旋挖机在桩基施工中的应用

'一、前言随着我国公路桥梁建设的迅猛发展，钻孔灌注桩施工在公路桥梁基础中应用的越来越广泛。旋挖钻机在最近几年的桩基施工中涌现出来的一种较为先进的施工方法，相比于回旋钻、冲击钻，该法无论在时间、质量及经济上都胜出一筹，且该法中的机头可以更换，适合各种土质情况。二、工法特点2.1运动性：传统的钻机在进行桩位间的移动时，需要牵引平台、滑撬、液压步履等甚至于挖掘机等，移动速度极为缓慢。旋挖机在这方面有明显优势，因为旋挖机本身自带履带式底盘，它在行走时速度更快，到位率更高。2.2准确性：旋挖钻采用全电脑控制，自身调整各项技术指标,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。旋挖钻机可根据地层的软硬自动调整扭矩及钻进比例，不必依赖操作手的经验。2.3适应性：旋挖机除了弱风化岩层中不能进行施工，其余土质均可以进行施工。2.4效率性：旋挖钻利用钻机动力头下埋井口护筒，钻杆自动伸缩，钻进过程中不用拆装,节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，自动化程度高，工效明显提高。同直径、长度、土质的桩基，旋挖钻施工所需的时间只是同回旋钻的1/5左右。 2.5低碳性：旋挖钻采取的是非水介质取土，只需少量的泥浆护壁及清孔，且泥浆可以重复适用。取出的土体积仅为桩体积的1.1倍。一、适用范围3.1本法适用于市政建设、公路桥梁及高层建筑3.2本法适用于除弱风化以外的各种土质二、工艺原理4.1旋挖钻机采用动力头形式，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后利用旋挖斗快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，进而降低了施工成本，也改善了施工环境，成孔效率高。三、施工工艺流程及操作要点5.1施工准备工作5.1.1钻孔场地在旱地时，应清除杂物、换除软土、平整压实，场地位于陡坡时，也可用枕木、型钢等搭设工作平台。在浅水中，宜用筑岛围堰法施工，筑岛面积应按钻孔方法、设备大小等决定。钻孔场地在深水中或淤泥较厚时，可搭设工作平台进行施工，平台须坚固稳定，能承受施工作业时所有静、活荷载，同时应考虑施工设备能安全进、退场。如水流平稳时，钻机可设在船舶或浮箱上进行钻孔作业，但须锚锭稳固保证桩位准确。5.1.2准备好足够的混凝土原料、拌和及运输设备，如果需要泵车，应提前冲洗好，以防灌注时发生堵管5.1.3根据孔深，备足混凝土导管，事先预拼并做试压试验，按自下而上顺序编号并标示尺度。 5.2确定桩位5.2.1根据设置的三角网及桩位坐标图，用全站仪放出每个桩孔的中心位置，然后用钢尺复核各桩孔之间的平面距离。定出桩位的中心位置，并用在周围做上护桩，并报监理工程师检验，经监理工程师检验桩位符合精度要求后可进行护筒的埋设。5.3泥浆制备按照两个墩位布设制浆池，及沉淀池，并用循环胶管连接，泥浆选用优质钠基膨润土制成。入孔泥浆性能指标，应按钻孔方法和地质情况确定并应符合下列规定：黏度一般地层16～22，松散易坍底层19～28含砂率新制泥浆不大于4%胶体率不小于95%pH值大于6.5为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等，其掺量应经试验决定。造浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表，每个台班不少于一次。5.4埋置护筒5.4.1护筒制作：钻孔前应设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒采用6～8㎜厚钢板制作，应考虑钢护筒不变形和起吊方便的加强设备，钢护筒长度1.5米—3.0米，护筒直径比桩径大0.2米。5.4.2护筒埋置方法:可利用旋挖钻机钻头压力，直接将护筒埋入设计深度。也可采用人工开挖，用吊车吊运护筒就位后回填的方法埋设护筒。5.4.3护筒埋置应符合下列规定： 1、护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面的高度要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。2、护筒埋置深度：岸滩上，粘性土应不小于1m，砂类土应不小于2m。当表层土松软时，宜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，应在护筒四周回填黏土并分层夯实。3、水中筑岛上，护筒宜埋入河床面以下1m；水中平台上可按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深，必要时打入不透水层。在水中平台上下沉护筒，应有导向设备控制护筒位置。4、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%。5.5钻进工艺5.5.1护筒顶面、原地面标高已测定，钻机的性能状态检查良好的基础上，钻机才能就位。钻机就位前，底架应垫平，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻杆中心与护筒中心偏差不得大于5cm。5.5.2钻机定位要准确、水平、垂直、稳固，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。用测量仪器将护桩点引到孔口的护筒壁外，形成十字交叉来进行钻机的定位，钻头中心位置的偏差不大于2cm。5.5.3开孔时，要保证钻头对准桩位，预防孔斜和桩位偏差，应使初成孔壁竖直、圆顺、坚实。起初，钻机要轻压慢转渐渐进入，待钻头全部进入地层后方可加速钻进。开孔及整个钻进过程中，始终保持孔内水位高于地下水位1.5～2.0m，高于护筒底脚0.5m以上并低于护筒顶0.2～0.3m，以保持足够的泥浆压力以维护孔壁稳定，不致泥浆外溢，同时保证文明施工，在钻进过程中取渣和停钻后，应及时向孔内补充水或泥浆，保持孔内水位高度、泥浆比重及黏度。5.5.4套管跟随钻进时，套管底口应与钻头旋挖深度相适应，确保不超挖。 5.5.5因钻头在孔内提升过程中泥浆在孔壁和钻头之间流动，若升降速度过大，则泥浆流动将加大对孔壁的冲刷，容易造成孔壁坍塌，因此需要控制钻头的提升速度。同时钻孔过程中还要考虑地质情况，当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；到砂层后，钻机操作要轻提，轻放，不要强行加压，并适当增加泥浆比重和粘度。5.5.6旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻杆的垂直度，同时在钻杆的两个侧面均设有垂直度仪，在钻进过程中有专人观察两个垂直度仪，随时指挥机手调整钻杆垂直度。通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。5.5.7钻孔过程中，按试施工确定的参数进行施工，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、机械设备损坏、障碍物等情况，记录必须认真、及时、准确、清晰。施工过程对钻头磨损超标的要及时更换，以确保钻孔孔径。5.5.8钻孔作业应连续进行，因故停钻时，应将钻头提离孔底5m以上，最好提出孔外以防埋钻，孔口应加护盖。5.5.9钻孔过程中当地质发生变化时要及时捞取渣样，检查并记录土层变化情况，并与地质剖面图核对，分析地质吻合情况，以便控制钻进速度和泥浆的指标，密切观察有无异常情况，有异常情况应立即停钻，分析原因，及时处理。5.5.10成孔达到设计深度时，技术人员及时对孔位、孔径、孔深、孔形及竖直度进行检验，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准，垂直度用验孔器检测为准，并及时报监理工程师验收，合格后方可进行下道工序。成孔检验项目 序号项目允许偏差1孔径不小于设计孔深2孔深不小于设计孔深3孔位中心偏心50mm4倾斜度≤1%孔深5桩底沉渣厚度≤200mm5.5.11为减少旋挖钻孔对相邻桩孔孔壁和已浇筑混凝土的扰动影响，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻或采取隔桩钻孔的方式进行作业。5.6清孔5.6.1钻孔至设计高程，经对孔径、孔深、孔位、孔型、竖直度等进行检查确认钻孔合格后，应即进行清孔。将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底沉淀物尽量装入旋挖斗内，提钻甩渣，清孔必须彻底,避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。5.6.2清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2-3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17-20s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度：柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。5.6.3清孔是钻孔灌注桩保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的各项质量指标、孔底沉渣厚度、泥浆指标和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求。若沉淀时间较长，则应在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后用水泵施行二次清孔作业。二次清孔方法：在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管置换沉碴，过程中要测量泥浆的各项指标，同时用测锤测量沉淀厚度，确保沉渣厚度不大于20cm，完成后立即进行砼浇筑。一、材料和设备 序号名称型号单位数量1旋挖钻机三一重工台22吊车50t辆23泥浆搅拌机0.2m3台24潜水泵台25农用泥浆泵台26挖掘机卡特台27发电机WJ40-1台28钢筋切割机GTJ-8/14台29钢筋弯曲机UN1-100台210钢筋调直机台211电焊机台212全站仪宾得台2一、质量控制除应遵照《公路桥梁施工规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》外，施工中还应在以下几点上注意：7.1缩孔、扩孔：在施工前，应组织工程技术人员查看地质勘测报告，视土质情况选择合理的钻头。7.2孔深未达到设计标准：应查看旋挖钻机的电脑设备，对孔深不够的按设计要求达到。7.3沉渣过厚：现场查看沉渣样本，如果沉渣过厚，应继续清孔。 7.4钢筋笼上浮：保证合适的泥浆密度，灌注混凝土导管不要插的太深。7.5塌孔：选用优质泥浆，注意泥浆比例，注意旋挖钻机在施工中的速度。一、安全措施8.1桩基施工首先做好河道内的防洪抢险工作。河道的主要用途是排涝防洪，特别是季节性河流，必须从计划安排上避开汛期施工，项目部要经常与水利部门保持联系，遇有险情，施工设备和人员可及时撤离到安全地带。8.2桥梁两端设警告标志和警戒线，防止非施工车辆和人员进入。8.3旋挖钻机施工安全：旋挖钻机安装必须平稳牢固，必要时安装防风缆绳。钻机工作时，桩孔四周设围栏防护，停机后，孔口设置盖板防护。钻机械的传动部位要有可靠的防护装置，制动装置必须齐全有效；否则，不准使用。打桩机兼作吊运钢筋笼使用时，有专人指挥作业，防止作业人员坠入桩孔中，造成人员伤害。打桩机的电气部分，单独设漏电开关和可靠的接零或接地保护。8.4必须坚持一机一闸用电和下班断电加锁的原则。8.5手持电动工具和单相回路的照明开关箱内必须装设漏电保护器，照明灯具的金属壳必须做接零保护。 8.6施工现场临时用电要定期进行检查，防雷保护、接地保护、变压器吸绝缘强度，每季测定一次；固定用电场所每月检查一次；移动式电动设备、潮湿环境和水下电气设备每天检查一次。对检查不合格的线路设备要及时维修或更换，严禁带故障运行。一、环保措施9.１避免破坏农田排灌系统，在施工过程中，一旦与农田排灌和城镇排水系统产生矛盾时，首先征得当地政府意见，协商解决办法，待工程结束后清理恢复。9.２工地生活污水和垃圾处理妥当，使其符合当地环保要求。9.３在集镇和村庄附近尽量降低噪音，必要时将噪声较大的施工机械避开夜间作业。9.4钻孔灌注桩施工时的泥浆采用泥浆池循环净化使用，对不能利用或利用完后的泥浆，待沉淀固结后，用车拉运到指定弃土场。9.5施工期间不随意挤占、堵塞河道。二、效益分析10.1经济效益分析机械名称相同土质桩长为28m情况下不同钻机使用时间相同土质桩长为28m情况下不同人工使用情况每个台班租赁费用旋挖钻机4小时4个工人3200元回旋钻机16小时6个工人3600元冲击钻机96小时4个工人4500元由上表可知，在相同土质相同桩长的情况下采用旋挖钻机使用的费用为3200/2+4*80=1920元采用回旋钻及使用的费用为3600*2+6*80=7680元 采用冲击钻机使用的费用为4500*12+4*80=54320元10.2环境效益与回旋钻机相比，旋挖钻机在使用后的泥浆较少，对环境污染较小，同时减少了泥浆的外运费用，具有良好的经济效益与环境效益。并且在施工中旋挖钻机很少产生扩孔、缩孔、塌孔等质量问题，具有良好的社会效益。与冲击钻机相比，旋挖钻机节省了大量时间，同时不产生大量噪音，具有良好的社会效益与经济效益。'