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项目案例

挖钻机在软弱地层中的应用


挖钻机在软弱地层中的应用



东荆河特大桥(DK137+590-DK156+508)全桥长18917.66m, 576孔梁,桩长大多为47~60米,共计钻孔桩约21万延米。该桥地处江汉冲积平原,地势平坦,地面标高在30米左右,区域内水塘密布,沟渠纵横。桥址处多为农田,软土覆盖广泛,且地下水发育,根据勘察显示,场区的岩土按其成因分类主要有:淤泥质黏土、粉质黏土、黏土、粉砂、细砂、中砂等,地基基本承载力在150~200KPa之间。粉细砂层含水丰富,渗透性大,施工桩基时易造成缩径、塌孔等。为确保顺利完工,根据地质情况及施工工艺,采用山河智能SWDM22旋挖机成孔。

 

 

 

2、成孔工艺

 

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。旋挖钻机采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测、调整及孔深数码显示等。旋挖钻机配合不同钻具,适用于干式(短螺旋)或湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。旋挖钻机施工效率高,是旋转钻机的3~4倍,具有成孔质量好、速度快、无污染或小污染等优势。旋挖钻机钻孔桩施工工艺流程见图一。

 

 

 

2.1  施工准备

 

场地平整、埋设护桶:场地平整,测设桩位,设置桩位,设置护桩,以校核桩位的准确性。

 

旋挖钻机由于成孔速度快,为防止停机待料,要做好施工计划,从技术、设备、材料供应给予保障。根据工程地质柱状图所示,原地面以下0~2米内大部分为浅灰色粉砂,饱和,松散状态。在这种地层下,护

 

桶埋设质量更加重要。护筒平面位置与竖直度准确与否,护筒周围和护

 

 

 

筒底脚是否紧密,不透水,对旋挖钻机成孔、成桩的质量都有很大的影响。针对现场地质情况,专门定制高2.5米、厚10毫米、直径φ1.3米的护筒。埋设护筒时应通过定位的控制桩放样,把旋挖钻孔机钻孔的位置标于坑底。再把护筒吊放进坑内,找出护筒的圆心位置,用十字线在护筒顶部或底部,然后移动护筒,使护筒中心与旋挖钻孔机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查,使护简坚直。此后在护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土,分层夯实,达到最佳密实度。有效提高护筒跟土壤的结合度,增强抗外界振动、冲击的能力,在注浆或提升回转斗时有效防止渗水、漏浆现象的发生,降低孔口坍塌的概率。

 

2.2  钻 孔

 

护筒埋设完毕并注入泥浆后方可开钻,开钻时,先用低档慢速钻进,钻至护筒以下1米后,再调为正常速度。钻进过程中,根据不同的地质情况选用不同的形式的钻头,在土质地层中钻头选用螺旋式土钻或旋挖斗,有水时用旋挖斗掏渣;钻进过程中,经常抽取渣样并检查泥浆指标,注意土层变化,以便及时对不同地层调整钻速、钻进压力、泥浆比重。在砂土、软性土等易坍孔的土层中,采用低档慢速,同时提高孔内水头,加大泥浆比重。

 

钻至设计标高并经岩样判别确认到位后,停止钻进。

 

2.3  清孔

 

1)经对钻孔桩的孔径、孔深、孔位、垂直度等进行检查,确认钻孔合格后,应立即进行清孔。清孔时,宜采用除砂漏斗,降低泥浆的含砂率,不论采用何种方法清孔,在抽碴或吸泥时都应及时向孔内加注清水或新鲜泥浆,保持孔内水位。

 

2) 钢筋笼的制作和安装

 

钢筋笼主筋接头采用双面搭接焊,每一截面上接头数量不超过50%,加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋骨架的保护层厚度由厚175px的圆形C30细石混凝土垫块来保证,垫块按竖向每隔2m设一道,每一道沿圆周设6个呈梅花型布置。

 

钢筋笼采用汽车起重机吊装,并在孔口牢固定位,以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。当灌注完毕的混凝土开始初凝时,即要取消钢筋笼竖向固定装置,使钢筋笼不影响混凝土的收缩,避免钢筋混凝土的粘结力受损失。

 

3)安装导管

 

导管采用φ300mm钢管,每节2~3m,配1~2节1~1.5m的短管。导管吊装前先试拼,并进行水密性试验,试验压力不小于孔底静水压力的1.5倍。导管接口应连接牢固,封闭严密,导管接头应清洁无杂物,密封胶圈无破损老化,同时检查拼装后的垂直情况与密封性,根据桩孔的深度,确定导管的拼装长度,吊装时导管位于桩孔中央,并在浇筑前进行升降实验。导管组装后轴线偏差不宜超过桩孔深的0.5%并不宜大于250px。符合要求后,在导管外壁用明显标记自下而上逐节编号并标明尺度。导管安装完成后进行二次清孔。

 

4)灌注水下混凝土

 

浇筑水下混凝土前,检查沉渣厚度是否超出规范要求。如果检测指标达不到要求须进行清孔,清孔完成后,立即浇筑水下混凝土。

 

计算首批封底混凝土数量,使导管下口埋入混凝土不小于1m深并不宜大于3m。足够的冲击能量能够把桩底沉碴尽可能地冲开,是控制桩底沉碴,减少工后沉降的重要环节。

 

浇筑连续进行,中途停歇时间不超过30min。混凝土的运输时间和距离应尽量缩短,以迅速、不间断为原则,宜在8h以内完成,防止在运输中产生离析。在整个浇筑过程中,及时提升导管,按规范要求控制导管的埋深。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。考虑桩顶含有浮碴,灌注结束时水下混凝土的浇筑面按高出桩顶设计高程2500px控制,以保证桩顶混凝土的质量。

 

7)泥浆清理

 

钻孔桩施工中,产生大量废弃的泥浆、钻碴,为防止对周围环境造成不利影响,这些废弃的泥浆钻碴,经处理后,运往指定的弃碴场,并做妥善安置。

 

8)质量检测

 

所有钻孔桩基按设计要求采用瞬态激振分析法检测,若需采用声波探测法进行检测的,则按要求预埋超声波探测钢管。

 

3、施工难点

 

在试桩过程中发现,从原地面以下20多米的粉砂层开始,在施工过程中存在缩径现象。在钻进过程中采用加大泥浆比重,成孔后多次扫孔等办法解决,则孔底沉碴较厚,二次清孔耗时较长,扩孔系数可达1.2,混凝土超灌严重。在改进施工工艺,优化泥浆配比,改进回转斗盛料桶,合理控制钻斗的升降速度后,有效的解决了缩径的问题。

 

3.1  制备泥浆

 

制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键,也是影响钻孔进度和桩基混凝土质量的关键。膨润土具有相对密度低含砂量少,造浆后的泥皮薄,稳定、固壁能力高,阻力小和造浆能力大等特点,故选用膨润土作为造浆材料(参量为泥浆总量的8-12%)。膨润土加入水后,水很快进入蒙脱石的晶格层,膨润土很快湿胀,并在湿胀后成为一种带有电荷的亲水胶体,通过颗粒间的静电斥力保持稳定的悬浮状态,使泥浆处于稳定状态;加入纯碱(参量为膨润土的0.05%~0.1%,具体加量视现场pH测试结果确定),将泥浆体系的pH值调节到9~10,减少因水源问题造成对泥浆性能的影响,防止钻孔坍塌,提高泥浆的再生功能,提高泥浆的稳定性;加入羧甲基纤维素钠 CMC(参量为膨润土的0.3%~0.5%)增强防止钻孔坍塌的作用,在泥浆受盐分或水泥污染时起保护凝胶的作用,同时可提高钻孔效率。

 

要配置性能良好的泥浆,除了备有优质的原材料外,还应注意施工工艺即拌和工艺,膨润土泥浆一定要充分搅拌,否则,膨润土溶胀不充分,会影响泥浆的失水量和粘度。用搅拌机搅动至晶体完全融解完毕即溶液表面没有晶体。在加料过程中应不间断的搅拌,施工现场可采用高压循环泵对泥浆进行快速循环(搅拌速度将直接影响泥浆的性能),搅拌至均匀。

 

配浆完成后,宜静置24h以上,以使泥浆充分水化。泥浆密度控制在1.1~1.2,,粘度达到20~22s。泥浆过稀时不能浮碴影响钻进,过稠时泥浆附在孔壁和钢筋上,影响桩基混凝土的质量。实验证明:这样的泥浆粘土颗粒悬浮均匀,沉淀少,性能稳定,满足了钻孔需要。

 

桩孔施工采用一次性全面不间断作业,施工中根据出碴情况判断土层结构及时合理地调整泥浆性能指标,遇松散地层时,适当增大泥浆相对密度和粘度,保持孔内水头高度,尽量减轻冲液对孔壁的影响,同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。

 

3.2  合理控制钻进速度

 

施工初期,旋挖钻机采用自制的双门底开式回转斗,圆柱型盛料桶,侧壁无泥浆导流槽,底盘无侧齿,使用中发现,液压系统压力偏高,回转斗提升力明显增大,且桩径缩孔现象较为严重。经现场分析,主要原因在于回转斗的结构不合理,提升回转斗时下方产生较大负压,从而导致提升阻力增大及孔壁收缩、坍塌。通过改进,将回转斗盛料桶改为圆锥式,侧壁加焊导流槽,以有利于在桩孔内的导向及泥浆的导流,减小桩孔内的负压。同时底盘加焊侧齿,适当控制回转斗与刀尖间的距离,防止回转斗升降旋转时碰坏孔壁。现场表明,改进后的回转斗在提升过程中,液压系统压力明显降低,桩身的缩孔、坍塌现象有所缓减,具有良好的使用效果。

 

钻进过程,回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态,以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中,破坏泥浆的配比;每个工作循环严格控制钻进尺度,避免埋钻事故;同时应适当控制回转斗的提升速度。施工实践表明,φ2500px的桩径,升降速度宜保持在0.75~0.85m/s,提升速度过快,泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过,冲刷孔壁,破坏泥皮,对孔壁的稳定不利,容易引起坍塌。在开始钻进或穿过软硬层交界处时,为保持钻杆竖直,宜缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时,可能是遇到硬石、石块或硬物等,这时应立即提钻检查,等查明原因并妥善处理后再钻,以免导致桩孔严重倾斜、偏移,甚至使钻杆、钻具扭断或损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况时,应将钻具从孔内提出,研究妥善处理。在有浆钻孔时要合理控制钻斗的升降速度主要指标参考值。

 

4 结束语

 

通过本次施工,科学地运用施工技术和施工方法,有效地克服了旋挖工艺在砂层中成孔困难,易缩径,孔底沉渣厚,扫孔后超灌严重等缺点。既大大加快了施工进度,提高了工程质量,又使施工成本得到有效控制。且可作为以后类似地质情况桩基础施工的参考。


饶老师:18581212176(微信同号)

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