旋挖钻成孑技术在三岔河大桥桩基工程中的应用l

'铁道建筑RailwayEngineeringApril，2008文章编号：1003．1995(2008)04．0064．03旋挖钻成孑L技术在三岔河大桥桩基工程中的应用彭彦彬，杜建华，孔德芒(1．石家庄铁路职业技术学院，石家庄050041；2．’中铁十四局三公司，山东兖州272100)摘要：旋挖钻成孔技术是近几年发展起来的一种新型钻孔灌注桩成孔技术。旋挖钻机是通过短螺旋钻头、旋挖钻斗、岩石筒钻将岩土挖松并直接提钻带出孔外，也可把粒径较大的卵砾岩块等直接带出孔外。文章通过在三岔河大桥的应用分析了其特点，介绍了旋挖钻施工工艺流程，并提出了施工质量控制措施。关键词：旋挖钻成孔技术钻进原理特点工艺质量控制中图分类号：TU443．15文献标识码：B在冻土层较厚，多年地温较低和多年冻土相对稳定的1工程概况地带，一般采用保持冻结的原则进行设计。钻孔桩按地基土阻力确定的单桩容许承载力可按下式计算：旋挖钻成孔技术是近几年发展起来的一种新型钻一一1一一lPJ=÷>：r。F。m+moA【dJ孔灌注桩成孔技术。与传统的冲击钻、旋转钻把钻渣一击碎、疏松使其悬浮于泥浆中，靠泥浆循环将其带出孔式中的[P]为桩的容许承载力；r为第i层冻土同桩外和通过掏渣桶将悬浮在泥浆中的钻渣掏出孔外不侧表面的冻结强度；为采用各种不同沉桩方式时冻同，旋挖钻机是通过短螺旋钻头、旋挖钻斗、岩石筒钻结力的修正系数，钻孔插入桩m=0．7～0．8，钻孔打入将岩土挖松并直接提钻带出孔外，并且可以把粒径较桩m=1．1～1．3，钻孔灌注桩m=1．3～1．5；F为第大的卵砾岩块等直接带出孔外。因此旋挖钻成孔技术层冻土中桩侧表面的冻结面积；m。为桩底支撑力折减具有成孔速度快、适用性强、沉渣少等优点。系数，可根据孔底条件取0．5～0．9；A为桩底支承面青藏铁路三岔河特大桥，位于格尔木市以南90积；[]为桩底多年冻土容许承载力。km的三岔河上，平均墩高40m，最大墩高50m，为青从上式可以看出钻孔灌注桩桩周冻结强度是单桩藏铁路第一高桥，桥长690．19m，梁跨组合为1×24m承载力的重要组成部分。试验结果表明“，桩端反力+20×32m预应力混凝土梁，该桥采用钢筋混凝土灌仅占24．3％左右，且桩端反力同样受冻结的影响。因注桩基础，共129根桩，其中150cm桩117根，180此，在施工过程中必须采取一切可能的措施尽量减少cm桩l2根。该桥工期紧，用于基础施工的时间少，且对多年冻土的扰动，减少施工导入的热量和混凝土凝所处地区为多年冻土地区。结硬化产生的热量，尽量缩短地基回冻时间从而使桩基尽快具有设计承载能力。2多年冻土地区桩基特点3钻孑L机械的选择多年冻土地区一般处于极寒地区，除多年冻土天然上限以上部分随季节变化冻融外，下部多年冻土则3．1旋转钻机不随季节变化冻融，而是长期处于冻结状态。桩基承旋转钻机适用于黏土、砂黏土、砂土和粒径较小的载力主要是靠桩周土的冻结力来提供的。因此，减少卵砾石地层，不能用于粒径较大的卵砾石层、瓢石层和施工导入的热量以减少施工对冻土的扰动，是确保多岩层。该种钻机钻进速度较快，但需要大量的泥浆，冻年冻土地区桩基质量的主要措施之一。多年冻土地区土层中施工导入的热量较多，易引起桩周土融化，出现塌孔现象。收稿日期：2007．10．14；修回日期：2008．01．163．2冲击钻造孔作者简介：彭彦彬(1965一)，男，河北晋州市人，副教授，硕士研究生。冲击式钻机能在各种冻土条件、岩性及地下水条 2008年第4期旋挖钻成孔技术在三岔河大桥桩基工程中的应用65件下钻孔，但钻孔进度较慢，施工导入的热量较多，对冻土的扰动大且成孔不规则，孔径误差较大。在冻结层上水发育且季节融化层为粉细沙、淤泥时，由于施工时间长，导入热量多，必然引起桩周土融化，从而容易引起坍孔现象，必须采取防坍孔措施。螺距3．3旋挖钻机造孔旋挖钻机施工成孔进尺快，孔壁规则光顺，定位准确，且为干钻法成孔，对冻土的热扰动较小，能大大减少孔壁坍塌现象，可大幅度减少对冻土地基热扰动的影响。在青藏铁路清水河特大桥、三岔河大桥等多座导螺旋叶片桥梁的施工中均采用了旋挖钻机施工，该方法收到了良好的效果。切削截齿4旋挖钻成孔原理图1短螺旋结构示意图4．1钻具旋挖钻成孔是利用螺旋钻头旋转将岩土疏松并旋入钻斗或螺旋叶片之间，然后通过提钻将岩土提出孔外卸掉。旋挖钻具主要有旋挖钻斗、短螺旋钻头、岩石筒钻三大类。根据工程的地质情况，选用不同的钻具：①旋挖钻斗主要用来钻进较软的第四纪地层，还用于钻孔清渣。②短螺旋钻头主要用于坚硬地层中的钻进。钻进硬地层的嵌岩短螺旋钻头结构见图1，由法兰、芯轴管、主螺旋叶片(导向螺片)和引导螺旋叶片(锥片)构成。钻进过程中，首先在钻压下，位于芯轴管底端的中心齿在孔底中心“掏槽”，形成破碎自由面，位于螺旋锥片上的切削具跟进，形成锥形的钻孔。岩屑和土、石等沿螺旋叶片反向上升，充满螺旋叶片之间后，被提钻带出孔，或落入孔中后，用捞砂钻斗捞出。图21500短螺旋钻头从孔内带出的大漂石③岩石筒钻对于硬度较大的基岩地层、大的漂石层以及硬质永冻土层，直接用短螺旋钻头或旋挖钻斗钻舒适等特点。该类型钻孔机主要功能为上车钻孔作业进都比较困难，需要岩石筒钻配合短螺旋钻头和双底和下车移动行驶，两部分通过换向阀互锁。下车行驶板捞砂钻斗钻进。岩石筒钻分为取芯岩石筒钻和不取工作由马达带动减速机实现底盘的行走、转向、制动等芯岩石筒钻两种。岩石筒钻的主要作用在于对孔内岩功能。通过控制底盘的伸缩油缸用以改变履带中心芯的圆周进行松动掏空，为以后下入嵌岩短螺旋钻头距。破碎岩芯创造破碎自由面。对于层理发育且各向异性钻孔作业时首先调整两级变幅油缸，使钻机对准的硬岩地层，用岩石筒钻配合嵌岩短螺旋钻头和双底钻孔位置；根据垂直度检测情况手动或自动调节钻桅板捞砂钻斗钻进，能有效地预防孔斜。的垂直度，直到达到要求为止；然后操作动力头带动钻4．2BG·22型旋挖钻机工作原理、参数及性能杆旋转，同时实施加压，当进尺接近钻头高度时提升钻BG．22旋挖钻机是德国宝峨公司生产的大口径全杆，此时主卷扬回转，加压油缸同时提升，当钻头提升液压无循环旋挖成孔设备，主要用于桩基成孔施工。至地面后转台回转至地面的抛土位置，若为短螺旋钻该钻孑L机采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠头则动力头减速机换快挡或用第三减速机实现抛土作钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测、调整、孑L深数业，若为回转斗钻头则需通过撞击动力头下挡板，使回码显示等全液压自带动力的全新液压钻孑L机，一般整转斗下端开启，以实现抛土作业。钻孑L深度由电气数机操纵采用液压先导控制和负荷传感，具有操作轻便、 66铁道建筑April，2008码显示，当作业至要求深度后即可停止。下放护壁套控制系统和刚性较大的钻杆及导向系统。其孔径、垂筒时，可由动力头下挡板直接压入或由动力头驱动将直度、孔底残渣等均可满足规范及验收标准要求。护筒旋入地下，这样可提高成孔质量。9)安放钢筋笼、安装导管、灌注水下混凝土与一运输钻机时可将钻桅下放至水平位置，鹅头部分般钻孔桩相同，需要指出的是，由于本钻机成孔速度极和下端动力头折叠，根据牵引车载重情况亦可将配重快，钢筋笼制作、安装、水下混凝土灌注必须与之相适拆下，此时履带横向缩回至最小距离，这样钻机即可自应，否则，不能充分发挥该钻机的工作效率。行至牵引车上进行运输。10)拔出护筒本钻机可以利用专用卡具、起重索该钻机最大成孔直径为200cm，最大成孔深度为和压拔油缸拔出护筒。若钻机拔护筒困难时可采用起50m，最大扭矩220kN(旋转动力头)；主卷扬可自由下重机辅以振动锤拔出钢护筒。落，拉力200kN，副卷扬不可自由下落，拉力75kN，送进油缸送进行程6．7ITI，拉力270kN，推力200kN；工作6质量控制措施重量800kN。1)由于本钻机重量较大，可成孔直径大，再加上可5施工工艺流程能反复使用大型起重机械辅助作业等，均会引起地基的较大附加应力，容易引起地表一定深度范围内产生旋挖钻机成孔工艺流程如下：缩径、塌孔。在计算护筒壁厚、埋深时应充分考虑重型1)场地准备若为陆上钻孔，需将钻机工作范围设备的影响，必要时通过试钻确定。当出现地表严重内大致平整压实，出渣车辆出入便道修筑完毕，并有较下沉(主机下沉3cm／d以上)应立即停止钻进，查清原完善的排水系统、泥浆循环系统(必要时)等。水上钻因，必要时接长补打护筒。孔需准备好水上钻孔工作平台及弃渣排出运输系统2)当出现深层局部塌孔时，可采用部分回填黏土，等。提高泥浆相对质量密度，提高内外水头差方法，易塌孔2)测定桩位与普通钻孔桩要求相同。地层可采用膨润土加纤维的优质泥浆增加护壁效果。3)钻机就位钻机为自行式，可直接驶入并将钻3)经常检查纠正钻机井架的水平和垂直度，根据头中心直接对位，再精确调整机架的垂直度后，将钻头出渣情况和钻杆进尺，及时记录地质情况，保留典型地精确定位。定位后，将适合本桩地层的各种钻头有序层的地质标本。地排列在主机回转半径上，以利快速更换钻头。同时4)经常检查钻孔记录和灌注记录，发现问题及时排渣运输设备驶入场地，进行排渣对位试验，以有效配纠正合，减少干扰，提高钻进速度。4)初钻3～5m初钻地表土层一般为无护筒钻7结语孔(水上或淤泥质软土应打入护筒)，以利护筒的压入，若为机具预打入钢护筒，此工序即为正常钻孔作业。旋挖钻机在三岔河特大桥的使用经验表明，旋挖5)压入钢护筒利用钻机专用卡具将底节钢护简钻进技术具有效率高，成孔质量好，速度快，噪声低，无卡放在已钻3～5m的成孔中，利用钻杆、动力头自重污染，适应地层广泛等无可比拟的优点，深得越来越多和压拔油缸压入钢护筒，若压入困难时可采用振动锤的施工单位的青睐，旋挖钻机为在青藏铁路上的大面打入。积应用积累了丰富的经验。6)继续钻进压入护筒卸下护筒卡具，更换钻头，继续钻进3～5m后，再继续压入护筒。若无软土层或参考文献特殊要求，一般钢护筒埋设深度约5～10m即可。[1]彭彦彬．多年冻土地区钻孔灌注桩基础施工技术[J]．土工基础，2005，(4)：81—83．7)钻进到设计要求护筒以下部分考虑地下水及[2]胡继良，史新慧，黄玉文，等．短螺旋钻头在旋挖钻施工中的工程地质状况，决定采用泥浆护壁方式，泥浆要求同普应用[J]．探矿工程，2006，(1)：40—41．通钻机即需要保持孔内外水头差及泥浆相对密度、稠[3]刘南昌．旋挖钻进施工钻具的选用[J]．地质装备，2005，(3)：度等满足孔壁稳定的要求。当钻进到设计高程或满足5—6．设计承载能力时，经监理工程师同意，即可终止钻进，用淘渣筒无进尺淘渣5～10min。(责任审编白敏华)8)成孔质量检查由于本钻机具有较高的垂直度'