旋挖钻灌注桩工艺（精选7篇）
旋挖钻灌注桩工艺 篇1
1 适用范围
适用于各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的桥墩桩基施工。施工前应根据不同的地质采用不等的钻头。目前国内常用的德国产BG系列和意大利的R系列旋挖钻机。
2 施工工艺
钻孔桩施工工艺流程见图1。
3 施工要求
3.1 施工准备
钻孔场地应根据地形、地质、水文资料和桩顶标高等情况结合施工技术的要求,须作准备工作如下:确定钻孔桩位:按照设计文件要求,用全站仪精确放出桩位。钻孔场地应平整,清除杂物,更换软土,夯填密实。钻孔场地在陡坡时,应挖成平坡。钻孔场地在浅水时,宜采用筑岛法。筑岛面积按设备大小等决定。
3.2 泥浆制备
在砂类土、碎(卵)石土或黏土夹层中钻孔,采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔,当塑性指数大于15,可利用孔内原土造浆护壁。钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆,维持护筒内应有的水头,防止孔壁坍塌。
3.3 埋设护筒
护筒顶面高出施工水位或地下水位2m,内径比桩径大20cm,满足孔内泥浆面的高度要求,在旱地或筑岛时还高出施工地面0.2~0.3m。当表层土松软时,将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒,在护筒四周回填黏土并分层夯实。
在水中平台上下沉护筒,由导向设备控制护筒位置。
护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。
3.4 钻机就位及钻孔
3.4.1 钻机就位前,应对钻孔各项准备工作进行检查。安装后的底座和顶端应平稳,在钻进中不应产生位移或沉陷。3.4.2钻孔作业应分班连续进行,填写钻孔施工记录,交接班时应交待钻进情况及注意事项。在地层变化处应捞取样渣保存。3.4.3因故停机时间较长时,应将套管口保险钩挂牢。
3.4.4 当钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查,确认满足设计要求后,立即填写终孔检查证。
3.5 清孔
当钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径和孔形等进行检查,经检符合要求后进行清孔。
清孔采用抽渣法,清孔后应符合相关设计要求。
清孔时注意事项:保持孔内水头高度,防止坍孔;检查孔口、孔中和孔底提取的泥浆比重的平均值,符合质量标准要求后,可停止清孔;灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度不大于设计规定值,并采取一切措施缩短清孔后至灌注水下混凝土的时间。不得用加深孔深来代替清孔。
3.6 钢筋笼骨架的制作安装
3.6.1 钢筋笼加工。
钢筋笼基本节长9~12m。小于16m的钢筋笼接长在地面上水平焊接,对于长度超过16m的钢筋笼现场接长,在钻孔上竖向焊接。钢筋笼加工采用长线法施工,在专用胎具上加工成型。钢筋在加工弯制前应调直,表面洁净无污染和锈蚀。钢筋接头应设置在承受应力较小处,并应按相关设计规定分散布置。3.6.2钢筋笼安装。钢筋笼运输时配备专用托架,自制炮车运至现场。下放时,检查钢筋笼的垂直度,确保上、下节钢筋笼对接时中心线保持一致。钢筋笼上下节焊接采用单面双帮条焊。为了保证骨架起吊时不变形,宜用两点吊。第一吊点设在骨架的下部,第二点设在骨架长度的中点到顶部三分点之间。按编号顺序依次吊装,接头焊接完成后,将接头范围内的箍筋缠绕并相互搭接后,稍提骨架,抽去临时支托,将骨架徐徐下放。依此循环下放至设计标高为止。钢筋笼安装到位,经检查无误后,及时将钢筋笼加长的四根主筋与钢护筒顶部焊接固定,防止砼灌注过程中钢筋笼上浮。
3.7 导管安装
灌注水下砼采用钢导管灌注。导管使用前进行水密承压和接头抗拉试验。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.5倍的压力,也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注砼时最大内压力p的1.5倍,p=rchc-rw Hw
式中:p为导管可能受到的最大内压力(k Pa);rc为砼拌和物的重度(24k N/m3);hc为导管内砼柱最大高度(m),以导管全长或预计的最大高度计;rw为井孔内水或泥浆的重度(k N/m3);Hw为井孔内水或泥浆的深度(m)。
导管每节2~3m,配1~2节1~1.5m的短管,漏斗下采用若干节1m长导管。导管内壁光滑、圆顺,内径一致,接口严密,偏差不大于±2mm,按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差不超过钻孔深的0.5%并不大于10cm。
导管接头法兰盘加锥形活套,底节导管下端不得有法兰盘。底部距孔底有300~400mm的空间,以确保首盘砼浇注质量。
3.8 灌注水下混凝土
3.8.1 二次清孔。
浇筑水下砼前应检查沉渣厚度,沉渣厚度应满足设计要求,否则利用导管进行二次清孔。3.8.2首批封底砼。采用砍球法灌注水下混凝土,计算和控制首批封底砼数量,下落时有一定的冲击能量,把泥浆从导管中排出,确保导管下口埋入砼中不小于1m深。将桩底沉渣尽可能地冲开,减少工后沉降。首批灌注砼的数量公式:
h1=Hwrw/r C;导管底口与孔底的距离为30~40cm,H1表示砼桩底到导管底口的高度,H2表示首批灌注砼的最小深度(导管底口到砼面的高度)为1m,h1表示泥浆底部到砼面的高度,保证导管埋入砼中的深度不小于1m。首批砼灌入孔底后,立即探测孔内砼面高度,计算出导管在砼内的埋置深度,如符合要求,即可正常灌注。3.8.3水下砼浇灌。混凝土在搅拌站集中搅拌,采用输送车搅拌运输。水下砼坍落度控制在180mm~220mm。水下砼灌注开始后,过程连续无间断,单根桩砼灌注时间应控制在8h内。导管的埋置深度应控制在2~6m。灌注过程中经常量测孔内砼面的上升高度和孔内水位升降情况,并适时缓慢平稳提升、逐级快速拆卸导管。已拆下的管节要立即清洗干净,堆放整齐。循环使用导管4~8次后应重新进行水密性试验。为防钢筋骨架被砼顶托上升,可采取以下措施:a.尽量缩短砼总的灌注时间,防止顶层砼进入钢筋骨架时砼的流动性过小。b.减小导管埋置长度,从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上。多余部分在承台施工前凿除,确保桩头无松散层。在灌注砼时,每根桩应根据规范要求至少留取三组试件。试件应采取标准养护,强度测试后应填试验报告表。3.8.4灌注砼测深方法。灌注水下砼时,应经常探测孔内砼面至孔口的深度,以控制导管埋深。测深采用重锤法(锥形),底面直径不小于10cm,重量不小于5kg。用测绳系锤吊入孔内,使之通过泥浆沉淀层而停留在砼表面(或表面下10~20厘米)根据测绳所示锤的沉入深度作为砼灌注深度。在测深桩,砼浇注接近桩顶面时,由于沉淀增加和泥浆变稠的原因,就容易发生误测。探测时必须要仔细,并以灌注砼的数量校对以防误测。3.8.5泥浆清理。钻孔桩施工中,为了保护环境,产生的废弃泥浆经泥浆池沉淀处理后,运到指定的弃土场堆放,并做妥善处理。
结束语
旋挖钻灌注桩在各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的桥墩桩基施工中,具有成桩快、效率高、操作简便等显著特点。
旋挖钻灌注桩工艺 篇2
（1）坍孔防治：
a、护筒周围用粘土填封密实，在松散粉砂层或卵石钻进时桩机不能进尺过快或较长时间空转，根据孔内的不同地质情况及时调整钻进速度以维持孔壁稳定。
b、在钻孔过程中，如发生孔内坍塌时，探明坍塌位置，将砂和膨润土1：1或砂砾石和黄土2:1混合物回填到坍孔处以上1-2m，但每层回填厚度不超过50cm,采用钻头冲压密实，让其回填土挤密塌孔部位后从新钻进。如坍孔严重时，应将钻孔全部回填，回填方法同上，然后重新埋设护筒后再行钻孔。
c、钻孔完成清孔时，指定专人负责检测清孔情况确保桩底浮渣厚度不超100mm。
（2）桩孔偏移倾斜防治
a、钻机就位时，要使钻机底座水平，要使钻杆中心在一条竖直线上，并经常检查校正，由于钻杆较长，转动时上部有摆动，初始钻进时要低速慢进。
b、在有倾斜的软、硬地层钻进时控制进尺，低速钻进，如有孤石、探头石，更换合金钢钻头慢挖通透，倾斜超标时，在桩孔偏斜处上下反复扫孔，使孔校正校直；偏斜严重时，应回填粘土到桩孔偏斜处以上，待回填料沉积密实后继续钻进。
（3）缩孔防治：及时修补钻锥，使之符合尺寸要求，恢复正常工作。
（4）卡钻、埋钻和掉钻防治
a、经常检查转向装置保证其灵活，经常检查钻杆、钢丝绳及连接装置的磨损情况，及时更换易磨损件，防止卡钻或掉钻。
b、卡钻时不宜强力提拔，只宜轻提钻头正反旋转轻轻提出 c、对于埋钻，如是坍孔或其它原因造成的埋钻，使用高压空气吸泥机吸走埋钻的泥砂，提出钻头或放入高压风管，用压缩空气吹开埋住钻头的钻渣后提出钻头。
d、掉钻头时用打捞叉、钩、绳索等工具捞取，若已被砂石埋住可按上述办法清除砂石，使打捞工具接触落物后再打捞。
（5）钢筋笼运输变形、偏位防治
a、钢筋笼应根据运输和吊装能力及吊装条件分段制作、分段运输、分段吊装，吊入钻孔内再搭接焊连接。
b、钢筋笼在运输及吊装时，除每隔2m左右焊一道加强箍筋外，还应在钢筋笼内每隔4m装一个可拆卸的十字形临时加强支撑，待钢筋笼吊入钻孔时逐一拆除。
c、钢筋笼主筋保护层钢筋焊接牢固，符合设计保护层厚度要求，保证钢筋笼在灌注混凝土时不会发生偏移。
（6）导管通病防治
a、导管底口至孔底间隙不得超过300～500mm左右，在提升导管前，用标准测深锤测量混凝土表面标高，始终保持导管底口埋于混泥土中不小于3m且不大于6m，控制导管提升高度。
b、下导管前检查导管拼装后的轴线，试拼后各节导管应从
下至上编号，标上累计长度，吊入孔内拼装时，各节导管号和圆周方向应与试拼时相同，不得错乱。
c、要确保混凝土均匀、连续的灌注，保证混凝土的连续灌注，中断灌注不应超过30min，混凝土的坍落度宜为18cm左右±2cm，使混凝土具有良好的和易性，混凝土的含砂率宜为45%左右，最大水灰比宜不超过0.4，并掺入外加剂、粉煤灰等材料，在运输和灌注过程中，混凝土应不发生显著离析和秘水。
d、配置混凝土的原材料，应符合混凝土对原材料的规定要求，宜优先选用矿渣水泥，水泥强度不宜低于42.5级，按标准方法测定的初凝时间不宜小于2.5h.，采用级配良好的中砂，粗骨料最大粒径不得大于导管内径的1/6-1/8和钢筋最小净距的1/4，且不得大于4cm，水泥用量不宜小于325kg/m3。
e、灌注开始发生堵管时，可用长杆冲捣、用吊绳抖动导管或用振动器震动导管等方法，迫使混凝土下落，若无效果，需将导管连同管内混凝土拔出、清除，换新导管，准备足够储量混凝土重新灌注。
（7）灌注混凝土时钢筋笼上浮防治
a、摩擦桩应将钢筋骨架的几根主筋延伸至孔底，钢筋骨架上端在孔口处必须有足够的加压固定设施。
b、灌注中，当混凝土表面接近钢筋笼底部时，应放慢混凝土灌注速度，使导管保持较大埋深，并使导管底口与钢筋笼底端保持较大的距离，以便减小对钢筋笼的冲击。
c、混凝土面进入钢筋笼一定深度后，应适当提升导管，使钢筋笼底端至导管底口有一定的深度，但应注意导管埋入混凝土表面不得小于3m。
（8）灌注混凝土过程坍孔防治
a、如塌孔采用吸泥机吸出坍入孔内的泥土、移开孔旁重物和排除施工震动等有效措施防止继续坍孔，如不再坍孔，可继续灌注混凝土，但灌注结束后，该桩应作问题桩处理。
b、用上述方法处理坍孔仍未停止，或坍孔部位又较深时，宜将导管及钢筋笼拔出，回填粘土后重新钻孔。
（9）浇短桩头防治
a、灌注混凝土接近结束时，如桩头部位过深，肉眼无法查看时用分节接长的钢花管，插入混凝土中取样，鉴定混凝土表面的位置，也可判定砼浇筑过程中是否存在塌孔现象存在。
b、短桩头处理：当桩基浇筑高度不够时，开挖后做接桩处理，凿掉砼桩头，清理砼表面，砌筑桩基井壁（或者采用同径圆柱钢模板）达到设计高度，周边回填压实，然后在桩头砼表面浇灌素水泥浆后浇灌砼，并采用振捣棒振捣密实。
（10）钻孔灌注桩夹泥、断桩防治
a、混凝土和易性要好，坍落度应控制在18 cm左右±2cm，灌注直径较大长桩混凝土时，混凝土中应掺入缓凝剂，尽量延长混凝土初凝时间。
b、认真测量和计算孔深与导管长度，下导管时，底口距孔
底的距离应控制在30-50cm之间（注意导管口不能埋入的浮渣中），同时要能保证首批灌注后能埋住导管至少100cm。
c、在提拔导管时，要通过测量混凝土的灌注深度及以拆下导管的长度，认真计算提拔导管的长度，严禁未经测量和计算而盲目提拔导管超拔露出管口。
d、在钢筋笼对接采用搭接焊时，主筋接头左右搭接保证焊口平顺，保证焊缝不要在钢筋笼内侧形成错台，以防钢筋笼卡住导管。
e、导管使用前，要对导管进行抗拉力试验，以防导管强度不足。在灌注过程中做到连续灌、勤测量、勤拔管，随时掌握导管埋置深度，导管埋置深度应控制在3-6m范围内，防止导管埋置深度超标。
桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用 篇3
关键词 桥梁桩基；旋挖钻；施工
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0041-02
随着桥梁建设的发展，桥梁基础桩基数量越来越多、桩径越来越大，施工技术难度也逐步加大。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，旋挖钻孔灌注桩采用膨润土静态无循环泥浆护壁，直接旋挖钻斗取土，适用于软土、流泥、流沙和卵砾石等复杂地质条件下灌注桩工程施工。其具有成孔效率高、质量好、速度快、环保无噪音、钻机移位灵活方便、桩孔对位方便准确等优势，在桩基施工中，有着传统钻机无法比拟的技术优势，因而越来越受施工单位的欢迎。在此，本文将主要谈谈桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用，以供参考。
1 旋挖钻机成孔的概述
1）旋挖钻机成孔工艺原理。旋挖钻机成孔施工法．又称钻斗施工法。成孔原理是在钻杆柱下端连接一个可闭合开启的钻斗，钻斗底部及侧边有带耙齿的切削刀具，借助钻具自重和钻机加压力，使钻具钻齿切入地层中，动力头带动钻杆旋转，在回转力矩作用下钻头同时回转，旋转切削挖掘土层，并将切削挖掘下来的土渣纳入钻斗内。待斗内装到相当数量后，由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土。这样循环往复，不断地取土、卸土，直钻至设计深度，最终形成桩孔。旋挖成孔工艺如图1。
图1 旋挖钻成孔工艺流程
2）旋挖成孔工艺的主要优点。①钻头将破碎的岩土直接从孔内取出，成孔施工速度快，据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的5-10倍；适合的地层范围广，移位灵活，对孔位快，自动化程度高；②由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需静压泥浆护壁，且孔壁泥皮薄，有利增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力，孔底沉渣少，易于清孔，故成桩质量好；③可采用干挖或回收泥浆，使用泥浆较少，约为正反循环钻进工艺所需泥浆的1/20～1/10，因而施工场所整洁，环境污染小，并且节省了造浆和排污费用，降低了施工成本；④钻孔深度可达80m以上，钻孔直径可达2.5m以上；⑤可实现多工艺钻进，适用于各种不同地层（如填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、沙土层以及短螺旋不能钻进的含有部分卵石、碎石的地层），不同桩基，不同深度施工的需要。除旋挖钻进外，通过更换工作装置，还可以实现跟管钻进和长螺旋钻进。
2 旋挖钻施工工艺
1）施工前，应先平整场地，软弱地基要压实，并做好场地排水，防止桩机倾斜位移。
2）桩机就位前，应进行测量放线，即用两根互相垂直的直线相交于桩点，定出十字控制点，以确定桩位；然后调整旋挖钻机桅杆垂直，钻机就位时钻头中心对准桩位中心，对中完成后设置并锁定各项数据。
3）护筒埋设。①护筒埋设由人工与旋挖机配合完成，利用旋挖钻机进行开孔，人工配合埋设护筒；②护筒采用钢护筒，长度4m 以内采用厚4～6 mm的钢板制作，长度大于4m 的采用厚 6～8 mm钢板制作；护筒埋置较深时，采用多节护筒连接使用，连接形式采用焊接焊接时保证接头圆顺同时满足刚度、强度及防漏的要求；③一般情况下要求护筒厚度不低于8mm，当桩径大于1.5m时要求护筒厚度 10mm～16mm为宜；护筒长度以3m～6m为佳；④对于深厚杂填土的土层采用壁厚为10mm的长钢护筒穿越，由旋挖钻机将钢护筒压入土层中，护筒底埋置于稳定土层中至少0.5m；护筒顶面高出地面20 cm，内径大于钻头直径100mm，上部开设2个溢浆孔；⑤护筒的埋设应准确，护筒中心与桩位中心应一致，偏差不得大于5cm，倾斜度偏差不大于1％；护筒外侧的空隙填压紧密，并测量筒顶水平面标高。
4）旋挖成孔。①在旋挖钻机成孔过程中，采用静态泥浆护壁钻进工艺；泥浆的配制根据土层情况与其他泥浆护壁钻孔灌注桩相同，遇易塌孔的土层应增大泥浆的比重和粘度。②一般，应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 速；当软地层变为硬地层时，应减速慢进；对硬塑层采用快转速钻进；砂层则采用慢转慢速钻进；钻进过程中应随时清除积土和地面散落土；③应严格控制钻斗的提升速度在0.75～0.85m/s，含砂土、软土的桩提升速度应小于0.75 m/s，钻斗提升速度过快，容易塌孔；④在钻进的过程中，随着旋挖钻进孔深增加及泥浆损失，应及时向孔内注入泥浆，保持对孔壁的静液压力，泥浆一般应高出护筒底口lm以上；⑤成孔允许偏差见表1。
5）清孔。旋挖至设计标高后，用简式钻头在原处继续旋转数圈进行掏渣清孔。清孔速度不宜过快，并保持孔内泥浆的水头高度。下入钢筋笼后，再测孔底沉渣厚度是否超标，如超标则用吊机吊起钢筋笼，旋挖钻机进行二次清孔，直至泥浆各项指标、孔底沉渣等符合设计及规范、验标的要求为止，严禁采用加深孔底深度的方法来代替清孔。一般，清孔的质量应符合以下要求：泥浆相对密度：1.06-1.10g/cm3；含砂率＜2%；粘度18-20s；胶体率＞98%；pH值：8-10；沉渣厚度≤20cm。
6）钢筋笼安装。①钢筋笼采用分节下放、孔口焊接的方式安装；②钢筋笼骨架外侧设置控制混凝土保护层厚度的垫块，竖向间距为2m，径向圆周不少于4处；③钢筋笼的吊装采用三点起吊，保持笼轴线重合；入孔时须保持垂直状态，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃动和强行冲击下放；在吊装时，先将下节笼挂在孔口，随即吊起第二节进行焊接，逐节焊接下放，各节笼焊前须对上下节主筋位置进行校正，使上下节保持垂直；④如节段较多时，可在现场先水平焊接两节，一起起吊，减少成孔后在孔口钢筋笼的焊接时间。
7）浇筑水下混凝土。钢筋笼安装完毕后，尽快下放导管浇灌混凝土。一般，混凝土应具有良好的和易性，其坍落度控制在180～220mm；首批灌注水下混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要，导管底端应距孔底30-50cm；混凝土应连续灌注，中途停顿时间不大于30min；导管埋置深度控制在2～6m；灌注的桩顶标高比设计高出0.8～1.0m。同时，在浇筑过程中要做好泥浆的回收，泥浆可循环利用，做到减少损失，保护环境。
3 旋挖钻机施工应注意的事项
1）旋挖成孔工艺，特别适用于土层、砂层、胶结较松散，粒径小于10mm的卵砾石层，不适宜粒径大于10mm的卵砾石层，也不适宜施工嵌入岩石的桩，即使是配备机锁式加压钻杆、入岩钻头。
2）成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子，钻斗门连接销子及钢丝绳的状况，并清除钻斗上的渣土，发现问题及时处理；斗齿出现磨损及时更换。
3）为提高安全性和工作寿命，尽可能不要让钻机经常在极限状态下工作，以免零件加速磨损，增加故障发生率；同时注意对机械的保养；应了解工程地质情况和机械适用范围，尽可能发挥机械最大效能。
4）旋挖钻机施工应采用跳挖方式，钻斗倒出的土距桩孔的最小距离应大于 6m应及时清除；应根据钻进速度同步补充泥浆，保持所需泥浆高度不变。
5）严防发生卡钻事故。
6）选用适用机型，桥梁桩基一般选择直径1800～2500mm左右，深度60m以上钻孔的机型；钻头的选用：一般地层为双底捞砂钻头；硬岩石地层采用滚轮式岩芯钻头加滚轮十字钻头再加捞砂钻头等组成，干法成孔或软岩地基承载力（单轴抗压强度小于20MP a时）用螺旋钻头效率较高。
7）因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，因此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁。为此，须严格控制好泥浆的各项性能指标，调整其配合比，控制其比重，以提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当增加处理剂，增加絮凝能力，确保护壁泥皮的厚度及强度。
8）钻孔过程中，应及时分析挖出的泥渣，与地质资料进行比对，做好记录，如发现钻进地层与地质资料有较大出入，应及时汇报。
9）当遇到暴风雨天气时，施工需格外注意，特别当风速达到20m/s时，应采取停钻措施，将钻头或负荷放在地面，动力头驱动器移到桅杆下面。
4 结束语
综上所述，旋挖钻机成孔工艺具有成孔效率高、质量好、速度快、环保无噪音、钻机移位灵活方便、桩孔对位方便准确等优点，成为适合建筑桩基工程中成孔作业最理想的施工机械，近年来，在我国许多大型基础设施建设工程的施工中更是得到了广泛应用。但由于旋挖钻进工艺是一种较新的施工技术，在不同的地质条件下，还会出现一些新问题，需要大家在以后的实践、研究中继续努力探索，不断提高旋挖钻进工艺的施工质量。
参考文献
[1]安在峰.浅谈旋挖钻机成孔施工技术的应用[J].黑龙江科技信息,2010,14.
[2]黄楚南.浅谈桩基工程旋挖钻孔施工技术[J].今日科苑,2008,14.
旋挖钻成孔灌注桩施工质量的控制 篇4
旋挖钻成孔施工特点是自动化程度高和钻进效率好。钻头可穿过各种复杂土层,施工质量好,尘土泥浆污染少,在桩基施工特别是城市桩基施工中具有很大的优势。本文浅谈几点关于在桩基施工过程中质量的控制方法。
1 旋挖钻成孔灌注桩施工工艺流程(图1)
2 质量控制
2.1 成孔阶段质量的控制
2.1.1 采取隔孔施工程序
钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同,打入桩是将周围的土体挤开,桩身具有很高的强度,土体对桩产生被动土压力。钻孔灌注桩则是先成孔,然后在孔内成桩,成孔阶段是依靠泥浆来平衡压力,且在钻进施工时会使周围的土体松动,所以在群桩的相临桩孔施工时宜选择较适应的桩距(可采取桩孔间隔施钻的方法),对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术保证措施。
2.1.2 护筒的埋设
护筒的作用为固定桩位,引导钻头方向,隔离地面水流入孔内,保证孔内水位高出地下水位或施工水位,增加水头高度,保护孔壁不坍塌,确保成孔质量。
护筒埋设前采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样,放样后四周设护桩并复测,将误差控制在5 mm以内。桩位用钢钉打入路面5 cm作为桩的中心点,然后在桩位周围做上标记,既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。护筒埋设后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。经确认护筒平面位置的偏差不大于50 mm,倾斜度的偏差不大于1%,则将其四周用粘土填实。
2.1.3 泥浆的制备
采用泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差控制桩孔孔内水压力,以确保孔壁的稳定,防止坍孔。泥浆的比重起到保持这种压力差的关键作用,如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆就失去阻挡土体坍塌的作用,如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用,其指标的控制非常重要。采用澎润土制备泥浆进行护壁,泥浆指标数据见表1。
2.1.4 钻进成孔
成孔前必须检查钻头的保径装置,钻头直径、钻头磨损等情况,施工过程中经常复核钻头直径,如发现其磨损超过10 mm就要及时调换钻头。
成孔过程中,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如钻进深度、地质特征、障碍物等情况。
旋挖钻配备电子控制系统显示钻进深度及垂直度,通过电子控制和人工观察可以保证钻杆的垂直度。钻孔过程中根据地质情况控制进度速度:由硬地层钻进软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变硬地层时,要减速慢进;在易缩径的软地层中,应适当增加扫孔次数;对硬塑层采用快速钻进,以提高钻进效率;砂层则要慢转慢钻,同时适当增加泥浆比重和粘度。
2.1.5 清孔
清孔是保证在不塌孔的情况下,将桩孔底部的沉渣尽量排出干净。按规范规定,清孔后孔底残留的沉渣厚度,端承桩不得大于100 mm,摩擦桩不得大于300 mm。清孔方法主要是借助泥浆泵将孔底的残渣在泥浆循环过程中不断排出,并在循环路程中设置沉淀池沉淀残渣,使孔内保持较纯的泥浆。一般情况下清孔分两次进行,即在钻孔结束后清孔一次,待钢筋笼、导管安放完毕后再清一次孔。第二次清孔后应马上灌注混凝土,中间等待时间不宜过长。
2.2 钢筋笼制作与安装
旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快,且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在钢筋笼制作、安装上采取合理措施,避免安装时钢筋笼刮伤孔壁,就可以大大地降低沉渣厚度,有效防止塌孔的发生。这就要求在钢筋笼制作方面要严格控制,重点是钢筋笼外径和直线度,主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量必须符合设计要求。在钢筋吊放过程中,应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量,对质量不符合规范要求的焊缝要进行补焊。钢筋笼接长时要加快焊接,尽可能缩短下放时间。钢筋笼垫块,宜采用圆柱形砂浆垫块,沿钢筋笼每隔2 m放置一组,每组设置4个,按90°均匀安放,这样既可避免笼体碰撞孔壁,又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。
钢筋笼按要求制作后进行吊放,特别要注意顶节钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确吊放在设计标高上,这是由于钢筋笼吊放后是暂时固定在枕木上。吊环长度要根据枕木顶标高的变化而变化,要根据桩顶标高及枕木顶标高确定吊环长度。以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。
2.3 导管的安装
2.3.1 导管的选用及检查
导管宜采用直无缝钢管,在下导管前,首先检查其是否损坏,密封圈、卡口是否完好,内壁是否光滑圆顺,接头是否严密,再进行水密承压和接头抗拉实验,以检查导管的密封性能、接头抗拉能力。具体实验方法如下:
向拼装好的导管内灌入70%的水,然后接好输气管,输入计算好的气压,具体计算过程如下:
p=γ1×hc-γ2×ηw;
γ1—混凝土的重度,取γ1=24 kN/m3;
hc—导管内砼最大高度,(取桩长的2/3);
γ2—桩孔内泥浆的重度;
hw—桩孔内泥浆的深度;
p—导管可能受到的最大压力(kPa)。
将导管在恒压下前后滚动,并持压15 min,观察其接口处是否漏水、周身是否有变形,以验证导管的密封性、承压和抗拉性能
2.3.2 导管长度的计算和吊放
以实际孔底标高和孔口架之间的距离来配置需要导管长度,并预留30～50 cm的悬空高度。拼装时要严格检查导管内壁,确保干净无杂物,变形和磨损严重的导管严禁使用,导管的吊放用吊车,要确保其居于孔的中心位置,下放速度要慢,防止卡挂钢筋笼骨架。
2.4 混凝土的灌注
钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注,混凝土的离析现象还会存在,但良好的配合比可减少离析程度。因此,现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整。为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象,在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。混凝土坍落度应控制在180～200 mm。
导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～4 m,不宜大于5 m和小于1 m,严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8～10 m时,应及时将坍落度调小至120～160 mm,以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中,要控制好灌注工艺和操作,抽动导管使混凝土面上升的力度适中,保证有程序地拔管和连续灌注,升降的幅度不能过大。
混凝土灌注所需数量,一般约为设计桩径体积的1.2倍左右,《建筑施工手册》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1。混凝土浇注标高应高出桩顶设计标高0.5～1.0 m,以便清除浮浆。
3 结语
钻孔灌注桩的施工质量是一项复杂的系统工程,成桩的好坏直接关系到上层结构的安全和上层结构建筑物的沉降。由于桩基础的施工属特殊工序,稍有疏忽极易造成质量事故。所以施工中应坚持预防为主的原则,加强施工中的成孔、钢筋笼制作安装、水下混凝土灌注等过程中各环节的管理,按照设计与施工技术规范的要求,及时解决施工过程中出现的各种问题。
旋挖钻与传统的潜水钻机相比,由于旋挖钻机的圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”,同时由于钻头提升时泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用,很容易造成护筒底孔壁坍塌,因此对护筒周围回填土必须精心进行夯实。
施工过程中应根据地质层理,分析地质水文资料,及时调整泥浆比重和钻进速度,尤其是对不良地层,要有预控措施。
在灌注桩的施工中,工程技术人员应结合工程的实际情况选取合理的施工工艺进行施工,采取一整套系统的管理体制进行控制,才能确保灌注桩的质量。
旋挖钻灌注桩工艺 篇5
三里塬大桥位于平凉过境段, 中心桩号为K116+762, 起点K116+622.9, 终点K116+901.1, 全长278.2m, 为桥位与路线正交。上部结构为9m×30m装配式预应力混凝土连续箱梁, 下部结构形式为薄壁轻型桥墩、桩基础 (桩径1.5m, 桩长均在40m左右) ;桩柱、肋板式桥台。
2 工程施工
2. 1 施工工艺方案的确定
该桥位于平凉市新三里塬沟内, 地表大部分被薄层风化层和风积黄土 (新黄土) 覆盖, 底下为老黄土, 黄土状粉土湿陷性轻微, 地下水位较低, 但对桩基础旋挖钻孔不产生实质性影响, 工程地质条件良好, 无特殊地质问题。采用一台意大利进口迈特220型旋挖钻机进行钻孔施工。
2.2 旋挖钻成孔工艺
旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土, 并直接将其装入钻斗内, 然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土, 这样循环往复, 不断地取土卸土, 直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层, 可采用干式钻进工艺, 无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层, 或有地下水分布, 孔壁不稳定, 必须采用静态泥浆护壁 (如膨润土等) 钻进工艺, 向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。其工艺流程如图1。
2.3 钻孔施工
2.3.1 场地布置
根据设计要求合理布置施工场地, 先平整场地、清除杂物。在进行场地整平后, 组织有资格的测量放样人员, 将所有桩位放出, 钉好十字保护桩, 做好测量复核, 并记录放样数据备案;规划行车路线时, 使便道与钻孔位置保持一定的距离, 以免影响孔壁稳定;钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上, 以免产生不均匀沉陷;钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。
2.3.2 桩位放样
桩位放样, 按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样, 进行钻孔的标高放样时, 应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置, 使其误差在规范要求内。
2.3.3 制作、埋设钢护筒
钢护筒, 采用厚4-6mm的钢板制作, 高2.0m, 连接形式采用焊接, 焊接时保证接头圆顺, 同时满足刚度、强度及防漏的要求, 内径视土质情况应大于钻头直径0.3-0.5m。该旋挖钻具有自行埋置护筒功能, 大约需要10min。钢护筒平面位置与垂直度应准确, 钢护筒周围和护筒底脚应紧密, 不透水。埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样, 把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内, 找出钢护筒的圆心位置, 用十字线在钢护筒顶部或底部, 然后移动钢护筒, 使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查, 使钢护筒竖直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土, 要分层夯实, 达到最佳密实度。以保证其垂直度, 防止泥浆流失、护筒位移或掉落, 如果护筒底土层不是粘性土, 应挖深或换土, 回填夯实300-500mm厚度的粘土后, 再安放护筒, 以免护筒底口处渗漏塌方, 夯填时要防止钢护筒偏斜。
2.3.4 钻孔施工
该项工程采用的是干钻施工工艺, 在成孔过程中不需泥浆护壁, 在旋挖钻进过程中, 钻斗往返于孔底与地表之间, 所形成的孔壁比较粗糙。旋挖钻孔灌注桩的桩土之间的咬合作用较强, 能较好地反映出混凝土桩体与黄土及粉质粘土之间的相互作用效应。
在钻进过程中必须作好地质情况记录, 绘制孔桩地质剖面图, 每处孔桩必须备有土层地质样品盒, 在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间;旋挖钻机孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认, 由设计单位确定是否进行变更设计;钻孔时要及时清运孔口出渣, 避免妨碍钻孔施工、污染环境;钻孔达到预定钻孔深度后, 提起钻杆, 用测量孔深及虚土厚度 (虚土厚度等于钻深与孔深的差值) 。
2.3.5 成孔检查
清孔工作结束后, 施工单位会同监理工程师进行钻孔检查。钻孔要符合下列允许偏差:
平面位置:群桩不大于100mm, 单排桩不大于50mm;
钻孔直径:不小于图纸规定的直径;
倾 斜 率:直桩不大于1%;
深 度:符合要求。
3 旋挖钻施工的优点
1) 具有功率大, 钻孔速度快, 自动化程度高, 移动灵活方便, 定位准确, 节约劳动力, 生产安全, 工作方便, 环保性能好, 噪声小, 工作效率高, 节约时间, 降低施工成本的特点, 是目前同等设备中较好的一种新型旋挖设备。成孔工艺创下了新的施工记录, 同时使广大工程技术人员掌握了新技术, 加快了施工进度, 保证了工程质量。钻井率高, 直径1.5 m, 孔深40 m 左右的基桩从埋置护筒到终孔在4h内即可完成。对不同的地质情况适应性强, 适用广泛。
2) 孔壁稳定, 清孔彻底, 速度快, 成孔质量好, 保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等各项技术指标全部达到规范和设计要求, 自身有起吊功能, 功率高, 现场与混凝土施工配合协调, 与混凝土罐车配合运输方便顺利, 节省人力资源, 提高工作效率。
4 注意事项
1) 在钻进过程中要密切关注地质变化情况, 如遇板岩或卵石等, 可通过更换钻头等方式及时处理, 并报监理工程师。
2) 钻进过程中如遇地下水或松散易坍塌地层, 孔壁不稳定, 必须采用静态泥浆护壁钻进工艺, 向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。
3) 钻机必须有专业人员操作, 就位前, 必须进行全面检查, 确保正常钻进, 确保成孔质量。
5 结束语
通过本次利用旋挖钻对桥梁桩基的施工, 科学地运用了施工技术和施工方法, 大大缩短了施工周期, 保证了桩基质量, 节约了施工成本, 这表明旋挖钻在黄土地质条件下施工是成功的, 在我省黄土地区的桩基础钻孔施工中具有一定的参考价值。
参考文献
[1]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准.
旋挖钻灌注桩工艺 篇6
1.1 工程实施背景
C1合同段境内K129+740—K129+841路基为不等高且平行路段, 路面施工已至下面层, 路基填方大约5~11m的人工填碎石土, 地基是原本的煤矿开采区域, 并且基岩以上大概1m位置, 地质大部分为强风化长石砂岩, 岩芯多呈碎块状。2012年7月4日—7月20日, 由于该地段经常发生强降雨, 因此路基发生了严重的变形, 导致铺筑路面的拉裂。据现场调查以及钻探资料情况显示, 最终核实为本段路基为斜坡蠕滑破坏。经过四方会议审定:为了保障路基填筑体的后期营运安全以及稳定性, 必须适当采取加固措施。
1.2 工程概况简述及施工方案的确定
结合实际情况来建设。经过仔细的分析和比较, 一般认为, 人工挖孔的效率缓慢, 安全隐患较多, 滑坡仍存在滑动迹象。在雨季, 地下水丰富, 人工挖孔操作困难, 结合旋挖钻机的施工, 为了保证工期和工程质量, 首先要优先使用旋转钻机成孔铸造桩。按照成自泸高速公路业主工期的要求, 原本定于2012年8月10日正式通车, 但是由于此段路基出现了严重的问题, 于是就把通车时间推迟到2012年9月10日。依照业主现场作指示:要求我C1分部务必在一个月后完成抗滑桩的施工, 这就使得后期的施工工序拥有了足够充足的时间, 从而可以确保通车目标顺利完成。作为C1分部的项目经理杨相森立即安排项目管理人员就这个项目召开了紧急会议, 对此次的任务进行落实与安排, 规定在7月23日正式开始施工。
2 旋挖钻施工工艺
2.1 旋挖钻施工工艺原理
螺旋钻成孔过程和其它机械桩孔形成过程不同, 孔隙形成原则是在一个封闭的钻杆的底部和侧面, 无意中, 焊接切割在伸缩杆旋转驱动旋转切削开挖土层, 并使土壤切割熔渣到钻杆向下挖, 提出钻孔后完全放电, 形成桩孔。由此可见, 旋转钻钻压和扭矩必须符合建设的要求, 而利用率的压力过程中, 传输和转矩基本依靠钻杆, 同时钻杆的核心参数也是斗齿切削刃的摆放角度, 采用不相同的斗齿刃摆放倾角也会导致钻探效果发生不一样。相同的, 因为大型旋转钻的存在, 也可以通过钻杆和钻钻切割土壤压力或重力时, 斜斗齿切泥块是在钻杆旋的转桶内通过推动来完成钻井;当遇到坚硬的土壤, 由于重力是不足以让铲斗齿完成切割土壤, 可以继续通过对钻杆施加压气缸, 进行压力增压, 压动铲斗齿完成切割土壤, 让钻井能够完全的删除, 能够压缩的原因通过动力头扭矩的同时, 钻杆间的相互摩擦和滚筒轴壁矩形所产生的正压, 达到实现钻杆增压的目的, 这是压缩的关键。钻斗装满渣土后, 施工人员需要用起重机将钻斗及钻杆拉出孔外, 打开钻斗下的底门, 将钻斗内的渣土倒出。如果钻斗内的渣土无法清除干净, 施工人员可以反复旋转钻斗, 钻斗在旋转的过程中会产生惯性作用, 将残留的渣土清除干净。当渣土倒干净后, 需要将钻杆放回, 关好钻斗下的底门, 之后便可开始第二次钻进。
2.2 旋挖钻施工工艺流程
首先得做好施工前的准备, 接着进行测量放样, 之后着手制备所需泥浆 (如果地质条件允许时, 就可不用泥浆) , 然后进行埋设孔口, 之后安排钻机就位, 进行钻进成孔, 遇到不良地质时迅速埋设钢护筒, 接着就是准备第二次的钻进成孔, 孔洞完成后必须对钻孔进行清洗, 一切都完成之后就可以进行下一道工序。
3 旋挖钻施工特点
旋挖钻施工的特点主要有施工成本低, 施工效率高, 非常适用于那些工期要求十分吃紧的工程项目。用于K129+740—K129+841段路基来整治抗滑桩施工的旋挖钻机SANYSR220C型, 是北京三一重机有限公司所生产的, 其发动机功率250KW, 最大旋转速度7-28rpm, 最大输出扭矩可达到230KN.m, 最大起拔力200KN, 最大钻孔深度68m, 最大钻孔直径2300mm。
旋挖钻施工特点如下:
(1) 旋挖钻施工采用平行四边形的变幅机构, 作业效率高, 施工机动灵活。所配套的短捞砂钻头、螺旋钻斗、普通钻斗等钻具, 可钻进分化中泥岩、卵石层、砂砾层和粘土层等。
(2) 旋挖钻具有成孔速度快、功率大的特点。在K129+740—K129+841段的路基抗滑桩政治施工中, 一般都是二十四小时不停工作业, 一般地质好的部位每天大概能完成2-3根, 不过在14#桩———31#桩处的滑坡中间段这一路段中, 在地表6—7m以下出现了一些跨孔, 基岩及其之上的土层出现滑动, 大大的增加了施工的难度, 经过工作人员的分析, 在孔桩大约3—10米深度的位置进行埋设钢护筒作护壁的补救措施, 钢护筒是由约1cm厚的钢板卷制而成的, 这样既保证了施工的质量又保证了施工的进度, 一举两得。
(3) 旋挖钻定位准确、移位方便。旋挖钻运用了液压伸缩履带底盘的设计, 可以自行折叠起落式的桅杆, 能够自动监测控制回转定位、主机功率和回转复位以及安全保护, 移位快速方便;桩基定位和成孔深度、垂直度均通过电脑系统自动调整控制, 操作上采用负荷传感、液压系统、先导控制, 充分体现了电、液、机、人一体化的个性化设计。
(4) 旋挖钻成孔质量高。旋挖钻施工解决了当机械成孔时, 孔底会出现沉淤土过多的情况;也同时解决了由于桩侧摩阻力较低, 导致泥浆很难管理的缺点, 从根本上保证了成孔的质量。
(5) 旋挖钻机基础施工更加高效大直径桩基成孔设备。现在, 可达120m最大旋挖钻机钻孔深度 (一般集中40米内) , 最大钻孔直径一般为3米, 钻井620千牛米的最大扭矩。旋挖机时, 钻头也有电梯必须保持旋转钻后, 要特别注意, 这样才能确保安全。
(6) 旋挖钻机应用工具, 环保, 噪音低的特点;而对于施工现场的一些相对较好的地质条件下, 通常直接排入水或干法成孔, 无泥浆护壁, 从而克服了回旋钻泥浆墙功能, 必须钻和冲击钻时, 大大减少了污染, 由于建设和使用环境。
4 旋挖钻施工适用范围
旋挖钻机施工有一定的要求对于施工对象, 一般适用于粘土, 淤泥, 沙子, 淤土, 人工回填包含一些卵石, 砾石地层, 地层。施工时应根据不同的地质条件或不同的刀片, 钻头或合理安排边缘被选中, 并注意转矩控制。
4.1 钻进粘土
粘土层一般都是吸附力强, 不易脱落, 钻头钻进阻力较大, 所以在施工时动力头的转矩尽量使用小的, 必须控制好液态压力手柄进入的压力, 最好维持在23MP左右, 钻进时要注意保持连续加压, 每一次进入的尺量都是由钻头直径和高度决定的。
4.2 钻进砂层
砂层的胶结性较差, 因此在钻进时阻力较大且砂流失率较高。因此在钻进砂层过程中, 需要使用双层底门的捞砂钻斗, 以此来提高钻进效率;当动力头钻进时, 需要将动力头扭矩设置为最大、持续加大压力, 当扭矩达到最大值时, 可以将动力头拔出, 以此来降低压力, 这样循环进行, 直至钻斗内渣土量适量时, 再起钻倒渣, 之后再开始第二次钻进。
4.3 钻进卵石层
卵石层一般属于岩石地层。在钻进该层时需要持续保持加压状态, 保证为其提供最大扭矩, 等到加压钻钻到不能再进去为止, 翻钻, 倒掉渣, 接着开始第二次的钻进。卵石地层一般比较复杂, 在此层位内施工经常会发生一些预料之外的情况, 施工时要特别小心。
5 结束语
改革开放以来, 随着科学技术的不断进步和经济建设的不断快速发展, 我国基础建设得到了空前的发展, 随着越来越多的高速公路不断竣工, 间接促使桥梁施工技术也逐步日趋完善, 尤其是桩基出施工, 过时的施工技术及机械早已不能满足人们的需要, 因此, 近些年出现的旋挖钻施工, 相对于循环钻、冲击钻等具有很大的优越性。
参考文献
[1]漆景星.公路桥梁钻孔桩施工技术要点分析[J].江西建材, 2014 (18) .
旋挖钻灌注桩工艺 篇7
在桩端持力层中钻进时,需考虑由于钻斗的吸引现象使桩端持力层松弛,因此上提钻斗时应缓慢。如果桩端持力层倾斜时,为防止钻斗倾斜,应稍加压钻进。
稳定液的配合比
按地基土的状况、钻机和工程条件来定一般8kg膨润土可掺以100 L的水。对于黏性土层,膨润土含量可降低至3%～5%。由于情况各异,对稳定液的性质不能一概而定,表11列出可供参考的指标。按膨润土的种类不同,最低浓度有8%、10%和12%等。当使用纤维素(CMC)时,这个浓度可降低到4%～0%。稳定液最小黏度一般要求为25 S,若由于地质上或施工方法上的特殊情况(例如地下水很丰富时),可以用35 S或40 S等。过滤水的限度工程要求高精度时用20 mL,普遍情况为30 mL或以上。在以膨润土作为主体的稳定液,pH值最高限度可用11.0。如果使用适当的分解剂(例如硝基腐殖酸钠盐等)时,pH值最高限度可以用11.5左右。
稳定液性能参数选择表12为不同地层稳定液性能参数选择参考表。
稳定剂液处理剂配方表13为稳定液处理剂配方表。
钻进成孔工艺
钻进成孔工艺是需要考虑多种因素的复杂的系统工程,多种因素指地层土质、水文地质、合适的钻斗选用、合适的钻杆类型选用、稳定液主要材料的选用(表2)、稳定液性能参数的选择(表12)、钻进工艺、参数(钻压、钻进转速、钻进速度、回次、进尺钻具下降与提升速度等)。
注:水的黏度为15 S。
注:1000ppm=1 kg/m3
在老沉积土层和新近沉积土层中钻进的要点老沉积土指晚更新世Q3及其以前沉积的土,新近沉积土指第四纪全新世中近期沉积的土。在老、新沉积土层中可选用摩阻式钻杆和回转钻斗钻进。
粉质黏土、黏土层在干性状态下胶结性都比较好,在干孔钻进下可用单层底板土层钻斗钻进,也可以用双层底板捞砂钻斗和土层螺旋钻斗钻进。若在湿孔钻进条件下,因土遇水的胶结性能变差,一般用双层底板捞砂钻斗钻进以便于捞取钻渣。
在淤泥质地层中钻进,需解决好吸钻、塌孔、超方和卸渣困难等,为此需从改善稳定液性能、改进钻斗结构以及优化操作方式三方面着手。具体而言,在淤泥层施工,对于中大直径的桩孔,宜选用双层底板捞砂钻斗;对于直径小的孔,可采用单开门双层底板捞砂钻斗;对于钻进具有一定黏性的淤泥质土也可选择体开式钻斗或者带有流水孔的直螺旋钻头。但是不论选择何种钻具在淤泥层施工,都应该尽量增加或加大钻斗(钻头)的流水孔,以防止钻进过程中由于钻斗(钻头)上、下液面不流通而导致钻底负压过大,形成吸钻。优化操作方式遵循“三降”(降低钻斗下降速度、降低钻斗旋转速度、降低钻斗提升速度)和“三减”(减少单斗进尺、减少钻压、减少合斗门时的旋转速度和圈数)的原则。
在含水厚细砂层中钻进,宜采取以下措施:①选择锥形钻斗,适当减小斗底直径,略微增加外侧保径条的厚度,最大限度降低钻斗提升和下放过程对侧壁的扰动。钻斗流水口设置在靠近筒壁顶部位置,以尽量减小筒内砂土在提升钻具过程中的流失。②单次钻进进尺要控制在斗内土在流水口以下的水平,以避免进入斗内的砂土自流水口进入稳定液中。钻进完成后,关闭斗门时尽量减少扰动孔底土,以减少孔底渣土悬浮量。提升过程中,在易塌方地层对应的高程要适当降低提升速率,以减少侧壁流水冲刷造成砂土进入稳定液中。③初始配置稳定液时就应根据地层特点控制好稳定液的密度及黏度等指标,采用加重稳定液或增黏(稠)稳定液,此外采取一些综合措施,以避免孔壁坍塌和预防埋钻事故。增黏稳定液的性能指标如表14所示。
在卵砾石地层中钻进的关键一是护壁,二是选用合适的钻斗。
常用的保护孔壁的方法:①护筒护壁。具体的操作方法是随着钻斗钻进的同时,压入护筒,当护筒压入困难时,可以使用短螺旋钻头捞取护筒下脚的卵(碎)石块,清除障碍物后,再向下压入护筒。如此循环往复,使用护筒护壁直到穿过整个卵(碎)石层。②黏土(干水泥)+泥浆护壁。当钻进卵(碎)石层时,可先向孔内抛入黏土,然后使用钻斗缓慢旋转,将黏土挤入卵(碎)石缝隙,形成稳定的孔壁并防止稳定液的漏失,再配合稳定液的运用,来保障卵(碎)石层钻进过程中孔壁的稳定和稳定液位的平衡。另一种相似的方法是使用干水泥配合黏土使用。当钻进卵(碎)石层时,把干水泥装成适当的小袋和黏土一起抛入孔底,再使用钻斗旋转,将黏土块和干水泥一起挤入卵(碎)石缝隙,静滞一段时间后,可形成稳固的孔壁。干水泥的作用,是增加黏土的附着力。③高黏度稳定液护壁。稳定液主要性能参数为:黏度30～50 S;密度1.2～1.3 g/cm3。在稳定液中加入水解聚丙烯酰胺(PHP)溶液,即具有高黏度护壁性能。
旋挖钻进较大径卵石或卵砾石层时,可配合机锁式钻杆选用筒式环形取芯钻斗或将钻斗切削齿的切削角加大到60°～65°,使较大粒径卵石被挤入装载机构的筒体内,同时有利于钻进疏松胶结的砂砾。在卵砾石层钻进中,转速不能过快,轴向压力也不宜过大。
钻进中遇到卵(碎)石等地下障碍物时,可采用轻压慢转,上下活动切削钻碎障碍物的方法。若钻进无效,可以通过正反交替转动的方式,当正转遇到较大阻力时,立即反转,然后再次正转,如此循环反复。采用专用的钻具(如短螺旋钻头、嵌岩筒钻、双层嵌岩筒钻)处理后钻进。对于卵(碎)石含量大的地层可使用短钻筒,配置黏土加泥浆护壁,控制钻速;若卵(碎)石层胶结程度密实,为了易于钻进,可先用筒式钻斗成孔(筒体直径小于孔径150～400 mm),即分级钻进,然后再加大块扫孔达到设计孔径要求。若条件具备,也可直接用有加大压力快速的筒式钻斗一次成孔。若用筒式钻斗直接开孔,初钻时应轻压慢钻,防止孔斜。
在双层嵌岩筒钻的设计中,层间隙的大小应该与卵(碎)石的粒径相对应。一般情况下,间隙约等于1.5倍的卵(碎)石粒径。
在高黏泥含量的黏土层中钻进,因该土层塑性大,造浆能力强,易出现糊钻、缩径,且进入钻斗内的钻渣由于黏滞力很强,卸渣非常困难、钻进效率往往受卸渣和糊钻影响极大。解决办法:①利用钻孔黏土自造浆的方法向孔内灌注清水。②在钻进工艺上,采用低扭矩高转速挡进行钻进且放慢给进速度和降低给进压力。③严格限制回次进尺长度不超过钻斗高度的80%,以避免黏土在装载筒内挤压密实。④对钻斗结构进行适当的改进,对钻齿切削角高速不大于45°,以钻筒外每隔120°对母线夹角为60°焊接直径15 mm的圆钢,反时针方向布置4～6根,钻筒内立焊直径15 mm的圆钢,每隔90°焊1根,或在钻斗内装压盘卸渣。
在钻孔漏失层钻进,漏失产生的原因是钻进所遇地层大多是冲积、洪积不含水层、卵砾及卵石层,由于胶结不良,填充架空疏松,渗透性强。根据漏失程度采取相应对策:①漏失不严重时,选用低密度稳定液是预防漏失的有效方法。降低密度的方法有:采用优质膨润土;用水解度30%的聚丙烯酰胺进行选择性絮凝以清除稳定液中的劣质土及钻渣;加入某些低浓度处理剂如煤碱剂、钠羧甲基纤维素。②漏失严重时,遇卵砾石层钻进绝大部分事故发生在孔壁保护方面,具体堵漏方法有:黏泥护壁,即边钻进边造壁堵漏的方法保护孔壁,每回次钻进结束后向孔内投入黏土(或黄土)的回填高度不得低于回次钻进深度,此后经回转挤压,使黏土(或黄土)挤塞于卵砾石缝隙之中,一段一段形成人工孔壁,既护壁又堵漏;高黏度稳定液护壁,即采用高固相含量、高黏度、密度在1.2 g/cm3左右、黏度为30～50 S、失水量(8～10) mL/30 min的稳定液。
在遇水膨胀的泥土层钻进,钻进时常常出现缩径或黏土水化膨胀而出现坍塌。钻孔缩径造成钻具升降困难,严重时导致卡钻。处理原则:①向稳定液中加有机处理剂(降失水剂有纤维素、煤碱剂、铁铬盐、聚丙烯腈等),以降低稳定液失水量;②在钻斗圆筒外均匀分布4道螺纹钢筋,长600 mm,直径15～18 mm,与母线按顺时针方向呈60°倾角焊牢,在钻斗回转过程中扩大缩径部分直径以防卡钻。
遇钻孔漏水的地层钻进,涌水地层是指在有地下水通道的高压含水层中旋挖成孔时,承压水会大量向钻孔内,使原有稳定液性能被破坏(遇水稀释),从而使稳定液的护壁作用和静水压支撑作用降低,不能平衡地层侧压力、造成孔壁坍塌。对付这类地层的办法是配制加重稳定液,边造孔边加入重晶石粉,使新液性能达到黏度大于30 S,密度大于1.3 g/cm3,失水量小于15 mL/30 min,pH=8～9,胶体率不小于97%,静切力30～50 mg/cm2。
遇铁质胶结(或钙质胶结)硬板砂层钻进,“铁板砂”主要特征是细砂被胶结后,有一定抗压强度,在该地层中钻进可采取如下措施:①改变钻斗切削,把钻斗刀座角度加大到50°～60°,在钻进时使钻齿有足够大的轴向压力来克服“铁板砂”的胶结强度,就能在较大的钻压下钻进“铁板砂”。②调整钻进工艺,采用较高的轴向压力、较低的回转速度,避免钻齿在高的线速度下与“铁板砂”磨削磨损,提高钻进效率。
在泥岩地层中钻进要点
泥岩是泥质岩类的一种,是由粒度小于0.005 mm的陆源碎屑和岩土矿物组成的岩石,属软岩类。泥岩的成分很复杂,主要是高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石和混层黏土矿物等。常见或主要的泥岩都呈较稳定的层状,常与砂岩、粉砂岩共生或互层。由于泥岩的特殊的物理力学性质,在旋挖钻机作业时若要充分提高钻进效率,则往往需要解决钻进过程中出现的钻具打滑、吸钻、糊钻等不良工况。提高钻进效率的措施一般从三个方面着手:调整钻机的操作方式(采用压入回转、高速切削的操作方式来破碎钻进);选用合适的钻具(机锁式钻杆和单开门截齿钻斗);优化钻齿的布置(将齿角由45°改大为53°)。
清孔工艺
第一次孔底处理旋挖钻斗钻工法采用无循环稳定液钻进,钻渣不能通过稳定液的循环携带到地面沉降下来(即所谓的连续排渣),而是通过钻斗提升到地面卸渣,称之为间断排渣。产生孔底沉渣的原因:钻斗斗齿是疏排列,齿间土渣漏失不可避免;土渣在斗齿与钻斗底盖之间残留;底盖关闭不严;钻斗回次进尺过大,装载过满,土渣从顶盖排水孔挤出;在泥砂、流塑性地层钻进时,进入钻斗内的钻渣在提升过程中流失严重,有时甚至全部流失于钻孔内;钻斗外缘边刃切削的土体残留于孔底外缘。
第一次孔底处理在钢筋笼插入孔内前进行。一般用沉渣处理钻斗(带挡板的钻斗)来排除沉渣;如果沉淀时间较长,则应采用水泵进行浊水循环。
第二次孔底处理在混凝土灌注前进行,通常采用泵升法,即利用灌注导管,在其顶部接上专用接头,然后用抽水泵进行反循环排渣。
施工注意事项
稳定液设计和使用重点
对厚黏土层、粉土层和砂层,稳定液设计和使用中要注意以下重点:①降失水护壁,抑制黏土层水化膨胀,防止缩径;抑制粉土、砂砾层孔壁剥落。②较低黏度,防絮凝,加速稳定液中漂浮的土颗粒、细砂沉淀。③选择合适稳定液密度,平衡孔隙水压力和构造压力,巩固孔壁,防止软弱层松散层坍塌。④随进尺同步孔底补充稳定液,保持新挖孔壁及时形成低渗透率优质泥皮,及时净化改善孔底段稳定液。⑤灌注混凝土后,孔内排出稳定液调配再利用。
稳定液是静态浆液,对其性能参数主要侧重于密度、黏度、切力和失水量,而对其他参数不作严格要求。由于旋挖钻斗钻工法中采用静态稳定液悬浮钻渣至关重要,因此对静切力和黏度要求高,这是因为稳定液静置后悬浮钻渣的能力大小取决于静切力。但这两个参数值又不宜过大,因钻斗与孔壁环状间隙小,升降过程易造成起下钻的激动压力,产生抽吸作用,导致垮孔、涌水、漏失等孔内事故。
对于高分子有机处理剂如CMC、PHP等,这类材料难溶于水(特别是当分子量大、水温低时)。在使用时要先将这类处理剂配成低浓度(1%～3%)的溶液后再加到稳定液中。若直接加入容易形成不溶泥团状物体,起不到调节稳定液性能的作用。
稳定液原浆最好使用前24 h时配制,使膨润土充分钠化、水化溶胀,稳定液充分陈化。
稳定液性能调节应贯穿于旋挖施工全过程。在钻进开始时要调节;钻进过程中稳定液性能产生的变化如盐侵、钙侵、黏土侵等,也需要对它进行调节;当遇到特殊情况如漏失、坍塌、涌水时,还需要调节稳定液性能或专门处理。稳定液性能调节内容包括降低失水量,控制稳定液稠化,增加或降低黏度、切力,提高或降低稳定液密度,增加或降低pH值。
勤检测孔底、中、顶部稳定液的pH值、密度、黏度、含砂率、漏失量、对比灌注混凝土前的指标要求,掌握稳定液降失水和净化作用程度,以决定增减外加剂用量,优化稳定液配方,或针对地质情况局部调整达到降失水和净化作用。
稳定液pH值的调节pH可作为判断稳定液质量好坏、进行稳定液化学处理的重要依据。为使稳定液悬浮体更加稳定,一般稳定液pH控制在8～10之间(弱碱性范围内,因在碱性介质中带负电)。由于在钻进过程中各种外界污染,使pH发生变化(如盐侵时pH下降,水泥侵时pH上升),需要进行调节。
pH调节方法:在稳定液中加入酸、碱、盐(纯碱)均可调节pH,常用火碱、纯碱剂,或处理有机物的碱液来处理稳定液可以同时起到调节稳定液pH的作用。
防止钻斗内的土砂掉落到孔内而使稳定液性质变坏或沉淀到孔底,斗底活门在钻进过程中应保持关闭状态。
为确保稳定液的质量,需用不纯物含量少的水,当不得已用非自来水时,需事先对水质进行检查。
稳定液回收旋挖钻斗钻成孔用的稳定液为静态浆液,钻进时使用大切削刃切削且边切削土体边将其装载进钻斗的装载机构内,钻渣混入稳定液内的可能性相对其他施工方法要少,除了流砂层外,只要将钻孔孔口保护好,灌注混凝土后被混凝土置换出的稳定液70%～80%。可以回收经沉淀后利用。这种重复利用的稳定液采取重力沉降处理,为此需配置稳定液储存罐或储存池。为将从钻孔中排出的稳定液送到储存罐(池)中,需准备抽水泵。为处理用来洗净机械器具的废水,需设置边沟和沉淀池。废稳定液需用罐车送到中间处理场进行处理,不得在施工现场就地排放。
为防止孔壁坍塌,应确保孔内水位高出地下水位2 m以上。
旋挖钻机是比较现代化的工程施工设备,它集机、电、液一体化,具有先进的电子控制系统、高可靠性的液压系统、高效的工作装置,所有这些,只要操作手能熟练掌握并按厂家规定操作,主机系统的机械事故是可以避免的。然而,旋挖钻机和旋挖工法引进我国的时间还不长,国内对设备性能和工法了解甚少,懂设备的对工艺不熟悉,懂工艺的(真正懂的人不多)对设备性能却又不甚了解。这些年来,在旋挖施工过程中出现不少机械事故和钻孔孔内事故,已造成很大经济损失,而且事故还在继续。
施工管理检查表