冲击钻机在地下连续墙施工中的应用

中冶天工上海十三冶建设有限公司  王明月

摘要：冲击钻机是地下连续墙施工中常用的成槽机械，依据其自身施工特点，结合工程地质情况，可以在地下连续墙施工中起到成槽、冲导向孔、冲击基岩、清除地下障碍物等多项用途。

关键字：冲击钻机  成槽  导向孔  基岩

前言

地下连续墙是利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。地下连续墙技术起源于欧洲，它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而来的，经过几十年的发展和积累，其技术已经相当成熟，并在世界各地得到了广泛的应用。

我国于1958年首次应用地下连续墙技术在青岛丹子口水库修建了水坝防渗墙，到目前为止，全国绝大多数省份都应用了此项技术，从最初用作防渗墙和临时挡土墙发展为地下结构的一部分或主体结构，最近十年更被用于大型深基坑工程中。我国使用的成槽机械主要有：旋转切削多头钻、双轮铣槽机、液压抓斗和冲击钻机等，本文主要讨论冲击钻机在地下连续墙施工中的应用。

冲击钻机简介

冲击钻机是基础工程中常用的施工机械，采用钢丝绳悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击旋转，将土层或岩层破碎成孔，部分碎渣挤入孔壁中，大部分成为泥渣经由泥浆循环排出孔外，其所成孔孔壁较坚实、稳定、塌孔少，因此在灌注桩和地下连续墙施工中被广泛应用。

目前国内使用比较广泛的是简易冲击钻机，它由简易钻架、冲锤、转向装置和双筒卷扬机等组成，构造简单，操作方便，不仅适用于黄土、粘性土或粉质粘土、人工杂填土等土层，在砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用效果也很好，是一般岩土工程机械所不能比拟的。但其冲孔时噪声大，碎渣置换费工费时，成孔速度慢，泥渣污染环境。

 简易冲击钻机 

冲击钻机在地下连续墙中的应用

冲击钻机既可单独进行地下连续墙成槽施工，又能与其他成槽机械配合使用，还可用于清除地下障碍物，而其自带的卷扬装置又能够配合浇注水下砼等。冲击钻机在成槽施工中根据工程地质情况又可分为全冲成槽、冲导向孔、基岩成槽等。

1、全冲成槽

地下土层为砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层等，强度较高，抓斗无法进行作业，或施工防渗墙时地下水与附近水系连通，并随之流动形成动水压力时，抓斗成槽速度太快，无法形成有效护壁等情况时，可采用冲击钻机全冲成槽。

全冲成槽是利用冲锤自由落体产生的动能将土体或岩石击碎成孔，碎渣经泥浆循环而置换出来，在单幅槽段内依次相连冲击若干个圆孔，最后用特制的方锤修孔、扫孔，将这些圆孔修成条形的地下连续墙槽段。

2、冲导向孔

在某些地区地下连续墙施工采用传统的“三冲两抓”或“两冲一抓”工艺进行成槽。“三冲两抓”工艺为：地下连续墙单元槽段长度划分为5m左右，先用冲击钻机在槽段端头和中点处冲钻3个导向孔，孔间距控制在2.5m左右，严格控制其垂直度，再用液压抓斗抓取导向孔间剩余土体而成槽。

3、基岩成槽

    在地下连续墙成槽施工中，如果遇到砂砾石层、漂石层或基岩时，其他成槽机械就受到，而冲击钻机能够很好地解决这一问题。冲击钻机在基岩中冲钻成槽工艺是先冲主孔，再冲其余部分（副孔），主孔与副孔之间搭接并间隔布设，最后用方锤修孔，切除残留的边角岩体（锤蜡），其方法与冲击钻机“全冲成槽法”有很多相似之处，但也有其各自的特点。

4、清除地下障碍物

在地下连续墙成槽施工过程中，如果碰到大块孤石或遇有搅拌桩、灌注桩等地下障碍物导致液压抓斗无法正常取土时，可采用冲击钻机清理地下障碍物。冲击钻机就位，冲锤对准孤石、搅拌桩或灌注桩等反复冲击直至将其击碎，经由泥浆循环置换出来。但如若地下障碍物一半在槽段内、一半在槽段外直接冲击容易导致斜孔，此时应对不同情况进行不同处理：地下障碍物为探头石的，应填充优质的粘土块或碎石，采用低锤密击，并反复扫孔，直至将探头石击碎；地下障碍物为搅拌桩或灌注桩的（部分在槽段内），直接冲击无法保证成槽的垂直度，此时宜将导墙扩大，将整个桩截面包括进导墙内，然后用重锤“轴线对冲、低锤密击”的方法将整条桩击碎或冲击至设计标高，碎渣通过泥浆循环置换出来。

5、配合浇注砼

冲击钻机自带双筒卷扬装置，在地下连续墙浇注水下砼施工中可以代替吊车下导管、提拉蓄料斗、拆管等，能够节约部分施工机械费。

施工中常见问题及预防处理措施

1、孔斜

孔斜产生的原因：当遇到块石或孤石，基岩面倾斜，土层软硬不均，钻机底座未安置水平或发生不均匀沉陷时，会发生孔斜现象。

预防及处理措施：当遇到块石、孤石或基岩面倾斜时，应回填碎石，采用低冲程高频率冲钻并反复扫孔，直到将孔扫直，再用高冲程冲进；进入软弱不均地层时，应低锤密击，保持孔底平整，穿过此层后再正常钻冲进；经常检查和调整钻机底座水平度。

2、掉锤

掉锤产生的原因：钢丝绳磨损断裂，绳卡松脱，卡锤后钢丝绳被拉断。

预防及处理措施：经常检查钢丝绳及绳卡等的磨损松脱情况，有破损不能继续使用时应立即更换；掉锤后用铁锚进行打捞，或用抓斗抓起。

3、卡钻

卡钻产生的原因:冲孔不圆；冲锤刃角磨损过大未及时补焊；中途停电，冲锤留在槽孔内，被泥沙埋住；上部塌落物卡住冲锤；放绳太多，冲锤倾斜顶住孔壁。

预防措施：经常进行往复扫孔；经常检查冲锤刃角磨损程度，如有磨损及时补焊或更新；中途停电要及时将锤提出；经常检查孔内泥浆质量，及时补充新鲜泥浆，并置换掉性能恶化严重的废浆；加强工人培训教育，提高操作技能水平。

处理措施：若孔不圆，冲锤有向下活动空间，可使冲锤向下活动并转动，在孔径较大处提出冲锤；采用不同的频率、拉力或不同的方向上拉冲锤；在卡锤的四周多冲几个孔，将其周围土体冲掉而卡锤松脱；用抓斗直接抓至卡锤位置，将锤提出。

4、塌孔

塌孔产生的原因：泥浆比重不够，不能形成坚韧的泥皮，起不到护壁作用；地下水位过高，泥浆液面标高不够；在松软土层进尺过快，泥浆高速流动冲刷槽壁；成孔后搁置时间太长。

预防措施：加强泥浆管理，在不同土层选择合适的泥浆比重和粘度；及时向孔内补浆，提高泥浆液面，保证高于地下水位不小于1m；在松软土层成孔要控制进尺，不要过快或空置时间太长；加强施工管理，尽量缩短搁置时间。

应用实例

    广州市轨道交通五号线【三溪站至鱼珠站区间明挖段】位于广州市中心区的东面，黄浦区东部，区间线路从【三溪站】向东下穿深涌，然后沿黄埔大道东路东行，再向东北方向穿过一片临建房区（已拆除）、田地，再次下穿石岗村塘，经过一片居民住宅区连接【鱼珠站】。本区域地形平坦、开阔，未见断裂构造，岩土自上而下分别为：人工填土层、淤泥和淤泥质砂、蚝壳片中粗砂、粉质粘土、河湖相淤泥质土、硬塑粉质粘土和基岩等，地质情况复杂，存在不良土层——淤泥质砂，基岩风化不均匀，岩层软硬不均，施工困难较大。本工程正线区间基坑挖深14.4~17.3m，围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深约18.5~23.0m，地下连续墙的嵌固深度为：在全风化以上土层时，嵌固深度6m；在强风化岩层为4m；在中风化岩层为3m；在微风化岩层为2m。本工程地下连续墙成槽采用液压抓斗与冲击钻机配合施工，土层部分采用传统的“三冲两抓”或“两冲一抓”工艺，即使用冲击钻机先冲端头孔，严格控制其垂直度，然后液压抓斗挖掘引导孔之间的部分；岩层部分采用冲击钻机成槽，施工时先冲主孔，再冲副孔，最后用方锤修孔。本工程于2005年10月20日开始施工，2007年1月1日完成竣工移交。

结语

    冲击钻机设备构造简单，操作方便，其所成孔孔壁较坚实、稳定，塌孔少，不受施工场地，使用范围广，尤其适用于砂砾石层、漂石层、坚硬土层、基岩等地层中。在地下连续墙工程中，冲击钻机占有非常重要的地位，它不仅能够单独成槽，还可与液压抓斗配合使用，采用“三冲两抓”或“两冲一抓”法成槽，能够提高施工效率，遇到基岩时也可利用冲锤击碎岩石成槽，此外还能处理地下障碍物，配合浇注水下砼等。通过实践证明，只要很好地掌握冲击钻机的性能特点，针对不同的地质情况采取相应的工艺方法，不仅可以发挥冲击钻机灵活多用的优势，保证地下连续墙施工顺利进行，而且能够通过不断总结积累和新方法尝试，丰富地下连续墙施工工艺和冲击钻机用途，为今后类似工程的施工奠定良好基础。

中冶天工上海十三冶建设有限公司基础工程分公司

深基工程第三承包部

王明月

2010年8月1日