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旋挖钻机在回填土钻孔桩施工中的应用

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【摘要】:
1、工程概况
某山地城市旱桥灌注桩共计40根,桩基直径为1.8米,桩长18~35米不等。桥墩基础均采用嵌岩桩基础,桩基应嵌入弱风化岩面嵌岩深度大于3倍桩径。地质描述:最上层为8~25米的回填土,其下有5米的原状土,再下为岩石。水文情况描述:地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩网状风化裂隙水,地表无明显水体补给,主要接受大气降水补给。人工填土层厚度大,局部地段分布连续,赋水性差、透水性较好,场

1、工程概况

某山地城市旱桥灌注桩共计40根,桩基直径为1.8米,桩长18~35米不等。桥墩基础均采用嵌岩桩基础,桩基应嵌入弱风化岩面嵌岩深度大于3倍桩径。地质描述:最上层为8~25米的回填土,其下有5米的原状土,再下为岩石。水文情况描述:地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩网状风化裂隙水,地表无明显水体补给,主要接受大气降水补给。人工填土层厚度大,局部地段分布连续,赋水性差、透水性较好,场区地形为沟岭相间地形,有利于地下水的排泄。场区基岩网状风化裂隙水贫乏。

2、施工方案比选

     (1)由于该灌注桩位于原山沟位置,人工填土较厚,回填土开挖后自稳定性不足,且桩较深,若采用人工挖孔桩施工,存在较大的安全风险。

      (2)根据地质水文资料,该项目回填土较厚,土层透水性好,无法采用泥浆护壁成孔,不适合湿作业机械成孔。

    (3)根据螺旋钻机一般适用于小桩径的钻孔桩,因该项目桩径达1800mm,故不适合螺旋钻机成孔。

      (4)根据地质水文情况,旋挖机是本工程最合适的成孔机械。其优点为成孔速度快,开挖安全,适用于不含地下水的地层;其缺点为在回填土中易塌孔,岩石中钻孔较慢。本工程采用徐工XRS680旋挖钻机,该机最大钻孔直径2500mm,最大钻深105m,最大扭矩390KN.m,最大钻速7~18r/min,额定功率298Kw。

3、施工工艺及技术参数

1)施工准备

施工前应平整场地,清除杂物,换除表层耕植软土,保证钻机底座填土密实,以免产生不均匀沉陷;同时做好作业场地排水工作,在施工范围内挖设好临时排水沟,确保施工场地不积水。

2)桩位放样

正式钻孔前根据设计图纸和计算坐标用全站仪精确放出墩台桩基中心并记录,自检合格后,及时向监理工程师报验。

3)埋设护筒

钻孔前设置坚固、不漏水的钢护筒,护筒高1.5m,1cm厚钢板制作,直径比设计桩径大20cm,顶面高出施工平台约30cm。挖埋护筒时坑底应整平,然后通过定位的控制桩放样,把孔位中心位置标于坑底,再把护筒吊放进坑内,找出护筒的圆心位置,用十字线定在护筒顶部或底部,然后移动护筒使护筒中心与钻孔中心位置重合,同时用水平尺或锤球检查,使护筒竖直。此后即在护筒周围对称、均匀地回填粘土,并分层夯实,夯填时要防止护筒偏斜。

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%。

4)钻机成孔

旋挖钻机的钻进工艺采用静态干土直接取土工艺,是一种无冲洗介质循环的钻进方法。旋挖钻机工作时能原地做整体回转运动。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,钻杆向下放好斗门,再回转到孔内进行下一斗的挖掘。成孔应连续进行不得中断。

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;如在实际施工过程中出现卵石层,则采取以下措施:对于粒径较小的卵石层采用斗式钻头慢速钻进,粒径较大的卵石层采用锥形螺旋钻头钻进后更换斗式钻头清渣,如此往复,直至穿过卵石层。钻渣要及时运出工地,配备一台挖机三台自卸车时对弃土进行清运。弃土运到甲方指定的地点,以达到环境保护的要求。

在土层中成孔时,采用一般锥形桶斗齿取土,穿透土层后,更换带挖掘机斗齿的钻头掘进,以致达到设计要求的深度方可成孔。

成孔时要依据土层情况,控制进尺速度,为确保孔的垂直度符合设计要求,须保持桩机平整、加强检查、勤检勤纠。

 

5)成孔、成孔检查

      (1)成孔达到设计标高后,对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查,检测前准备好检测工具,测绳等;

      (2)沉淀厚度必须进行检查,检测前准备好检测工具,测绳、检孔工具等;

6)岩芯取样

根据地勘报告计算的预挖深度结合现场实际情况,待深度达到中风化层以后,用筒钻钻进,将孔底中风化层岩石取出,送检合格后,根据施工图纸向下钻进达到设计嵌岩深度要求,复核深度后,即可终孔。

7)清孔

钻孔达到要求深度后,用检孔器进行检孔。孔径、孔垂直度、孔深检查合格后,立即填写终孔检查证,并经驻地监理工程师认可,方可进行孔底清理,否则重新进行扫孔。

清孔采用清孔钻头,钻孔达到设计标高后,停止进尺,将钻头提出,采用清孔钻头对孔底进行多次清孔,测量孔底沉碴厚度符合技术规范要求及设计要求,即停止清孔作业,放入经监理工程师检查合格后的钢筋笼。

4、塌孔和掉钻处理

1)塌孔

由于回填土土层厚,压实度不高,成孔后土压力大,钢护筒以下部分容易塌孔。如遇严重塌孔,采用C20混凝土回填至塌孔位置以上1米位置,待砼初凝后,再行钻进;如塌孔发生在钢筋笼安装已下沉至孔内,应及时将其提起,将孔内塌陷的沉渣清理干净后再安放钢筋笼。

2)掉钻

掉钻的原因很多,有孔壁大面积塌方而造成埋钻;孔壁易缩径而造成卡钻;钻筒外壁与孔壁间无间隙,如钻进过深,则易造成卡钻;孔底取芯时容易发生掉钻。

处理卡埋钻的方法主要有:

(1)直接起吊法,即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。

(2)钻头周围疏通法,即用反循环或水下4切割等方法,清理钻筒四周沉渣,然后再起吊。

(3)高压喷射法,即在原钻孔两侧对称打2个小孔(小孔中心距钻头边缘0.5m左右)然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射,直至两孔喷穿,使原孔内沉渣落入小孔内,即可回转提升被卡钻头。

(4)护壁开挖法,即卡钻位置不深时,用护筒、水泥等物品护壁,人工直接开挖清理沉渣。

本工程在孔底取芯时发生掉钻事故,若不取出钻斗,钻斗锈蚀后桩底将发生较大沉降,对梁的受力非常不利。由于回填土较厚,钻斗卡在中风化岩石内,一般方法均难以取出。能及时取出,有可能塌孔将其掩埋。经认真研究,决定采用人工下井套住钻斗,然后采用吊车将钻斗吊起。为确保人员安全,先检查孔内有无有毒气体,然后通风换气,下放钢筋笼,将人员放入防护筒内放入孔底套住钻斗。经实践,该方法安全可靠,非常实用。