近年來(lái)，大口徑旋挖鉆進(jìn)工法在樁基礎(chǔ)施工中得到廣泛的推廣。在大口徑旋挖鉆施工中，硬地層鉆進(jìn)是施工中遇到的主要難題之一。通常旋挖施工的硬地層主要有河床（故道）、山地丘陵的含卵礫石、漂石及風(fēng)化巖層等，鉆進(jìn)這些較硬地層主要采用螺旋鉆桿。螺旋鉆桿、鉆頭的選擇和使用是影響施工效率的重要環(huán)節(jié)。

螺旋鉆頭的結(jié)構(gòu)及分類(lèi)

鉆進(jìn)硬地層的嵌巖短螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，由法蘭、芯軸管、主螺旋葉片（導(dǎo)向螺片）和引導(dǎo)螺旋葉片（錐片）構(gòu)成。常用的嵌巖短螺旋鉆頭在結(jié)構(gòu)形式又可分為單錐單螺短螺旋鉆頭和雙錐單螺短螺旋旋鉆頭，雙錐雙螺短螺旋鉆頭。

單錐單螺短螺旋鉆頭是指由一組主螺旋葉片（導(dǎo)向螺片）和引導(dǎo)螺旋葉片（錐片）組合而成的螺旋鉆頭（圖2），雙錐雙螺是指由二組主螺旋葉片（導(dǎo)向螺片）和二組引導(dǎo)螺旋葉片（錐片）組合而成（圖3）。

雙錐單螺短螺旋鉆頭則是由一組主螺旋葉片（導(dǎo)向螺片）和二組引導(dǎo)螺旋葉片（錐片）組合而成。其它還有非整螺整錐的鉆頭形式，一般較少采用。單錐單螺的葉片間距等于導(dǎo)程，雙錐雙螺的葉片間距等于1/2導(dǎo)程。引導(dǎo)螺旋葉片上部有切削具，承擔(dān)鉆進(jìn)碎巖和排土（石）的任務(wù)，平螺旋葉片具有導(dǎo)向和排土（石）的作用。切削具一般為頭部鑲焊有鎢鈷硬質(zhì)合金的截齒（cutting pick）。

螺旋鉆桿的工作原理

鉆進(jìn)過(guò)程中，首先在鉆壓下，位于芯軸管底端的中心齒在孔底中心“掏槽”，形成破碎自由面，位于螺旋錐片上的切削具跟進(jìn)，形成錐形的鉆孔，鉆進(jìn)中鉆齒形成的軌跡線O在孔底的投影是一組同心圓。巖屑和土、石等沿螺旋葉片反向上升，充滿(mǎn)螺旋葉片之間后，被提鉆帶出孔，或落入孔中后，用撈砂鉆斗撈出。

短螺旋鉆頭的主要參數(shù)有螺距、螺旋線長(zhǎng)度、螺旋鉆頭錐角、切削具布齒間距、（如圖4所示）切削具布齒到徑的螺旋線回轉(zhuǎn)角度（如圖5所示）、鉆齒的布齒角度及長(zhǎng)度、合金頭的大小等。

單錐單螺短螺旋鉆頭布齒相對(duì)較少，一般鉆進(jìn)膠結(jié)較松的卵礫石層，特別是卵礫石較多較大的地層和風(fēng)化巖層。由于單錐單螺鉆頭葉片間距較大，提鉆過(guò)程巖屑、土塊和碎石易掉落孔中，需要用撈砂斗進(jìn)行撈砂清底，一般是一鉆螺旋鉆頭，一鉆撈砂鉆斗，交替進(jìn)行。很多時(shí)候螺旋鉆頭起到的是破碎或攪松孔底風(fēng)化層或膠結(jié)礫石層的作用。

雙錐雙螺短螺旋鉆頭是雙錐片布齒，布齒數(shù)量是單錐單螺短螺旋鉆頭的1.5～2倍，一般適合鉆進(jìn)風(fēng)化巖層和卵礫石較小的礫石層。鉆進(jìn)中是雙鉆齒同時(shí)刻劃，鉆進(jìn)效率高，鉆進(jìn)較平穩(wěn)。

如果兩組引導(dǎo)螺旋葉片相間布齒，那么雙錐雙螺短螺旋鉆頭的鉆進(jìn)軌跡線比單錐單螺短螺旋鉆頭相對(duì)較密，適宜在較大鉆壓下鉆進(jìn)。雙錐雙螺鉆頭比雙錐單螺鉆頭的導(dǎo)向性和攜帶巖土更好一些，由于葉片間距較小，易被巖土擠緊，但是對(duì)于取出尺寸較大的礫石不利。

螺旋鉆頭錐角的錐角是螺旋鉆頭的重要指標(biāo)，一般錐角較大，螺旋線的回轉(zhuǎn)角度較小，布齒相對(duì)較少，鉆頭的制造成本也較低，可滿(mǎn)足強(qiáng)風(fēng)化和礫石層鉆進(jìn)。但對(duì)于中風(fēng)化、弱風(fēng)化等堅(jiān)硬地層，則要采用小錐角鉆頭，大鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆齒的布齒技術(shù)對(duì)鉆頭的鉆進(jìn)性能也有影響，一般鉆進(jìn)巖層較硬風(fēng)化巖層，鉆齒的下偏角（齒和水平方向的夾角）和出刃（伸出）量宜小，而鉆進(jìn)膠結(jié)較松的礫石層，鉆齒的下偏角和出刃（伸出）量可大一些，提高鉆進(jìn)效率。

 螺旋鉆桿的應(yīng)用實(shí)例

1、 2004 年9月在河南南陽(yáng)某工地施工中，業(yè)主采用鉆機(jī)是日本生產(chǎn)ED5500型旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)直徑1500mm樁孔，當(dāng)鉆進(jìn)到卵礫石地層和泥頁(yè)巖地層時(shí)，采用嵌巖短螺旋鉆頭鉆進(jìn)。由于鉆機(jī)動(dòng)力太小，且加不上壓，鉆進(jìn)效率低。我們?cè)诠さ貙?duì)鉆頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將鉆頭錐角由120°改成82°，提高了鉆頭鉆進(jìn)的比壓。鉆頭結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)后，鉆速由原先的幾乎不進(jìn)尺提高到0.6m/h，順利鉆進(jìn)卵礫石層和泥頁(yè)巖地層。

2、 2004年7月在廣州某工地施工中，該工地處于原珠江河床，地質(zhì)情況較復(fù)雜，孔內(nèi)有5－10米厚的中風(fēng)化和弱風(fēng)化巖層，要求入弱風(fēng)化五米或入微風(fēng)化三米后方可終孔，施工難度相當(dāng)大。施工中巖層的鉆進(jìn)，采用短螺旋鉆頭鉆進(jìn)。根據(jù)鉆進(jìn)情況，對(duì)鉆頭作出了一些改進(jìn)。原鉆頭為雙錐單螺，起錐0.5葉片到徑，且齒尖前出刃6cm，下出刃6cm；改進(jìn)后鉆頭為雙錐雙螺，起錐1.5葉片到徑，齒尖前出刃3cm,下出刃2cm。鉆頭改進(jìn)后鉆進(jìn)取得了理想的效果，耗時(shí)4－8小時(shí)，即完成一根樁，而用沖擊鉆最快需要 7天，而且鉆出了花崗閃長(zhǎng)巖巖樣，理論強(qiáng)度為25兆帕。

結(jié)語(yǔ)

短螺旋鉆頭是目前旋挖鉆進(jìn)施工中克服硬巖地層的主要鉆具，根據(jù)不同的地層特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的短螺旋鉆頭結(jié)構(gòu)，對(duì)提高鉆進(jìn)效果影響很大。對(duì)短螺旋鉆頭的制造和應(yīng)用技術(shù)的深入研究以及和巖石筒鉆、撈砂鉆斗等的較好組合使用，可為旋挖鉆機(jī)在硬巖地層的鉆進(jìn)的推廣使用創(chuàng)造好的條件。