旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用

'旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用[摘要]介绍引进的R-516钻机进行了技术经济比较[关键词I桥梁桩基施工R516型旋挖钻机及其成孔工艺,并通过施工实例与国内常用的回转钻孔灌注桩旋挖钻机钻机进行的技术经济比较作一介绍.1引言2工程概况北京城市铁路西直门一东直门轻轨工程是为缓解北京市区交通运输紧张,为承办2008年奥运会建设的一项重点工程,我局承揽了其中10标段的施工任务.由于任务繁重,工期紧迫,亦为了保质保量完成任务,我们在526根钻孔桩基础施工中引进使用了旋挖钻机.目前这种机具在国内应用还不是很广泛,但对于提高成桩质量,改进桩基施工工艺具有一定的意义.本文就旋挖钻机的特点及其与国内常用的回转钻孔灌注桩旋挖钻机钻机进行的技术经济比较作一介绍.本标段里程范围为K20十620.200一K26十033.361,起点与回龙观东站相接,终点为立水桥高架桥跨清河处与11标段相接,线路全长5413.161m.其中2座高架桥,即建材城高架桥(1204.6m)与立水高架桥(1249.7m),两桥桩基用桩526根,桩径1.0m,桩长25一35m,总计16008.5延米,C25混凝土灌注量14304时.两桥相距约1.3km,地质情况极为相似.新、老精河中桥由于地基含有相当厚度的饱和砂层(地震液化层),即(1一IP,)F液化层较大,以致仅使用3.5t和6.0t 打桩机无法完成施工,只有在配合射水设备时才能完成施工.射水施工由于完全破坏了原土层的结构,使土层的力学性能变化而有利于沉桩.值得一提的是,在有液化层的地基上进行单纯的打人式沉桩施工,也可能使液化层产生一定的"液化"作用.但由于打桩是局部的,范围和振动荷载较小,从新,老精河中桥及博尔塔拉大桥的施工过程和结果看,锤击沉桩对液化层的"液化"程度相对较小,似可忽略.这是一个可以进一步分析和探讨的问题,在此不展开讨论.附录三的锤击动力公式,对在有饱和砂层(地震液化层)的地基上进行锤击沉桩不完全适用,应考虑液化层的影响,对公式予以修正.在有饱和砂层(地震液化层)的地基上进行打人桩施工时,要避免采用单一的锤击沉桩方式,应优先考虑采用不受液化层影响的或影响较小的施工方法,如锤击与射水并用的下沉方法,也可以考虑采用震动下沉的方法.否则难以把管桩打到设计标高,并且会发生较高的断桩,补桩率(约30%以上),引起较大的直接经济损失以及因延误工期所造成的间接经济损失与不良的社会影响.结论与建议以建材城高架桥为例,桥址地形基本平坦,现地面标高35.2一39.8m,西端略高,东端略低.位于永定河洪积扇上,地层自上而下依次为:①人工堆积层—粘质粉土粉质粘土层,表层覆盖房渣土,生活垃圾填土;②新近沉积层—粘质粉土粉质粘土层,粉细砂层,中粗砂层及圆砾层;③第四纪沉积层—粘质粉土粉质粘土层,粉质粘土粘质粉土层,圆砾砂层,粉质粘土粘质粉土层,细砂层,粉质粘土层.潜水水位标高29.22一 31.97m(水位埋深6.33一11.70m).承压水水位标高23.50—25.40m(水位埋深4.60一14.80m)。工程特点:①工程量大,工期短(仅245d);②地下管线复杂,拆迁工作量大;③桩基施工按照总体施工计划,限制时间为60d(包括挖基,砍桩头,浇垫层);④北京地区对文明施工和环境保护要求高,施工不得污染,影响周围环境.3旋挖钻机及其施工工艺3.1旋挖钻机R-516型履带式可行走旋挖钻机为意大利产,土力品牌底盘.康明斯6CT8.3发动机,防噪音驾驶室,装在可旋转360"的底盘上,自重550kN,行驶速度为2km/h.发动机功率为224kW,主泵最大压力32.5MPa,电瓶额定电压24V,起重马达功率7.5kW,卷扬机提升力为170kN,最大钻孔深度61m(桩径毛1.5m时),41m(桩径二2.0m时).动力触头有四个速度挡,可控制钻进速度.3.2旋挖钻机施工工艺旋挖钻机可进行干作业成孔或泥浆护壁旋挖成孔.干作业成孔灌注桩适用于地下水位较低,在成孔深度内无地下水的土质.泥浆护壁成孔是通过泥浆循环来保护孔壁并排出土渣而成孔,不论地下水位高或低均可适用,但多用于含水量高的情况.泥浆具有保护孔壁,防止塌孔,排出土渣及冷却和润滑钻头等作用,需专门配制.根据北京地区水文地质资料,本工程适宜采用泥浆护壁成孔,施工过程简述如下:(1)场地平整由于旋挖钻机回转半径大,钻杆高,自重大, 在钻机就位前要清除有关架空电力线,通讯线等以保证施工安全.场地要平整,且有一定硬度以免沉陷.(2)钻机就位旋挖钻机要求施工场地平整,为保持钻机的垂直度,通过控制器可使钻杆前俯100,后仰60,左右摆80.在钻进过程中,如钻机倾斜率在0.30以内,可自行调节垂直度.(3)埋设护筒该钻机自带护筒驱动器,可以自行埋设护筒.根据地质情况埋设护筒的长度可达6.0m,在本工程中护筒长为4一6m,护筒内径1.08m,外径1.12m.埋设护筒时用水平尺检查垂直度,护筒顶一般高于原地面0.3m,以便钻头定位及保护桩孔.(4)泥浆制备该钻机对泥浆要求较高,泥浆相对密度至少要达到1.3以上.开钻前要制备质量,数量都能满足要求的泥浆,采用膨润土,纤维素和纯碱配制,用搅拌机拌合而成.(5)旋挖成孔旋挖钻机一般采用筒式钻头,在孔内将钻头下降到预定深度后,旋转钻头并加压,将旋起的土挤人钻筒内,待泥土挤满钻筒后,反转钻头,将钻头底部封闭并提出孔外,人工或自动开启钻头底部开关,倒出弃土.在钻进过程中或将钻头提出钻孔外后,向孔内注浆,泥浆液面不得低于护筒底部.标准筒式钻头长度为1.8m,重10kN.在旋转过程中由于地质情况不一,很少有将钻头挤满的情况,因此,提出的钻头有泥浆, 存在污染泥浆的问题.钻头筒中上部留有溢浆口,这就造成在旋挖砂层时,泥浆与砂混合后又溢人孔内.如果泥浆相对密度小于1.3,会造成灌孔前沉渣太多而超出规定,即使旋挖钻机二次旋挖清孔也无济于事,以致造成混凝土灌注困难.由于场地上部土层为粉砂,粉质粘土,泥浆相对密度小,保护作用不够,在施工中曾出现塌孔.其余施工工序和回转钻机施工工序一致,不再赘述.4旋挖钻机与回转钻机成孔的技术经济比较4.1试验桩在工程全面展开前,我们分别做了三组试桩进行桩的静载试验,其中两组为旋挖钻机成孔灌注,一组为回转钻机施工.设计桩荷载为2600kN,安全系数为2,采用油压千斤顶通过锚桩,横梁装置加载.直径为0.8m的4根锚桩与试验桩呈对角布置,锚桩与试验桩的中心距为4.0m.采用慢速维持荷载法,每级加载达到相对稳定后,加下一级荷载,总加载量为竖向设计荷载的2倍,加载分为10级.试验结果表明,在同等受力情况下,用回转钻机成桩的沉降量大大高于旋挖钻机成桩的沉降量,这是由于两种施工工艺的不同造成的.作为摩擦型桩,旋挖钻机形成的孔壁为粗糙型,增大了桩的摩阻力.虽然两种机型均可满足设计要求,即成桩沉降量不大于40mm,但是旋挖成孔桩的质量及实际承载力显然高于回转成孔桩.4.2综合比较(1)旋挖钻机成孔桩的承载力高于回转钻机成孔桩的承载力,沉降量仅为回转钻机成孔桩沉降量的四分之一. (2)泥浆的性能指标的差别.按照北京市城市铁路桥梁施工技术细则中对泥浆相对密度的要求,正循环钻机介于1.1一1.3之间,反循环钻机介于1.05一1.15之间.旋挖钻机的泥浆相对密度必须大于1.3,介于1.3一1.5之间,这是旋挖钻机顺利成孔的关键所在.至于泥浆组成的原材料则是一致的.(3)护筒长度不同.国内一般回转钻机在同等地质条件下,其埋设深度为1.0一1.5m,而旋挖钻机则必须埋设4一6m的护筒,在本工程中我们采用埋深5m的护筒.(4)成本效益比较.1台旋挖钻机每24h最多可成孔5孔(25一35m深),平均为4孔,而回转钻机每48h仅成一孔,旋挖钻机的工效是回转钻机的8倍,可以大大缩短工期.但旋挖钻机依靠进口,一般每台均在600万人民币左右,成本高于回转钻机.(5)旋挖钻机适用于砂土层,粉质粘土,粘质粉土更佳.遇到淤泥或卵石层时,由于其抗扭能力不大,施工困难,易出故障,而回转钻机则可避免类似现象.(6)旋挖钻机清孔既可采用正反循环泵换浆清孔,也可直接旋挖清孔,后一种清孔方式速度更快.5结语通过在北京城市铁路施工中应用旋挖钻机的实践,我们深刻体会到,尽管旋挖钻机投资成本高,但在合适的地质状况下,最终的经济效益综合指标还是大大优于回转钻机.从我国目前高速公路,铁路,城市轨道的建设形势来看,旋挖钻机具有广泛的应用前景.'