大直径潜孔锤与桩机的配合应用
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摘要：大直径潜孔锤钻头在嵌岩桩施工中碎岩效率很高，但潜孔锤钻头作为一种钻具必须跟桩机配合才能发挥其优势，本文结合工程实例介绍几种大直径潜孔锤与桩机配合的方式，并针对不同地质条件分析合适的潜孔锤与桩机组合方式。
关键词：大直径潜孔锤；嵌岩桩；拓展应用
Abstract: large diameter DTH hammer drill in rock-socketed pile construction of broken rock the efficiency is very high, but DTH hammer drill bits as a kind of drilling tools must be piling machine can cooperate to exert its advantages, combined with the practical engineering examples of several large diameter DTH hammer and pile machine manner with the according to different geological conditions analysis right DTH hammer and pile units and way.
Keywords: large diameter DTH hammer; Rock-socketed pile; developing
中图分类号：TU991.39 文献标识码：A文章编号：
1大直径潜孔锤应用前景分析
我国的城市人口比例已经达到了47%，城市人口越来越多，房子越建越高，对桩基础的承载力要求也越来越高，所以嵌岩桩必将成为桩基础的一个重要发展趋势。目前桩基嵌岩的施工方法主要有：冲孔桩、牙轮钻头、滚刀钻头、钢粒钻进以及人工挖孔桩。这些常规的冲击或者回转钻进工艺在嵌岩桩施工中钻进效率不高，通常要几天才能完成一根桩。人工挖孔桩出效率低外，还有较大安全隐患，是一些大城市属于限制使用的成孔方法。
风动潜孔锤技术的提出是在上世纪初，设备最最初出现于上世纪50年代，80年代广为发展的。最先开发的是小直径潜孔锤，主要应用在钻凿爆破孔、水井基岩孔、地质勘探孔以及锚索钻孔等。近年来随着潜孔锤在桩基础施工中的拓展应用，国内外已经研制出了各种大直径潜孔锤，如吉林大学的贯通式潜孔锤直径1.5m，香港汉机的HD1000RC潜孔锤钻孔最大可达1.8m，集束式潜孔锤最大直径超过了1.9m。
目前潜孔锤的种类还不是很多，特别是成孔能力超过600mm的超大直径潜孔锤。市场上常见的潜孔锤品牌有美国录码（NUMA），香港汉机（HD），韩国国际钻石（KUKJE），德国阿特拉斯（QL系列）等；国产品牌有上海金泰（贯通式潜孔锤），长沙天河钻具（TH\TG\TS系列）、河北宣风（XFC系列）、宣化苏普曼公司（SPM系列），北京三仁宝业等
随着潜孔锤在嵌岩桩施工中优势的凸显，会有越来越多的人选择这种新的工艺，使这种工艺更加成熟完善。
2 潜孔锤的分类及各类潜孔锤的施工特点
2.1 潜孔锤的分类
2.2 各类潜孔锤的施工特点
1）小直径潜孔锤：
小直径潜孔锤发展比较早，技术也比较成熟，广泛应用与矿山凿岩爆破孔、地质勘探孔、边坡锚杆锚索钻孔等。与之配合的钻机设备也是多种多样，如XY100勘察钻机、多功能履带式锚杆钻机等。较早使用潜孔锤的水井钻孔所采用的潜孔锤也多是直径200mm左右的小直径潜孔锤。
小直径的潜孔锤一般为低风压的，排渣方式是采用正循环排渣，而且是无冲洗液钻进。压缩空气通过潜孔锤做工后，经锤头排出，将钻渣吹出钻孔。
2）大直径潜孔锤：
大直径潜孔锤按其直径不同也有不同的用途：直径小于500mm的潜孔锤多用于管桩引孔和锚碇桩工程，与之配合的钻机一般为动力头式的长螺旋钻机或者类似的履带式（步履式）多功能桩架，钻孔排渣方式多为正循环排渣，与小直径的类似；直径大于500mm的潜孔锤则直接用在钻孔灌注桩嵌岩施工中，与之配合的钻机多为转盘钻机，或者型号较大的动力头钻机，近年来随着旋挖钻机的的发展，也有采用旋挖钻机与大直径潜孔锤配合嵌岩桩施工的。
3 大直径潜孔锤与桩机组合分析
与桩机配合进行大直径嵌岩桩施工的潜孔锤多为高风压、无阀的大直径潜孔锤，其中有贯通式潜孔锤也有非贯通式潜孔锤。
3.1 非贯通式潜孔锤与长螺旋钻机组合
与长螺旋配合使用的潜孔锤供风系统直接利用螺旋钻杆的内空。钻杆外的螺旋翼片可以起到减小钻杆与孔壁之间环空的作用，降低正循环返渣的风量需求，也就减少了风压机的台数。同时螺旋翼片还可以将落在其上的钻渣送到地面，防止钻渣落到孔底造成重复破碎，影响钻进。
另外，长螺旋钻机的转速一般20r/min以上，更高的甚至100r/min以上，而潜孔锤钻进的转速要求不高，与冲击功大小、冲击频率、以及钻头形式有关。关于转速的经验数据：覆盖层40~60r/min；软岩层30~50r/min；中硬岩层20~40r/min；硬岩层10~30r/min。转速过快可能导致钻头的刃齿过快磨损。而转速过慢又会使每次的破碎点与前次的破碎点重合，影像钻速。一般说来岩石越硬或者钻头直径越大，要求的转速越低。
所以目前长螺旋配套使用潜孔锤的钻孔直径不大，多用于管桩引孔工程。
3.2 贯通式潜孔锤与转盘钻机组合
转盘式钻机是利用转盘带动主动钻杆回转，主动钻杆一般为方钻杆。转盘、波箱和电机等安装在钻机底座上，重心低，比较稳定。而大直径贯通潜孔锤一般重量较大，比较适合此类桩机。
贯通式潜孔锤与转盘钻机配合使用，可以利用转盘钻机原有的水龙头等反循环设施，钻杆为专门制作的四通道钻杆。在非硬岩层钻进时采用普通钻头（笼式、刮刀、牙轮等），用小风压小风量气举反循环排渣，钻进速度明显降低时换用潜孔锤钻头，增大风压风量，利用潜孔锤钻进的同时，排渣方式不变。
这种组合方式更换钻头时须将拆卸全部钻杆和钻头，辅助作业时间较长，并且工人的劳动强度很大。
3.3 非贯通式潜孔锤与旋挖钻机组合
非贯通式潜孔锤的种类多，成孔直径范围大，从89mm~1800mm，可以和很多桩机组合使用。潜孔锤和旋挖机组合时，充分利用了旋挖机转速低、扭矩大、运移方便、起下钻迅速、辅助作业时间少等优点，又能克服旋挖机硬岩钻进效率不高的缺点。集合了两种设备的优点，是一种新型高效的成孔施工工艺。
若旋挖钻机采用伸缩钻杆，则上部土层及软岩层钻进时，仍采用原筒式钻头。至筒式钻头钻进困难时，直接将筒式钻头换成潜孔锤钻头。潜孔锤的供风管路采用高压软管，临时固定在伸缩钻杆上，随钻杆伸长可以增加风管。采用这种方案虽然难以形成同一方向连续钻进，但针对嵌岩桩硬岩段的桩端入岩钻进还是很有效的。在抗拔钢管桩中施工锚碇桩也有成功的案例。
当嵌岩桩径大或者基岩较深时，须及时排渣，避免重复破碎。非贯通式潜孔锤与旋挖机组合时可采用正循环方式排渣，为减少钻渣对风管的冲刷，可将风管设置在钻杆内空。
4 大直径潜孔锤与桩机配合应用工程实例
4.1 贯通式潜孔锤与转盘钻机配合应用实例