摘要：本文基于黄浦江（虹口港部队段等）堤防专项维修工程，针对地下复杂障碍物工况下树根桩钻机钻头的改进提出方案，改进后钻头具有良好的挖掘土体能力，能够分散土体压力，减小触土面积，从而减少土体粘附，降低土体阻力，提高了钻头的使用寿命和施工效率。
关键词：树根桩 地下复杂障碍物 钻头
Study on the Drill Bit of Pile Machine Suitable for Complex Underground Obstacles Condition
Churuhua
（Shanghai Hydraulic Engineering Group Co.，Ltd.）
【Abstract】Based on the special dike maintenance project of Huangpu River（army section of Hongkou Port，etc.），this paper puts forward a scheme to improve the drill bit of tuberose pile under complex underground obstacles condition.The improved drill bit has good ability to excavate soil，disperse soil pressure and reduce soil contact area，thus reducing soil adhesion and soil resistance，and improving the service life and construction efficiency of the drill bit.
Key words：root pile；complex underground obstacles；drill bit
背景技术
目前，树根桩被广泛地应用于工程建设中[1~2]，树根桩打桩机的钻头由钻杆、钻尖、钻镐和螺旋刀片等组成，螺旋刀片固定在钻杆上，钻尖和钻镐焊接在钻杆头部，与钻杆成为不可分离的一体。钻杆为空心结构，此种结构的打桩钻头存在以下问题：在打桩的过程中螺旋刀片粘土问题严重，在打桩的过程中钻尖和钻镐磨损严重，钻尖受力结构不合理，在施工过程中，上述问题严重影响施工效率，增加钻头损耗。
研究方向
黄浦江（虹口港部队段等）堤防专项维修工程，主要是对2个部队段防汛墙存在结构损坏的薄弱段进行专项维修重建，以提高防汛墙的整体稳定性和挡御高潮位的能力。
其中虹口港部队段（海军91720部队）防汛墙位于上海市虹口港（新建虹口港泵闸～入黄埔江河口）的两侧，防汛墙两侧为部队建筑物，建筑物边线离防汛墙距离左岸4.3～6.6m，右岸3.6～8.4m。
由于距周边建筑较近，在施工基坑建筑边线侧采用双排Φ300树根桩支护，树根桩型式Φ300@300，桩长12m，桩顶高程5.0m
工程西侧部分区域因部队建筑物影响，防汛墙桩基础内排采用树根桩，Φ400×18000@400，桩长18m。
施工区域表层为杂填土，顶标高4.41～4.52m，低标高-0.49～-1.08m，层厚4.90m～5.60m，顶部为混凝土地坪，其下由碎石、砖块、砼块等建筑垃圾夹少量黏性土组成，土质不均。场地内均有分布。
树根桩机螺旋钻头已在树根桩施工及清孔施工等领域的实践中得到认可，树根桩机因其轻便、可操作性高得到广泛应用。然而在城区大批量地不断改造和更新的背景下，施工环境越来越复杂，特别是地下障碍物情况。在此工况下，如何改进树根桩螺旋钻头适应地下复杂障碍物以达到清孔的目的是我们要研究的方向。
钻头改进
针对类似虹口港部队段防汛墙地下复杂障碍物工况下树根桩施工，特对树根桩钻头进行了改进[3]，具体如下。
钻头包括：钻杆、螺旋刀片、底铲、尾翅。
钻杆下段外壁盘绕螺旋刀片，而且，该螺旋刀片下端连接底铲，该底铲具有尖锐的直边刃部；同时，该螺旋刀片上端连接尾翅，尾翅尾端尖锐外翻。
钻杆下端为突出的球冠状。
螺旋刀片为二片并相互错开盘绕于钻杆外。
螺旋刀片绕于钻杆外多于一周，即大于360°。
钻杆上端有接轴或轴孔，以及锁止结构。
螺旋刀片中线曲面上任意与钻杆中轴线相交的中线与钻杆中轴的夹角均相同。这样可以最大程度降低土体阻力，同时保持钻进更稳定。
钻头为螺旋状结构、金属质地。螺旋刀片可以利用圆盘状刀具或指状刀具经过铣刀或砂轮，在圆柱形工件上加工出螺旋槽来；再将螺旋钻头与桩机主动杆连接，发动机可带动主动杆，主动杆再带动螺旋钻头快速转动，快速切割地下障碍物。
在作业时，使用该改进钻头的打桩机具有良好的土体挖掘能力，能够分散土体压力，减小触土面积，从而减少土体粘附，降低土体阻力，提高了钻头的使用寿命和施工效率。
应用实例
1、准备工作
虹口港部队段防汛墙地下情况复杂，地下包含多种管线、拆迁建筑的基础、老防汛墙拉锚结构等。地下障碍物将对围护桩及部分工程桩施工造成不利影响，在桩基工程施工之前，需对地上地下障碍物进行清除，障碍物清除后再采用土方进行回填，为围护桩施工创造条件。
原则上先进行围护桩处清障施工，再进行工程桩处清障。
对于有条件清障换填的区域，先进行试开挖，摸清该处地下障碍物详细情况，并针对障碍物种类采取措施，将影响围护桩、工程桩施工的障碍物逐一清除，随后从外界进场质量良好土进行换填，换填需分层压实，对于目前没有条件开挖换填的部位，如老防汛墙结构等，在施工该处桩基前，仔细阅读物探成果及设计图纸，尽量摸清地下障碍物的情况及具体位置，不得冒然进行施工。
2、具体实施
（1）工艺流程：
定位放线→钻机就位→钻进成孔→一次清孔→测量孔深→钢筋吊放→下放浆管→二次清孔→投放石子→洗孔→高压注浆→上拨浆管并注浆至地面→拆除顶部浆管，安放钢套管→安装浆管、灌石子→注浆→拔除注浆管→成桩移位。
（2）注意事项：树根桩必须跳孔施工，即相邻桩不连续施工，跳孔数暂定为二根，施工时再根据实际情况进行调整，避免串孔及塌孔现象发生。
（3）定位放线：根据桩位图进行测量放样，其误差控制在20mm以内，桩的垂直度不得大于1%；
（4）桩机就位：根据地质情况，钻机配备上述改进钻头。桩机就位前，首先将场地平整，并根据桩位敷设钻机的行走轨道。
（5）钻机成孔：采用工程地质钻机成孔，天然泥浆加膨润土护壁和清孔，在孔口部位下套管，钻孔达标高后清孔，直至孔口基本上泛清水为止。
（6）插钢筋笼及注浆管：
钢筋笼分段制作安装，每节长5～6米，接头采取搭接，采取双面焊，焊缝长度为15d，钢筋的混凝土保护层30mm。主筋接头间距1000mm，同一截面搭接头数[50，以保证抗拔强度。注浆管采取Ф25钢管，直插离孔底10cm为止。
（7）填碎石：碎石采用水冲洗干净，填入量应大于计算体积的0.9倍，计量填放时应一直利用注浆管注水清孔。
（8）注浆：采取注浆泵注浆，最大工作压力不小于1.5MPa，注浆压力应控制在0.3-0.5 MPa之间，使浆液均匀上冒，直到泛出孔口为止，然后拆除顶部浆管，安装钢套管，接好浆管后在套管内灌石子，然后再注浆至套管口（套管与地面结合部位须用土回填密实，防止漏浆）
（9）拨注浆管、移位：拨管后按质量要求在桩顶取砼制成试块（如无特殊要求、每机每台班制作试块一组）。
3、成孔施工保证措施[4-5]
（1）开孔：经测量平面放样后，对桩中心点作好护桩工作，然后开钻。钻孔中的钻进速度快慢，根据地质的性质变化而变化。
（2）偏孔处理清孔取样：如孔位偏移应回填砂砾至偏孔上方300～500㎜处，重新钻进。
（3）防止孔壁扰动：采取有效措施，注意防止扰动孔壁酿成塌孔、扩孔、卡钻和掉钻等。
（4）钻孔深度应符合设计要求。
（5）验孔、清孔取样：每施钻5～6m验孔一次，在更替钻头前或易于缩孔处，都应验孔。进入基岩后，每钻进100～500㎜应清孔取样一次以备终孔验孔。
效益分析
项目部针对虹口港部队段防汛墙树根桩（围护桩及工程桩）施工桩机桩头进行了优化设计，一方面解决了本工程局部区域清障难的问题，另一方面也加快了树根桩成孔速度。在地下复杂障碍物工况下，使用经改进的树根桩桩机钻头可大大降低周边建筑物变形风险，并且具有一定的经济优势。
结语
本文介绍了一种适用于地下复杂障碍物的桩机钻头，一种适用于复杂地下障碍物树根桩机施工、清孔施工的金属螺旋钻头。
参考文献：
[3]上海市水利工程集团有限公司.适用于地下复杂障碍物的桩机钻头：中国，CN 204782787 U[p].2015.11.18
[1]王晓欢. 注浆技术和树根桩法在桥梁桩基加固中的应用研究[J]. 黑龙江交通科技，2017，40（4）：61-62.
[2]王满林，张磊华. 树根桩加固处理技术在工程中的应用[J]. 湖南水利水电，2015（5）：21-24.
[4]曹明，葛雷. 树根桩的施工措施[J]. 江西建材，2016（16）：72-72.
[5]孙宏建. 树根桩施工中常见问题及处理方法[J]. 科技创新导报，2012（23）：112-112.
论文作者:储如花
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/2
标签：钻头论文; 树根论文; 障碍物论文; 钻杆论文; 螺旋论文; 虹口论文; 地下论文; 《基层建设》2019年第7期论文;