旋挖钻机在郑州三环路快速化工程桩基施工中的应用

'旋挖钻机在郑州三环路快速化工程桩基施工中的应用刘伟林赵北辰吴亚伟蔡晓东摘要旋挖钻机具有施工效率高、振动小、噪声低、工人劳动强度低，排泥量小、移动灵活方便，定位准确快速，对周边环境影响小等优点。通过郑州三环路快速化工程西三环桥梁灌注桩快速施工实践，介绍了旋挖钻机施工技术特点和工艺过程，供类似工程借鉴。关键词旋挖钻机桥梁灌注桩施工技术1工程概况陇海路互通式立交工程位于郑州市陇海路与西三环交叉口，南北方向长约2.47km，东西方向长约1.4km。本次施工的主要内容包括ES,EN,NE,NW,WS,WN,SE,SW,JS等9条匝道的桩基工程。桩基直径有1.2m和1.5m两种，桩长从32m到45m不等，主要工程量情况见表1。表1匝道桩基工程量统计汇总表序号工程部位桩径（m）工程量(根)设计桩长（m）主要工程总量1ES匝道1.28432～4028841.51035～383622WN匝道1.26832～3822241.51835～386423NE匝道1.28032～4527601.52035～387244NW匝道1.220326401.5835～382865SW匝道1.25232～3516641.5303510506JS匝道1.28832～4029761.51635～385907SE匝道1.28322561.54381528WS匝道1.228328961.51035～383629EN匝道1.23632～3811881.51435～38496合计　　594　20152 工程勘察揭露地表下90m深度内的地基土。岩性以粉质粘土、粉土为主，含钙质结核，35m以下钙质结核局部富集成层。各单元层的工程地质特征见表2。表2各单元层的工程地质特征表序号单元编号平均层底标高（m）平均厚度（m）地质特征1第1单元127.913.07杂填土（Q4ml）2第2单元121.127.17粉土（Q3al+pl）3第3单元112.428.70粉土（Q3al+pl）4第4单元102.927.13粉土（Q3al+pl）5第5单元93.807.99粉质粘土夹粉土（Q3al+pl）6第6单元82.4810.52粉质粘土夹粉土（Q2al+pl）7第7单元68.2813.85粉质粘土夹粉土（Q2al+pl）8第8单元最大揭露26.80m粉质粘土夹粉土（Q2al+pl）2施工机具选择郑州市三环路快速化工程西三环工程主要以粉质粘土、粉土为主。桩径为1.2m和1.5m二种孔径，桩深为30m～45m不等。根据工期要求、地质条件和施工环境，决定桩基施工采用旋挖钻机成孔。旋挖钻机具有以下优点：成孔速度快、效率高，在粉质土层平均钻进速度为8m～10m/h；钻孔时用水量少，孔内沉渣少，对施工现场无泥浆污染或少污染，噪音小；钻机自身可行走，钻孔就位快、自身动力；电脑显示钻进指标和设备状态，自动化程度高。3工艺原理旋挖钻机通过钻具的旋转，借助钻具的自重和钻机的加压系统，钻具边旋转边切削地层，并通过钻具的筒式钻头或螺旋式钻头盛满钻渣后，钻杆上提，将筒式钻头或螺旋式钻头提出孔外，打开筒式钻头底部封盖或通过钻杆带动螺旋式钻头旋转以清除钻头内的钻渣，多次反复钻进提钻出渣而成孔。同时用泥浆泵向孔内注入泥浆护壁液，在孔壁快速形成一层薄膜以减小失水率，保持孔内的水头高度，以确保孔壁稳定不坍塌。4施工方法4.1场地准备场地平整压实后，布置钻机平台。钻机平台略高于周围场地。测定桩的中心位置，同时以桩中心为交点纵向、横向埋设定位桩。施工中经常进行复测，测量控制桩点及水准点必须妥善防护，桩位允许偏差≤20mm。4.2护筒埋设护筒采用壁厚5mm钢筒，内径大于钻头直径200mm，在护筒上端开设1个40cm×40cm出浆口。护筒埋置深度为2m左右 ，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行。护筒位置确认后，周围用低渗透性土分层回填，确保不漏浆，护筒顶部高出施工平台30cm。开钻前校核护筒中心和垂直度。4.3泥浆制作由于本工程桩基大多数处于拆迁后的民房基础上，部份泥浆从砖渣缝隙漏失，需制备大量泥浆且需加大泥浆比重清孔，比正常施工增加造浆原材料的投入。为此改变泥浆原材料，用新型造浆材料（聚丙稀酰胺（PAM））代替膨润土制作泥浆成孔护壁液。经试验，其护壁液所成桩孔后8h内，基本呈现无沉渣现象，满足设计规范要求。采用的聚丙稀酰胺（PAM）的护壁液，还减少了清孔时间。4.4钻进成孔地下设施清理完成后，校核桩位、孔口标高及桩孔编号，经检验准确无误后方可开钻。开孔时必须采用“二次对中”。首先在护筒顶部张拉十字线，目测钻头进行一次精确对中。待钻头钻进2～3m后停止继续钻进，再次在护筒顶部张拉起十字线，用吊锤量测桩位中心，必要时对钻头二次对中微调，确认无误后才允许继续钻进。在钻进过程中要始终保持孔内水位应保持在地下水位以上1.5～2.0m，以防止钻孔的塌陷。在钻进时，开始2～5m轻压慢转，采用低档低速钻进。在同一桩号第二根桩钻进时，前者有空桩时，将空桩回填后再施工第二根桩，处于空桩范围内采用低档低速钻进，防止空桩部分坍塌。为了防止桩孔施工时相互干扰和保证桩孔孔壁的稳定，采用隔桩跳打钻孔的顺序进行施工。每钻进3～5m要检查一次钻杆的垂直度和转盘的水平度，发现超标及时调整。钻进过程中要经常测量泥浆护壁液的技术参数，含砂率高的泥浆及时外排，沉淀池废渣及时挖除。钻进过程中根据钻进及返浆带渣情况，进行地层监测，若遇特殊地层则及时采取措施。钻进到距离设计高程1m左右时，停钻30～60min待沉，用钻机打捞一次沉降的浮渣。 终孔采取计算钻具长度、机高、机上余尺的方法计算孔深，钻孔完毕后用测锤再次测定实际桩孔深度，确认后方可进入下一步施工。图1探笼示意图（1.5m桩径）4.5成孔质量检测和清孔钻孔达到设计高度进行成孔检测，首先要检查孔位、孔径、孔形、孔深及垂直度（倾斜率）。孔径检测采用直径比灌注桩直径小20mm、长7m左右的钢筋笼测量见图1。孔深检测在清除沉渣后采用测锤测量。孔深满足要求立即进行钢筋笼的安装工作，钢筋笼就位后，应进行二次清孔，清理泥浆沉淀和安装钢筋笼时可能触碰孔壁造成的掉渣。4.6钢筋笼及导管安装钢筋笼安装时，要防止钢筋笼与孔壁接触，防止塌孔和沉渣超标。导管采用直径300mm，壁厚3.5mm，导管使用前应试拼、试压，压力不小于孔深的1.3倍，本工程桩长在30～45m间，试水压力为0.6～1.0MPa。导管接头采用双螺纹丝扣快速接头。底节导管为4m长，标准节一般为2m，上部可放置2～3根1.0m的短节，用于调节导管的总长度，导管底部距孔底距离宜为300mm。导管对接过程中要加密封圈，防止漏水，并上紧丝扣；防止导管碰撞钢筋笼骨架。4.7混凝土浇筑灌注混凝土前导管内加隔水拴，首批灌注混凝土的数量应满足导管埋置深度≥1.0m和填充导管底部的需要，确保封底成功。灌注时随时监测管内混凝土下降及孔口返浆情况，及时测量孔内混凝土上升高度，做好灌注记录。提升导管时，导管应位于钢筋骨架中心，慢速均匀提升，严禁挂起钢筋骨架。浇筑过程中，导管埋置深度控制在2.0～6.0m，灌注接近桩顶时，及时用测锤或测杆检查桩顶标高，使灌注桩的桩顶标高比设计标高高出0.5～1m。混凝土面达到超灌长度的标高后，不应快速拔管而应将导管上下缓慢活动，使混凝土面口慢慢弥合，防止拔管过快造成泥浆混入，形成泥芯，出现桩头质量缺陷。灌注结束后，护筒在灌注完毕后需用两根钢丝绳垂直缓慢起吊，不能只用一根钢丝绳直接倾斜起吊。完成后做好现场保护工作，并检查声测管畅通情况，便于后期桩基质量检测及后压浆施工灌注。5旋挖钻机总体成效从2012年11月11日至2012年12月31日，大干50天期间，采用旋挖钻机钻进成孔完成223根桩基（扣除征地拆迁、雨雪天气、钻机维护、混凝土料耽搁），平均每日历天1.5根/台，高峰期时，可达每日历天3.5根/台。经灌注桩声波检测，其桩身完成，全部为Ⅰ类桩，检测后成孔泥皮薄，孔径规矩，波速稳定。6结语 旋挖钻机具有效率高、方便灵活、自动化程度高、成孔速度快、扩孔率小，正常情况下2～5h就可以成孔，是传统的钻孔机械的6～10倍以上；孔壁泥皮薄、有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力，孔底沉渣少，易于清孔，故成桩质量好。另外噪声低、工人劳动强度低，排泥量小，定位准确快速，对周边环境影响小等施工特点。配合不同的钻具，旋挖钻机可适应不同的地质条件施工，成为桩基施工中较理想的首选施工机械。'