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桥梁工程旋挖钻机的施工工艺及质量控制
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桥梁工程旋挖钻机的施工工艺及质量控制


【摘要】本文以钱江通道南接线工程项目为例,介绍了旋挖钻机在桥梁深桩基施工过程中的施工工艺及质量控制措施,并对复杂地质情况下容易产生的质量问题进行了分析,并提出了解决办法,对今后旋挖钻机在类似地质条件下的桩基础施工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;旋挖桩质量控制

  

  1 工程概况

  通道南接线工程全长27.71km,其中27.2km为高架桥。桥梁下部结构采用钻孔灌注桩群桩基础,桩径1.3m-2.0m,平均桩长80m。地层浅部为粉土粉砂,厚度约20m;中部为淤泥质粉质粘土、软塑粉质粘土,厚度约40m;底部为粉沙,局部为圆砾,厚度约50m。水文条件主要为松散岩类孔隙潜水,孔隙承压水亚层。

  2 旋挖钻机的施工步骤及施工特点

  旋挖钻机因具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等优势,近年来在桥梁桩基础施工中应用越来越广泛,不少重点工程的业主为确保工程进度和质量,均将其作为指定施工设备,从而替代了传统的冲击和回旋钻机成孔设备。

  旋挖钻机施工步骤:旋挖钻机就位→埋设护筒→钻头轻着地后旋转开钻,当钻头内装满土砂料时提升出孔外→补充泥浆→旋挖钻机旋回,将其内的土砂料倾倒在土方车或地上→关上钻头活门,旋挖钻机旋回到原位,锁上钻机旋转体→放下钻头→钻孔完成,清孔并测定深度→放入钢筋笼和导管→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头,成桩。

  旋挖钻机基本的施工流程及施工工艺都趋于成熟,在此不予赘述。接下来针对本项目的地质条件下,桩基施工过程中容易出现的质量问题进行分析,并提出行之有效的解决办法。

  3 质量问题

  3.1 旋挖钻机孔位倾斜

  本项目在桩基施工过程中,各施工单位在桩基成孔检测时均出现过孔位倾斜度超标的情况,主要有两种类型:

  (1)孔位从护筒底即开始倾斜;

  (2)孔位从地层情况发生变化处开始倾斜。

  分析原因:

  (1)旋挖钻机自身质量大,按功率大小,自重均在70-100吨左右,因此钻孔作业施工时对钻机停放平台的承载力及稳定性要求极高;旋挖钻机作业流程特点决定了钻头反复提升旋转回位,如平台承载力不足或失稳,则极易造成成孔倾斜或酿成事故。

  (2)护筒长度不够、埋设不够精确、竖直度超标、钻斗提升时碰撞护筒也都容易造成成孔倾斜。

  (3)旋挖钻机钻杆竖直度的自我修正系统误差偏大也是造成成孔倾斜的原因。

  (4)旋挖钻机操作手在钻进速度上缺乏有效控制,导致地层情况发生变化时孔位发生倾斜。

  旋挖钻机应对措施:

  (1)原地面平整后填筑50-100cm宕渣,经重型压路机碾压密实作为钻孔平台,钻机履带停放位置铺设钢板以分散钻机自重,提高钻机在钻进过程中的稳定性。施工过程中及时清除钻渣,减少钻渣挤压和浸泡施工平台,保证钻机底部及周边土质稳定性。

  (2)要求旋挖钻机生产厂家对钻杆竖直度的自我修正系统进行调整,并经常性的进行维护,确保数据准确。

  (3)根据桩径大小设置钢护筒长度,一般为4-6m。护筒采用壁厚为8mm的钢板卷制,内径比设计孔径大20cm;护筒顶部焊接30cm长、10mm厚的加强箍;进入土层的钢护筒范围内设置3道间距为2m、长度为30cm的加强箍;在埋设过程中,采用拉十字线的方法实施护筒纠偏。

  (4)对旋挖钻机操作手进行技术交底,使其熟悉地层资料,提高操作水平。在穿越不同地层交接处,如变化到砂砾层、圆砾层处,是钻进过程中控制的重点、难点,最容易发生桩位中心轴线偏位,造成该桩倾斜度过大。因此在即将进入该地层时,应采用低档、慢速、轻压钻进,在穿越变化层2米以后,再加压提速钻进。

  3.2 塌孔

  本项目地层浅部为粉土粉砂,中部为淤泥质粉质粘土、软塑粉质粘土,为容易发生砂土液化的不良地质。旋挖钻机在此类地层施工时,极易发生塌孔。

  旋挖钻机分析原因:

  (1)旋挖钻机成孔抗扰动能力差,容易发生塌孔

  旋挖钻泥浆护壁为静态泥浆护壁,孔壁泥皮薄,故护壁效果较差,尤其是在砂卵地层更为突出;旋挖钻机成孔速度快,出渣方式通过旋挖钻斗直接挖出,孔壁土层稳定性差。

  旋挖钻机应对措施:

  (1)旋挖钻机根据地层地质情况选择合适的钻头和钻进速度。

  (2)旋挖钻机选用水化性能好、造浆率高、成浆快、含砂量少的精选膨润土和羧甲基纤维素(CMC)为主要成分的各种原材料配制。

  (3)根据地质情况确定适当的护筒长度,同时在开钻前检查护筒四周土层是否密实稳定,必要时须对护筒四周进行夯实。

  (4)旋挖钻机成孔后,避免有其他重型机械在孔口周围走动。

  (5)将施加在孔口周边的力尽可能的分散,避免局部受力,杜绝外部力直接作用在护筒上,施工过程中尽量避免钻斗和钢筋笼擦伤孔壁。

  3.3 缩孔

  分析原因:

  旋挖钻出渣方式为钻斗出渣,成孔时钻头对孔壁挤压小,且旋挖钻成孔速度快,孔壁稳定性比较差;旋挖钻机成孔采用的泥浆比重低,对孔壁产生的压力相对较小。因此成孔后在粉质粘土、砂土等地层容易发生缩孔。

  应对措施:

  (1)在钻斗通过砂砾层的过程中对钻斗直径进行检查,如出现钻斗磨损现象,要及时焊接钻斗齿块。

  (2)适当加大泥浆比重,但泥浆比重不宜过大,泥浆比重宜控制在1.10~1.20之间。

  (3)缩短浇筑前的操作时间,从成孔到首批混凝土灌注要环环相扣,宜在5小时内完成,

  (4)尽量避免长时间二次清孔而导致孔内扰动出现异常现象。

  3.4 泥浆控制

  分析原因:

  由于旋挖钻机的施工工艺决定了孔内泥浆不能如回旋钻机一样在孔壁形成泥皮,因此泥浆护壁效果差,施工过程中通常采用加大泥浆比重的方法来防止塌孔。本项目地质状况为极易液化的粉砂及粉质粘土,钻孔过程中孔内浮砂导致泥浆中含砂率很高,成孔后换浆法清孔降低泥浆比重的过程耗时长,塌孔风险增加,而且随着孔内泥浆比重的降低,浮砂很难通过泥浆循环带出,清孔的过程即为浮砂沉淀的过程,从而导致孔底沉渣超标。因此如何对旋挖钻机施工时的泥浆进行控制,做到既能有效护壁,又能清除浮砂,成为确保成桩质量的关键。

  应对措施:

  配制化学泥浆:它以水为主体, 膨润土、羧甲基纤维素(CMC)、碱类为主要成分的胶体混合物。泥浆比重:1.06~1.10;粘度:17~20s;pH值:8~10。

  (1)含CMC的泥浆能使孔壁形成薄而坚,渗透性低的滤饼,使失水量降低。

  (2)在泥浆中加入CMC后,能使钻机得到低的初切力,使泥浆易于放出裹在里面的气体,同时把砂粒很快吸附在泥浆护壁上,从而减少含砂率。

  (3)钻孔泥浆和其它悬浮分散体一样,具有一定的存在期,加入CMC后能使它稳定而延长存在期。

  (4)含CMC作钻孔泥浆清孔剂,可阻止与各种可溶性盐类发生化学反应,从而保证了泥浆的性能。

  4 总结

  尽管本项目基础为地质情况相对复杂的深桩基施工,但经过施工各环节的严格控制,在解决了泥浆控制、孔位倾斜及塌孔缩孔等质量问题后,旋挖钻机的成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保等的优点得到了充分的显现,既提高了施工质量和效率,又最大限度地节省人力、物力、财力等资源,对企业和社会效益具有双赢意义。


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