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杭州市旋挖钻机在钻孔灌注桩施工案例
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杭州市旋挖钻机在钻孔灌注桩施工案例


【摘 要】 本文结合杭州市德胜东路(沪杭高速-文汇路)改造提升工程,该工程中钻孔灌注桩采用旋挖钻机施工。本文主要介绍旋挖钻机钻孔的工作原理及施工工艺,阐述旋挖钻在市政工程应用,对以后同类工程具有一定的参考价值。

  【关键词】 旋挖钻机;旋挖钻机施工,旋挖钻机工艺;钻孔灌注桩,旋挖机

 

  旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。旋挖钻机主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工,在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用,旋挖钻机的额定功率一般为125~450kW,动力输出扭矩为120~400kN·m,最大成孔直径可达1.5~4m,最大成孔深度为60~90m,可以满足各类大型基础施工的要求。

  1 工程概况

  杭州市德胜东路(沪杭高速-文汇路)改造提升工程江干段03标,全长1.715km。采用“高架+地面”的形式,主线为全高架桥,双向六车道。共有钻孔灌注桩总计约517根,桩径1.0~1.5m,桩长65~66m,采用以中等风化钙质石英粉砂岩为桩端持力层。

  2 地质条件

  经详勘调查,该工程场地第四纪覆盖层厚度约为60米,上部为河口相地层,系钱塘江口近代冲海积沉积的粉砂性土地层,中部为陆海相软、硬土层交替沉积地层(以海相软层为主),下部为古钱塘江冲洪积沉积的砂砾石层,基岩为中生界白垩系地层(钙质石英粉砂岩)。各岩土层为杂填土、素填土、淤泥、砂质粉土、粉砂、粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土夹粉土、淤泥质粉质粘土夹粉土、淤泥质粘土、灰色粉质粘土、灰色含砂粉质粘土、砾砂、圆砾、粉质粘土、粉细砂、含砾中砂、全风化钙质石英粉砂岩、强风化钙质石英粉砂岩、中等风化钙质石英粉砂岩。

  3 旋挖钻机选型

  本工程钻孔深度均在69~73米之间,进入中风化钙质石英粉砂岩6米,设计桩径为Φ1000mm、Φ1200mm、Φ1500mm,依据工程勘察资料,结合设计要求及工程进度等因素,拟选用大型旋挖钻机进行钻孔桩的成孔施工。

  旋挖钻机成孔优点

  各种成孔机械都有各自不同的施工特点,受自身机械性能及施工条件的限制。把它们与旋挖钻机作施工工艺、适用地质及施工特点、施工局限性等方面的比较,可以发现旋挖钻机施工较传统方法有很多优点。

  3.1 旋挖钻机成孔速度快。由于旋挖钻机钻头直接从孔内提取岩土,故成孔速度快。由于孔底沉渣少,易于清孔,故质量得到了充分的保证。

  3.2 旋挖钻机施工现场环保、干净。旋挖钻机由钻头旋挖取土,钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻机的泥浆仅仅用来护壁,而不用于排碴,旋挖钻机使用较少的泥浆,即可满足钻孔护壁的需要,因而,旋挖钻机施工现场整洁,对环境造成的污染小,降低了施工成本。

  3.3 旋挖钻机行动方便。旋挖钻机具有履带,可以自行走,旋挖钻机钻进前对孔的定位非常准确、方便。

  3.4 旋挖钻机适应地层能力强。旋挖钻机配备不同钻头,即可用于对付沙层、土层、卵砾石、岩层等不同地质,不受地域限制。

  3.5 旋挖钻机机动性强。旋挖钻机能独立作业。旋挖钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成,且能适应复杂地形的工地。占用空间小。

  4 旋挖钻机施工工艺

  4.1 旋挖钻机工作原理。旋挖钻机成孔工艺与其它桩机不同。旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺,是一种无冲洗介质循环的钻进方法。

  旋挖钻机具有行走和整体回转功能,旋挖钻机钻孔取土时,依靠钻杆和钻头自重切入土层,斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻孔取土;遇硬土时,自重力不足以使斗齿切入土层,此时可通过加压油缸对钻杆加压,强行将斗齿切入土中,完成钻孔取土。钻斗内装满土后,由起重机提升钻杆及钻斗至地面,拉动钻斗上的开关即打开底门,钻斗内的土依靠自重作用自动排出。

  旋挖钻机行走机动灵活,终孔后能快速的移位至下一桩位施工。

  4.2 护筒埋设。护筒埋设是旋挖作业中的关键,具有导正钻具、控制桩位、隔离地面水渗漏、防止孔口坍塌、抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用,应认真有效的埋设。

  4.2.1 根据现场水文地质条件、为确保孔壁安全及本着控制成本有利施工的原则,护筒的长度确定在3~4.5m,护筒用10mm钢板卷制而成,直径120cm、140cm、170cm,顶部焊接两个吊环,供提拔护筒时使用。护筒焊缝采用双面焊,严格按照规范执行,竖焊之间对接应相互错开不得小于1m。

  4.2.2 护筒埋设前先根据桩位引出四角控制桩,以控制护筒埋设位置。控制桩用φ14钢筋制作,打入老土中至少30cm。桩基钻进至5~8m,下设钢护筒,护筒埋设采用旋挖钻机,护筒周围要填土、捣实,避免漏浆,护筒中心与桩位中心偏差不大于50mm,并保证护筒垂直、水平及稳定。

  灌注桩成孔施工允许偏差

  4.3 泥浆制备。由于旋挖钻成孔极快,对于护壁要求就更为严格,在泥浆制备上一定要严格要求,否则极易造成塌孔。①根据本工程地层特点,选用优质膨润土+纯碱+离子纤维素三种混合泥浆护壁。造浆前对材料按配合比进行试配,选定最优配合比;②泥浆拌制选用高效、低噪音的高速回转搅拌机,制浆能力250m3/d;③储浆池内泥浆应经常搅动,保持指标均一,避免沉淀或离析;④护筒内的泥浆面保持在护筒下30~50cm,并高出地下水位1.0m以上;⑤废弃的浆、渣应进行处理,防止污染环境。

  本工程泥浆配合比

  泥浆应符合下列要求

  4.4 钻孔定位。钻机就位时,必须保持平整、稳固,不发生倾斜。就位后,利用自动控制系统调整其垂直度,钻机安放定位时,要机座平整,机塔垂直,钻头中心与护筒十字线中心对正,注入稳定液后,进行钻孔。

  4.5 钻进成孔。成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程对钻头磨损超标的及时更换;根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度。


  钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

  钻进过程中经常检查钻杆垂度,确保孔壁垂直。控制钻头在孔内的升降速度,防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进施工时,利用正铲及时将钻渣清运,保证场地干净整洁。钻进达到要求孔深停钻后,注意保持孔内泥浆的浆面高程,确保孔壁的稳定。

  成孔深度达到设计要求后,应尽快进行钻机移位、终孔验收工作;从清孔停止至混凝土开始浇灌,应控制在1.5-3h,一般不得超过4h,否则应重新清孔。

  4.6 施工注意事项。①钻机施工中检查钻斗,发现侧齿磨坏、钻斗封闭不严时必须及时整修。②泥浆初次注入时,垂直向桩孔中间进行入浆,避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部,致使护筒底部土质松散。③因砂层中钻进速度过快易造成塌孔现象,在钻机施工时应严格控制钻进速度,做好护壁工作。④钻进时要注意检查钢丝绳、钻头连接情况,发现问题及时处理。同时检查钻机整体状况,并定期进行保养。

  旋挖钻机施工工艺流程图

  

  

  5 结束语

  旋挖钻机用于钻孔桩施工优势明显,适用性强;自动化程度高,劳动强度低; 钻进效率高;成桩质量好;环境污染小。能显著地提高工程施工效率和工程质量。

  在本工程旋挖钻机施工过程中发现,提升筒式钻斗时,其下部产生较大负压力作用,产生“吸钻”现象,容易造成孔壁颈缩。因此,本工程旋挖钻机的筒式钻斗进行了改进,在筒壁上加设4块双曲面护壁钢板,两两对称布置,为防止升降时碰坏孔壁,钻斗旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场实践得知,改善后的钻斗在提升过程中液压系统压力显著减小,对钻孔颈缩现象能够起到较好的改善。


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