头重量/t钻头高度/m钻头直径/m钻齿材质中炭铸钢 棱形3 5爪 中炭铸钢 10 1.8 中炭铸钢 棱形4 5爪 中炭铸钢 11.5 1.95 2.8 中炭铸钢 棱形
续表?
3.2 冲程的影响
根据平潭海峡公铁两用特大桥（B0-B58）钻孔桩地质复杂，各地层的岩性不同，岩石的硬度、力学性质也不同。因此，在冲击钻孔过程中采取的冲程也不同。遇到软弱岩（土）基时，可采用较大的冲程；遇到较硬的岩基时，应适当减小冲程；若遇到强度大、岩石完整性好的弱（微）风化凝灰岩（花岗岩）时，可采用低冲程、高冲击频率。图1是对现场各地
层钻孔采用冲程统计。
