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旋挖钻施工工法
1、前言
我国在公路桥梁上采用钻孔灌注桩基础始于20世纪50年代末期,最初采用人工转动钻头钻孔,随着施工工艺的改进和各种钻孔设备的出现,逐渐出现了正反循环钻、冲击钻、冲抓钻、潜水钻、螺旋钻、旋挖钻、人工挖孔等多种成孔工艺,成孔桩径可达3米以上,桩长可达到100米以上。近年来,旋挖钻成孔施工工艺以其低噪音、低振动、钻进速度快、施工现场内移动就位方便、施工占地面积小等诸多优点得到了广泛推广,尤其在市政工程和施工工期较紧、桥梁分布较分散的高速公路上应用较多。
2、工法特点
旋挖钻与常规回旋钻机在使用功能或施工方法上相比较具有以下特点。
2.1成孔工艺不同
旋挖钻机用筒式钻头成孔,利用钻杆和钻斗的旋转将斗齿切削下来的土直接装进筒式容器内,然后由钻杆提出。通过钻斗的旋转、削土、提升和出土,多次反复成孔。
常规回旋钻机一般用鱼尾钻锥、三翼或四翼钻锥等将土切削,通过循环泥浆带出孔口。
2.2就位方式不同
旋挖钻机通常采用履带式行走体系,移动方便,就位仅需几分钟,钻机整体置于履带上进行钻孔作业。
常规回旋钻机通过吊车或人工简易方法就位,对原地面要求高,辅助工作时间长。
2.3施工需求能源不同
旋挖钻机由自带的柴油发动机输出动力来完成钻机的行走移动和钻进成孔工作。
常规回旋钻机需要依靠施工现场提供大功率电源来完成钻孔工作。
2.4钻进工效不同
旋挖钻机钻杆为液压伸缩式,与钻头相连,可快速下钻和提钻,使钻进速度快,效益高。
常规回旋钻机的钻杆之间通过栓接或销接,每钻进到一定深度,就必须人工加一节钻杆,速度慢、效益低。
2.5自身稳定性的可调程度不同
旋挖钻机自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整,机体垂直度,钻杆垂直度,成孔垂直度通过电子监测元件控制,操作手可直接读取,操作起来简易方便。
常规回旋钻机自身稳定性和垂直度依靠垫在钻机下面的方木和楔块通过人工来调整,成孔垂直度只有在成孔后可测设。
2.6使用的泥浆不同
旋挖钻机使用的泥浆由膨润土、烧碱、纤维素根据不同地质按一定比例组成化学泥浆,泥皮薄,护壁作用好,并可重复利用,环境污染小。
常规回旋钻机使用泥浆的造浆材料一般为桩体自身土质,遇到砂性土加些粘土或膨润土即可。
3、适用范围
旋挖钻适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、短螺旋不易钻进的含有部分卵石或碎石的地层以及强度不高的风化岩层。成孔孔径一般在1~3m,最大成孔孔深可达100m。对于地质情况较好不易坍孔的土层除了可以采用泥浆护壁湿钻外还可以选择干钻以降低工程成本。
4、工艺原理
旋挖钻成孔施工法,又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边,镶焊切削刀锯,在液压伸缩钻杆旋转驱动下,旋转切削挖掘土层,同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内,钻头装满后提出孔外卸土,如此循环形成桩孔。
5、施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1 钻孔灌注桩(旋挖成孔)工艺流程
由工艺流程图可知,当钻孔灌注桩采用旋挖成孔时,由于钻斗需要多次上下往复作业摩擦孔壁,容易发生坍孔事故,因此在钻孔过程中,要制备符合性能指标的高质量泥浆,同时要及时补充泥浆护壁,以确保孔内水头压力,防止坍孔。
5.2操作要点
5.2.1合理布置施工现场,清理场地内影响施工的障碍物,低洼处用粘土回填,达到“三通一平”,挖好泥浆循环池。
5.2.2钻孔前使用全站仪采用逐桩坐标法施放桩位点,放样后四周设护桩并复测,误差控制在5mm以内,待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工。。
5.2.3设置护筒:根据桩位点设置护筒,护筒的内径应大于钻头直径200~300mm,护筒位置应埋设正确稳定,护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm,倾斜度的偏差不大于1%,护筒与坑壁之间应用粘土填实。施工中,护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机,使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一,然后在钻杆顶部带好筒式钻头,再用吊车吊起护筒并正确就位,用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回,使护筒中心与桩位中心重合,并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒的埋设深度:在粘性土中不宜小于1m,在砂土中不宜小于1.5m。护筒应高出地面20~30cm,随即注入泥浆,并应保证孔内泥浆液面高于地下水位1m以上。
5.2.4钻机就位:钻机就位应保持平稳,不发生倾斜、位移,钻头对准孔位开启电机进行开孔。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置,并在操作室内有仪表准确显示电子读数,当钻头对准桩位中心十字线时,各项数据即可锁定,勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确,误差控制在2cm内。
5.2.5旋挖钻进:当钻机就位准确,泥浆制备合格后即开始钻进,钻进时每回次进尺控制在60cm左右,刚开始要放慢旋挖速度,并注意放斗要稳,提斗要慢,特别是在孔口5~8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正,而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆,使孔内水头保持一定高度,以增加压力,保证护壁的质量。
5.2.6 清孔:钻进至设计孔深后,将钻斗留在原处机械旋转数圈,将孔底虚土尽量装入斗内,起钻后仍需对孔底虚土进行清理。一般用沉渣处理钻斗(带挡板的钻斗)来排出沉渣,若沉淀时间较长,则应采用水泵进行浊水循环。
5.2.7钢筋笼制作应符合设计要求,钢筋笼存放场地应平整,钢筋笼应先进行隐蔽工程验收方能下放,下放时应保证钢筋笼顺直,严禁摆动碰撞孔壁,就位后焊制定位钢筋。
5.2.8钢筋笼下放至设计深度后,立即安装混凝土灌注导管,避免导管与钢筋笼碰撞,遇导管下放困难应及时查明原因。导管一般由直径为200~300mm的钢管制作,内壁表面应光滑并有足够的强度和刚度,管段的接头应密封良好和便于装拆。
5.2.9二次清孔:将头部带有1m长管子的气管插入导管内,气管底部与导管底部最小距离2m,压缩空气从气管底部喷出,如能使导管底部在桩孔底部不停的移动,就能全部排出沉渣,对深度不足10m的桩孔,须用空吸泵清渣。灌注混凝土前的孔底沉渣厚度应满足要求。
5.2.10灌注水下混凝土:配制的混凝土强度等级必须满足设计要求,并应具备良好的和易性。开始灌注混凝土时,为使隔水栓顺利排出,导管底部至孔底的距离宜为30~50cm,使导管一次埋入混凝土面下1.0m以上,灌注过程中导管埋深宜为2~6m,严禁将导管提出混凝土面,设专人测导管埋深及管内外混凝土液面高差。混凝土必须连续灌注,灌注的桩顶标高应预加一定的高度,一般应比设计高出50~100cm,预加高度可于基坑开挖后凿除,凿除时候应防止损坏桩身。处于地面及桩顶以下的钢护筒,可在砼灌注完毕提起,在提起过程中,要防止提起过快过猛,造成填土杂物或淤泥夹入砼,影响桩身质量。灌注完毕后,整理冲洗现场,清除设备、工器具上的砼积物。
6、材料与设备
旋挖钻成孔施工作业的主要配套设备大致见下表:
表6.1 旋挖钻成孔主要配套设备
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
1
旋挖钻机
Z200
1台
钻孔
2
挖掘机
1m3
1台
清理平整场地、装弃渣
3
自卸汽车
5T
2台
运弃渣
4
吊车
16T
1台
下钢筋笼、吊装导管、协助灌注砼
5
泥浆泵
3pnl
2台
泥浆循环护壁、排浆
6
发电机
75KW
1台
备用电源、钢筋笼焊接
7
电焊机
BX400-1
3台
焊接钢筋笼
8
全站仪
尼康
1台