旋挖钻机学习:超长钻孔灌注桩施工工艺

旋挖钻机学习:超长钻孔灌注桩施工工艺缩略图

王岩

中铁十二局沙城湾跨海公路通道A2合同段

摘 要:本文结合福州绕城公路东南段A7合同段琅岐互通工程施工实例,主要介绍了大直径超长钻桩的应用,详细阐述了大直径超长钻孔桩的施工工艺,以及超长钻孔桩钻孔灌注桩探讨桩成桩常见问题及预防措施,供类似工程借鉴。

关键词:接力;灌注桩;施工控制;

1 工程概况

福州绕城公路东南段设计为双向六车道,设计速度为100km/h,路基宽度33.5m,全长73.975km。中铁十二局集团有限公司承建的A7合同段里程为K29 410~K33 099,全长3.689km,合同段内有琅岐特大桥1号桥和琅岐互通桥,设计桩基29734m主桩径为1/455,.8m,桩长超过50m桩基占总桩数的90.8%,桩长超过70%m桩基占总桩数的77.1%。

2 钻机方案比选

钻孔灌注桩施工中成孔设备的选择是关键环节。钻机的选择是否合适决定了整个桩基工程的利润指标。通过总结几种常用钻机的技术特点,结合海积平原砂和砾石地层的适应性分析技术经济阐述确定适合我标段的钻机型号。

钻孔灌注桩不受地下水位影响,可穿越各种土壤复杂或软硬变化较大的地层(如各种砂、粘土、砾石土、哈尔滨培训旋挖钻机卵石层、风化岩多夹层岩层)加固地基,具有承载力大、施工设备简单、方便快捷、安全性好等优点。我部以桩基础施工部分为研究对象,钻孔灌注桩施工过程,在整个施工过程中,关键环节是钻孔、钻孔速度和质量在整个桩基础施工过程中处于主导地位,钻机是灌注桩基础施工的主导机械,因此钻机的选择尤为重要。只有全面分析各种钻机的性能指标,才能找到本工程最合适的施工钻机。

旋挖钻机学习:超长钻孔灌注桩施工工艺插图

2.1 冲击钻

宜昌旋挖钻机培训基地冲击钻机是一种更传统的钻机工具,依靠冲击锤冲击,泥浆循环渣,上下冲击破碎,部分挤入孔壁,普通泥浆护壁。适用于所有常见的填土层、粘土层、致密砂层、圆砾层、卵石层和岩石层,但尺寸缓慢,冲击锤容易损坏。适用于所有常见的填土层、粘土层、致密砂层、砾石层、卵石层和岩石层,但尺寸缓慢,冲击锤容易损坏。冲击钻具有地层适应范围广、施工速度快、现场环境要求小、成本低等特点。但同时冲击钻劳动强度大,泥浆循环设置泥浆回流池占地面积大,泥浆不易运输,施工振动噪声大。

2.2 回转钻机

旋转钻机是我国应用时间最长、范围最广、市场所有权最大的成孔机。除了大卵石层难以钻入外,该钻机在其他常见地层具有良好的适用性。根据排渣方式的不同,旋转钻机分为正循环和反循环,反循环分为泵吸气举、三种孔底泵送(射流)。在旋挖钻机培训教育素土层、粘土层、砂土层常采用正循环,卵石层、砂卵石夹层、岩石层、孔底清渣常采用反循环。根据不同的地层,钻头可以采用不同的形式,特别是在硬岩层上牙轮钻头,旋转钻机的钻孔直径可达1.5~3m,深度可达100米。正反循环钻机具有应用范围广、护壁效果好、成孔质量高、施工无振动、无噪音、操作方便、成本低等特点。但同时,复杂地层成孔效率低,施工现场用水量大,泥浆排放量大,扩孔率难以控制,卵石、漂浮石、基岩施工困难,特别是硬地层进度慢,施工成本急剧上升。

2.3 冲击正循环钻机

冲击正循环钻机是一种结合传统冲击钻机和正循环排渣工艺的新型大孔径钻机。即利用冲击钻头对岩石进行高频冲击,使岩石破碎,然后利用泥浆泵将泥浆输送到孔底正循环排渣,第一次将破碎的岩屑排出孔外。该钻法施工成本低,清孔干净,地层孔壁保护效果好,广泛应用于各种复杂地层施工。

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冲击正循环钻机和回转钻机各有优点,一般在粘土、亚粘土、淤泥土层、粉砂在层施工过程中,旋转钻机的施工速度比冲击正循环钻机快1.1~1.三倍,成本消耗低。但在较大的砾石层和基岩在施工过程中,冲击正循环钻孔明显快于旋转钻孔2~3倍,特别是在一些砂、卵石地层,施工复杂地层的冲击正循环,即卵石层和砾石夹层,成孔速度优势更加明显,在卵、砾石层、浮石、基岩施工中,冲击钻孔效率高,旋转钻机钻孔速度慢,成孔周期长,成本比冲击钻孔大3倍以上,如遇大漂石、大块石、硬度高花岗岩回转钻机很难钻进,只能用冲击正循环钻机完成。

但与此同时,冲击正循环钻井振动对周围环境有很大的影响,特别是在冲击下硬基础岩表面时,冲击振动对周围环境产生很大的噪声。此外,钻机功率大、功耗高、结构复杂、体积大、搬迁运输成本高。

2.4 旋挖钻机

旋挖钻机是近年来发展最快的新型桩基成孔施工方法。通过钻杆和钻斗的旋转,将钻斗的自重和液压作为钻孔压力,将土屑填满钻斗,提高钻斗的出土,并通过钻斗的旋转、挖掘、提升、卸载和泥浆壁进行反复循环。旋挖钻机适用于各种粘土,粉土、密实砂土、淤泥土、人工回填土和含有部分卵石和砾石的地层,利用钻具的自重和钻机的压力,耙齿切入土层。在旋转扭矩的作用下,钻斗与不同的钻具同时旋转,适用于干(螺旋)、湿(旋转斗)的成孔作业。目前旋挖钻机最大钻孔直径为3m,最大钻孔深度为120m(主要集中在40m内),最大钻孔扭矩620kNm。旋转挖孔施工方法具有施工质量可靠、孔速度快、孔效率高、适应性强的特点,大大缩短了工期、废浆少、噪音低、环境污染小,克服了孔底淤泥、桩侧摩擦阻力低、泥浆管理差的缺点,大大提高了施工质量。但缺点是厚度大的松散砂层钻孔时容易塌陷,卵石含量大的卵石层钻孔时速度慢,不适合硬岩层进入岩石施工。但其缺点是厚度较大的松散砂层钻孔时容易塌陷,卵石含量较大的卵石层钻孔速度较慢,不适合硬岩层进入岩石施工。旋转钻机投资成本较大,但成孔成本消耗等经济技术指标成孔成本低于其他方法,应综合考虑工程规模、工程量和施工进度。

3 地层适应性的应用比较

由于地质条件复杂多变,不同地区的地层差异很大。因此,具体工程确定后,通过现场勘察岩土工程勘察报告详细了解所需施工地层的地质年代结构和岩石性能,详细分析各种土工试验指标,准确选择钻机的初步适应性。

我们可以根据地层和各种钻机的特点进行以下比较:

(1)填土层、粘土层、粉土层和密实砂层,冲击钻机、正循环旋转钻机和旋转钻机可选择;

(2)正循环旋转钻机和旋挖钻机可用于粘土层、松散砂层和淤泥土层;

(3)砂层、砾石层、砾石夹层和砾石夹层,冲击钻机、反循环回转钻机、冲击正循环钻机、旋转钻机;

(4)密实砂层和卵石含量大于2O粘土层或粒径大于25%cm漂石地层及20多层cm,冲击钻机或冲击正循环钻机;

(5)冲击钻机、正循环回转钻机可用于软岩、强风化岩和破碎岩;

(6)对于弱风化、微风化、硬岩的入岩,可选用实心锤冲击钻、旋转钻(配齿轮或滚刀钻)。

本合同段桥梁沿线有大面积软土地层,表面部分为素填土和粉质粘土,厚度一般为1~2m;其次是海积成因的淤泥,多为流塑形,含水量约34%~71%,自然孔隙比约1.583~1.压缩系数为093.65~1.50MPa-1,一般厚度约3.00~15.80m;下部稍密~中密粉细砂含泥量高,厚度6.10~64.20m厚度变化很大。工程地质条件差,砂质长桩基施工难度大,个别桩基底部卵石粒径大。工程地质条件差,砂质长桩基施工难度大,个别桩基底部卵石粒径大。通过分析本合同段桩基地质层的深度和类型,初步选择上部淤泥、细砂、砾石层可采用回旋钻反循环施工工艺,可快速钻孔,防止长期施工孔壁坍塌,底部大卵石层采用冲击钻正循环,采用优质泥浆墙加固孔壁,确保长期钻孔不收缩或坍塌。

4 钻机选型配置

本合同段共有桩基455根(端承桩86根,摩擦桩369根),总桩长29588根(端承桩4087根)m、摩擦桩25501m),结合项目部桩基6个月的施工期,通过以上比较,我标段拟采用24台冲击钻机,用于施工端承桩和摩擦桩大直径卵石地层;8台旋转钻机用于施工摩擦桩上部的淤泥、细砂和砾石层。

根据地质数据和桩长设计等因素,钻孔灌注桩施工采用旋转钻、泵吸反循环成孔工艺,1座HZS180拌和站搅拌混凝土,4辆罐车水下混凝土灌注。

钻机扭矩是影响工程施工进度的关键因素。邯郸田野机械集团有限公司根据工程地层情况和钻孔深度生产FXZ-同时选用泵吸反循环排渣组件,提高效率。选择中风化和卵石层徐州海格力斯机械制造有限公司厂生产的HCZ-钻机参数如下:

邯郸田野FXZ-400型钻机:FXZ-龙门是400型钻机桁架结构双层滑橇底盘转盘工程钻机。机械驱动转盘、液压驱动卷扬、积木机构分体运输、滚轮移动机。机械驱动转盘、液压驱动卷扬、积木机构分体运输、滚轮移动机。配置相应的反循环组件,可实现泵吸反循环排渣钻进。

5 钻孔灌注桩施工工艺

5.1 施工准备和护筒埋设

5.1.1 施工前的准备工作

根据设计图纸中校准的桩位座标全站仪精确放样,并在四周设置四根不易损坏的护桩,以准确定位护筒。修建循环泥浆池,回收泥浆,储存泥浆,避免多余泥浆溢出,污染环境或农田。

5.1.2 护筒埋设

护筒直径为2.2m,长3.0~6.0m,护筒比地面高30cm或水面1.0~2.0m。埋设护筒时,先用粘土填充护筒底部,夯实,将护筒垂直放入坑内,并根据周围的栓桩将护筒对中定位。护筒周围用袋装土分层填筑,避免钻孔时护筒偏移下沉。

5.2 钻进成孔

5.2.1 开钻

采用泵吸反循环工艺成孔的淤泥、砂质和砾石层。钻孔时,为防止钻头吸渣口堵塞,钻头距孔底约20~30cm,将真空泵加入足够的水(为方便真空启动,不得使用脏水),关闭出水控制阀和沉淀室排水阀,关闭管道,打开真空管阀,使气水畅通,然后启动真空泵,泵出管道内的气体,产生负压,将水引入泥浆泵,通过沉淀室观察窗关闭真空泵,泥石泵立即启动。泥石泵出口真空压力达到

0.2MPa打开出水控制阀,将管道中的泥水混合物排入沉淀池,形成反循环后,启动钻机慢慢开始钻进。

5.2.2 接长钻杆

钻杆完成后,先停止转盘旋转,将反循环系统连续工作至孔底沉渣基本排出(约1~3分钟),然后关闭泥石泵,连接长钻杆;在接头法兰之间垫3~5mm厚橡胶圈,拧紧螺栓,防止漏气和漏水;然后继续钻。

5.2.3 控制钻速

钻机在护筒内钻入时,转速控制在14转以下,进尺率保持在0.8~1.2m/h之间,特别是在钻孔时,控制在0.8m/h下面;钻头出保护筒进入粉砂层时,在保证悬挂钻进的前提下,确保孔底有最大的钻压,粉细砂层的转速提高到21r/min,在砾石中的粗砂层和下粉末粘土中钻孔时,必须防止钻具大摇晃,避免膨胀,并根据孔内泥浆性能的变化不断调整。

5.2.4 防止孔斜措施

钻机到位时,钻塔天车、转盘中心、桩孔中心应严格保证在同一铅垂线上。

5.2.4 防止孔斜措施钻机到位时,应严格保证钻塔天车、转盘中心和桩孔中心在同一铅垂直线上。为防止地层软硬不均匀造成的孔斜事故,在钻孔过程中,应配备足够的钻头配重压力,并采用减压钻,以保证钻孔的垂直精度。

钻孔时注意要点:(1)在护筒上做好标记,确保钻机转盘中心、护筒中心整个钻孔过程中在同一铅垂线上;(2)始终保持减压钻孔,确保孔的垂直度,自控采用拉力计;

(3)注意钻机在砂层和亚粘土层中的旋转数和进尺速度。在粘土层中保持低速快速进尺。砂层应制作浆备用,以保持低速慢进尺(4)拧紧钻杆螺栓,拧紧锁紧帽,防止螺栓脱落,导致钻头故障。(5)随时注意保护筒口泥浆表面的标高。如果发现泥浆表面逐渐下降,应立即用水泵补水进入保护筒,避免因水头不足而坍塌。5.3 接力施工

在钻孔过程中,应注意地层变化反循环钻机钻到大粒径砾石地层时,钻进速度非常慢,决定同时使用冲击钻,冲击钻冲击渣样品取决于大比例泥浆,泥浆浆浆材料可选择优质粘土和膨润土,必要时加入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂,保证泥浆自始至终性能稳定,离析少,护壁效果好,成孔质量高。

在钻孔施工中,一般每小时纯钻尺小于5~10cm,软地层每小时纯钻尺小于15~300cm取渣时应进行。

在钻孔施工中,一般每小时纯钻尺小于5~10cm,软地层每小时纯钻尺小于15~300cm取渣时应进行。或者每进尺0.5~1.0m取渣一次,每次取4~5筒,或取泥浆中含渣明显减少,无粗颗粒,相对密度恢复正常。取渣后,应及时向孔内添加泥浆或清水,以保持水头高度。如果将粘土放入自己的泥浆中,不要一次投入太多,以免粘锥和卡锥。

每钻进1m挖渣时,应检查并保存土层渣样,记录土层变化。如遇地质条件和设计差异,应及时向设计和监理单位报告,研究处理措施后继续施工。

钻井作业应连续进行。因故停钻时,钻头必须从孔底5中提取m防止坍孔埋钻。取渣后或因其他原因停钻后再开钻,由低开钻冲程逐渐增加到正常冲程,避免卡钻。

在整个钻井过程中,孔内水位应始终高于地下水位(或施工水位).5m,并低于护筒顶面0.3m以防溢出。5.4 成孔检查和清孔

成孔后,检测桩径、桩长、孔倾斜度和孔底沉淀厚度。

清孔的目的是更换原钻孔中的泥浆,降低泥浆的相对密度、粘度和含砂率,满足施工规范的要求。清除钻渣,降低孔底沉淀层厚度,防止桩底沉淀过厚,降低桩的承载力。同时,为灌注水下混凝土创造良好条件,使检测准确、顺利地灌注。施工中采用二次清孔法:第一次清孔是钻孔达到设计孔深后,将钻头提高孔底20cm左右用泵抽浆清孔,用泥浆泵抽新低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆;第二次清孔是在钢筋笼下设后,用空压机通过导管再次清孔。在合格之前,用泥浆泵抽取低浓度泥浆或清水补充孔内泥浆。二次清孔能有效控制沉淀层厚度,保证钻孔桩成桩质量。

5.5 成孔质量保证措施(1)钻孔施工中使用的护筒必须有足够的强度和刚度,以确保施工过程中不会变形。

(2)认真熟悉设计提供的地理资料,结合实际情况确定每个护筒的开挖深度。

(3)钻孔时注意孔内水面的变化。

(4)孔体倾斜时,应分析原因,及时处理后方可继续钻孔。

(5)钻井时,应随时取样钻渣,核实地质状况。

6 控制水下混凝土浇筑过程6.1 导管法水下灌注混凝土主要原因是质量难以控制

(1)不能像上部结构施工那样逐层振动;

(2)由于导管埋在泥浆和混凝土中,混凝土的灌入阻力相当大。为了克服大的灌注阻力,保证混凝土桩体的质量,必须有相当大的冲击力。冲击力越大,完成混凝土灌注的时间越短,混凝土桩体越均匀。为了克服较大的灌注阻力,保证混凝土桩体的质量,必须有相当大的冲击力。冲击力越大,完成混凝土灌注的时间越短,混凝土桩体越均匀。由于混凝土是由水泥、砂和石材制成的混合物,不同的材料和粒径

摩擦系数不同的是,只有静态平衡产生的超压才能缓慢流动,这很容易导致混凝土粗骨料堆积在桩芯中,随着半径的增加而减少。桩体不均匀会影响桩体混凝土抗压强度和桩的承载能力。6.2 水下混凝土灌注法最常见的缺点

(1)混凝土材料不连续落入导管,不能形成较大的冲击能,使混凝土没有足够的力挤压和扩散到周围,严重降低了桩的摩擦阻力。此外,桩体容易不均匀。

(2)绝大多数混凝土材料反弹后落入导管,容易造成混凝土离析和堵管。

(3)吊臂上下移动速度慢,加速度不大。因此,混凝土材料的下落没有足够的超压,导致混凝土材料导管附近钟形截面。由于隔浆层不能水平顶升,钟形断面塌陷时容易包裹泥浆,导致夹泥芯。

(4)由于导管上下移动频率过高,泥浆沿导管壁不断渗入混凝土,影响桩体混凝土质量。6.3

大体积混凝土

冲击灌注法注意事项(1)必须注意排气技术,防止气堵形成,使混凝土材料无法灌溉。

(2)混凝土材料最好通过网筛(网眼8~10)cm左右)进入料斗,防止夹杂大直径块石、水泥块等。

(3)混凝土具有良好的易性。如果混凝土分离,很容易在料斗下部和出堆积,导致出料困难,导管堵塞。

(4)混凝土灌注时,起重机司机的配合也很重要。打开活门混凝土材料下落时,必须随着混凝土材料下落不断向上提升导管,提升量要小,注意抓住机会。

(5)混凝土浇筑到桩顶时,为了保持足够的冲力,必须注意导管留有一定长度,一般为10m左右,灌注时及时上拨,保证高度产生冲力,防止桩头混凝土质量下降。

6.4 水下混凝土灌注注注意事项(1)混凝土灌注前,应办理隐蔽工程施工检查签证,并认真填写施工记录表和施工记录。

(2)混凝土灌注工作应连续进行。混凝土灌注一旦中断,应根据导管的埋深,间歇、少量的提升导管,使导管内的混凝土缓慢流出,防止凝结。并立即组织人员排除故障,尽快恢复浇注。

(3)第一罐时,应注意导管底部的孔底300~500mm,冲击沉渣。

(4)施工过程中注意安全,戴好安全帽。严格按照操作规程操作。

(5)水下混凝土灌注是一项完整、连续、不间断的工作。灌注工作开始前,机械管理人员和司机应对混凝土灌注中使用的所有机械进行维护,以确保机械在施工过程中的正常运行。

(6)在灌注过程中,应防止异物落入导管,必要时在储料斗中间设置钢筋焊接间距8~10cm方格栅。

(7)混凝土灌注是桩基施工的关键工序,应有专人指挥协调。内容包括:

混凝土搅拌开启时间及方量、混凝土运输车次、车序、道路交通畅通、预算最终补充等。要充分考虑周到,消除一切干扰,确保混凝土顺利灌溉。

(8)水下混凝土灌注完成后,对混凝土搅拌、运输、灌注等设备进行清点清洗,并妥善保管使用。

(9)施工完成后,要做好孔口保护,回填土要有一定强度,防止人员落坑。7 结语

福州绕城公路东南段A7合同段琅岐特大桥1号桥及琅岐互通桥钻桩施工为背景,在保证桩质的前提下,对国内常用的冲击钻、回旋钻、回旋钻进行对比分析,选择最经济、能保证施工质量和进度的钻桩成桩钻,即回旋钻(淤泥、砂层、砾石层)与冲击钻(大直径卵石)接力配合成孔。根据选定的钻机类型,对全砂、砾石地质数据的大直径超长钻桩施工工艺进行了研究和分析,总结了防止坍塌、保证桩质量的施工技术参数,指导后期淤泥砂地层大面积桩基施工;根据桥梁钻桩混凝土量大、灌注时间长的特点,研究了保证混凝土和流动性的施工控制措施和试验参数。同时为今后施工海积平原砂、卵砾石大直径超长桩基施工提供参考。

旋挖钻机学习:超长钻孔灌注桩施工工艺插图1

参考文献

[1] 福州绕城公路东南段A7合同段招标文件及施工图。

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