旋挖钻钻孔桩施工技术.docx

旋挖钻钻孔桩施工技术摘 要:*特大桥桩基的施工，阐述了旋挖钻钻孔灌注桩的施工工艺，总结施工中出现的问题，分析其原因，并提出了相应的处理措施，为避免质量事故的发生提供了依据。对同类工程有借鉴意义。关键词:特大桥 旋挖钻 钻孔灌注桩 泥浆1 工程简介1.1工程概况施工的特大桥DK DK段位于省*市，跨越规划的*高速公路、*省道等，跨越*河等。桩基工程自#墩#全长*KM ，共* 墩台，其中大多数承台的桩基数为8根，有异形承台的桩基数为9根或l0根。基础结构均采用钻孔灌注桩，共*根桩基，均为摩擦桩，其中1.5m 桩基*根，1.25m 桩基*根，l.Om 桩基*根，桩长*m。1.2工程地质情况特大桥地层上部为第四系覆盖层，底部主要出露中生界地层，古生代的地层只在局部地段出露。沿线岸坡、山梁上部广覆厚层黄土。各河流河床及阶地分布冲积黏性土、砂类土及碎石类土，部分沟谷分布软弱地基土及新近淤积软土。线路地层主要为第四系新统(alQ4)河流冲积相沉积的粉土、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、粉砂、细砂;上更新统(alQ3)河流冲积相沉积的黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、角砾土;白妥系(K)砂岩;寒武系(E)灰岩、泥质灰岩、泥灰岩。根据钻孔桩深度，桥址范围内地质勘探资料汇总见表1。表一 特大桥主要地层特征表层数地层名称地层特征地层厚度1粉土褐黄色，灰黄色，浅黄色，潮湿饱和，稍密中密，局部夹薄层软塑状粉质黏土，粉质黏土呈透镜体状分布在粉土层平均厚度约为79m2黏土褐黄色及灰褐色夹少量灰绿色，硬塑，局部夹有少量铁锰结核及个别礓石平均厚度约为10m3粉土、砂土褐黄色、灰黄色、深黄色，中密，饱和，含少量铁锰结核及薄层粉质黏土平均厚度约为23m4黏土，粉质黏土褐黄色、浅黄色、灰色、灰褐色，软塑硬塑，局部夹人少量铁锰结核及礓土平均厚度约为015.85m5黏土局部夹粉质黏土，褐黄色、灰黄色、棕黄色夹少量灰绿色，硬塑，含少量铁锰结核及钙质结核，局部夹少量礓土最大揭露深度为36.6m6岩层砂岩、泥质砂岩、砂砾岩、含砾砂岩类，紫红色，灰白色，全风化，岩心呈砂土状平均厚度约为4m，最大揭露深度为14.5m本段线路经过地区地下水较发育，主要为孔隙潜水，水位埋深14m。2 旋挖钻钻孔施工技术2.1 旋挖钻施工工艺原理旋挖钻机施工法又称钻斗钻成孔法，它是利用钻杆和钻头的旋转及重力使土屑进人钻斗，土屑装满钻头后，提升钻头出土，这样通过钻斗的旋转、削土、提升和出土，多次循环作业，从而实现钻进成孔。2.2 旋挖钻施工特点(1)旋挖钻机结构紧凑，转场和现场就位快捷简便，埋设护筒省力，还可以自行放置探孔器。(2)不同孔径，只需更换不同孔径的钻头即可。(3)进度快、工效高、质量高、效益好，一次钻进可达0.41.2m。(4)可以适用不同的地质情况。(5)不产生大量的泥浆，可以更好地保护环境。2.3 旋挖钻钻孔施工工艺(见图1)3 旋挖钻钻孔施工过程中的质量控制3.1 平台布置采用的大型旋挖钻自重约6075t，钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷，从而影响成孔的质量，因此在钻机就位前，合理布置施工平台，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实，同时钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。3.2 护筒埋设特大桥桩基施工中，采用直径为1.21.9 m、长2 m,壁厚6mm的钢护筒。护筒埋设采用旋挖钻机自行吊起，钻头锤打入地层，埋设时要保证护筒中心线与桩中心线重合，且要保证护筒壁上下垂直。钢护筒埋设好后，顶部应高出地面0.5 m，且应高出地下水面1.52 m，四周用黏土夯实，以防护筒渗漏泥浆，同时在护筒顶面埋设十字护桩，确保钻进过程中孔位的准确性，钻孔中发现偏差及时调整。3.3 泥浆制作泥浆材料以水加优质膨润土、纯碱、聚丙烯酰胺或纤维素来配制。泥浆制备完毕后，进行各项性能指标的检测，确定钻孔泥浆性能指标:比重1.11.3，黏度16 s22 s，含砂率2%，pH6. 5，胶体率98%。3.4 钻孔施工旋挖钻机钻孔施工中，泥浆为单向供应，从孔口注浆即可，与常规钻机泥浆循坏系统有较大的区别，部分泥浆随筒钻出渣而排出，损耗较大。需要随时观察孔内泥浆标高，不足时应及时补充，一般应高出护筒底口1m以上。由于旋挖钻机钻渣由筒钻直接取出孔口，需要装载机及运渣车辆配合，及时将钻渣转移至指定堆放场地。钻机操作时根据出渣土质情况及进尺情况合理控制钻进速度及提钻速度，应做到匀速下、提钻杆，以减少对孔壁的扰动，防止塌孔事故。钻进过程中，经常抽取渣样并检查泥浆指标，注意地质情况变化，以便及时对不同地层调整钻速、钻进压力、泥浆比重。正常钻孔中，泥浆比重为l.031.l；在砂土、软性土等易坍孔的土层中，采用低挡慢速，同时提高孔内水头，加大泥浆比重至l.ll. 3。钻进过程中每2 m测定一次泥浆性能指标，及时调整，当钻到细砂、粉砂层时，为防止流砂可向孔内投入适量膨润土，以提高护壁能力。在钻进或穿过软硬交界处时，保持钻杆竖直，低挡慢速。钻孔过程中，钻孔的倾斜度也是一个十分重要的控制要素。旋挖钻配备专用仪表，钻进过程中，应时刻注意倾斜度仪表的显示，保持钻杆竖直，确保钻孔的垂直度，提高钻孔质量。在旋挖钻钻孔施工中，钻到设计标高后，可将钻头提高30 cm，停钻0.51 h，等带有钻渣的泥浆沉淀一段时间后，在进行最后一次下钻掏渣，并扫孔23 圈，将孔底钻渣尽可能取出，使孔底大致平整，为下一步的清孔工序奠定了基础，这种措施在砂层地质施工中效果尤为见效。3.5 成孔验收钻进到位后，将孔口附近钻渣及泥浆等全部清除干净。对成孔进行验收，主要捡查泥浆性能指标，复核护筒中心偏位及标高、成孔深度、孔径、孔斜等。测锤一般采用锥形锤，锤底直径1315 cm，高2022 cm，质量46 kg。3.6 钢筋笼制作与安装(1)钢筋笼制作:钢筋笼主笼长度为30 m。主筋为16，总重量为1.24 t，分为上下两节，节与节之间采用滚轧直螺纹套筒机械连接，主筋接长采用闪光对焊。单节最大重量为0. 97 t，采用25 t汽车吊安装，单个钢筋笼的安装时间约4060min。因旋挖钻机成孔速度较快,正常情况下，57 h 即可成孔，因此，要求钢筋笼必须在桩孔成孔前制作完成，并验收合格，防止成孔静置时间过长出现塌孔等各种意外情况。(2)钢筋笼下放:成孔验收合格后，将后场制作好并经验收合格的钢筋笼按照吊装顺序转运至孔位附近，逐节段起吊、连接、下放安装。吊放钢筋笼入孔时需对准孔径，保持竖直，轻放入孔。入孔后应徐徐下放，不可左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理，严禁高提猛落和强制下放。3.7 清孔孔内泥浆静置超过一定时间后，会出现离析、分层等现象，底部泥浆比重、成孔底沉渣超标等，需要进行清孔。根据不同地质条件及孔内实际情况，选用不同的清孔方式来进行清孔业。孔底情况较好时，采用泥浆置换进行清孔;孔底情况较差时，采用气举反循环进行清孔。3.8 水下混凝土灌注清孔完毕检查验收合格后，及时灌注桩基水下混凝土，尽量避免空孔静置过久。特大桥工程全部桩基混凝土采用拌和站集中拌和，用罐车运送至桩位处，采用直径300mm的导管灌注。混凝土为高性能混凝土，掺加级粉煤灰、矿粉，选用高效缓凝减水剂，以减少坍落度延时损失，保证混凝土在灌注时有良好的流动性。灌注结束时桩顶高程高出设计高程1.0m，尽量缩短灌注时间，平均灌注时间应控制在23h。4 旋挖钻钻孔灌注桩施工中常见问题的预防与处理4.1桩孔垂直度偏差旋挖钻在施工过程中，由于钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳，地面基础软弱或软硬不均匀，地质中土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其他硬物等情形，会造成成孔后桩孔出现较大垂直度偏差或弯曲，这对成桩的质量有很大的影响。因此在旋挖钻钻孔施工中，应该采取以下几点错施来预防桩孔出现较大的垂直度偏差:(1)场地施工前先换除软土、夯实平整，钻机安置要稳固，钻架要竖直，同时注意下好护筒和井口管；选用性能好的泥浆；钻具要保持竖直度、刚度、同心度，防止钻机跳动、钻杆晃动等。(2)进人不均匀地层时，钻速要慢，尤其是遇到塑性较差的沙层。(3)遇到孤石地层或硬层时，钻速要慢，钻孔偏斜时，可提起钻头上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填黏土至偏孔处0.5m以上，重新钻进。4.2孔底沉渣过厚由于特大桥所处地理位置及地质条件，旋挖钻孔施工过程中，当钻进的地层以砂层为主时，砂不可避免混进泥浆中，泥浆一般都循环使用，当多次使用的泥浆注入孔内时，经过几小时的沉淀，砂便会沉淀到孔底，引起沉渣过厚；另一方面，在砂层中钻进时，提钻时砂子容易从钻头的泻水口流出，混人泥浆中，留在孔中，引起沉渣过厚。具体的处理措施有:(1)钻孔施工中，通过设置2个泥浆池来处理，一个储浆池，一个沉淀池，当泥浆从孔里返回时先流过沉淀池，可以将大量的砂子等沉淀，再流至储浆池。(2)在砂层中钻进时，需控制钻进进尺，轻压、慢速、稠泥浆钻进，尽量减少砂子外流。可在终孔前预留2030Cm，静置0.5 h 左右，用清渣钻头下大掏孔至设计孔深。4.3孔壁坍塌由于旋挖钻是通过重复的提降钻头来实现出渣钻进成孔的，因此在钻迸过程中，每次钻杆的提升都会对孔壁有不同程度的影响。如果钻头上下移动速度过快，致使水流以较快的速度由钻头外侧和钻孔之间的空隙中流过，冲刷孔璧，有时还会在上提钻斗时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌。具体的预防措施有:(1)控制钻头升降速度，根锯不同的桩径和地质情况采取不同的升降速度。一般砂质土和黏土具体要求见表2。(2)在松散易塌土层、砂层中，适当埋深护简，用黏土密实填封护筒四周。(3)充分选用密度和黏度较大的泥浆，必要时向孔内添加膨润土。(4)使用优质的泥浆，提高泥浆的密度和黏度。（5）注意钢筋笼的绑扎、焊接以及定位块等的设置和安放，搬运和吊装时应防止变形，下放过程中避免碰撞孔壁。（6）注意工序安排，尽量避免重型机械在施工区域附近行走，尽量缩短灌注时间。表2 旋挖钻在沙土层和黏土层不同桩径下的升降速度桩径(mm)最大提升速度（m*s-1）空钻头下降最大速度（m*s-1）8000.9731.2112000.7480.8315000.5750.835 结束语从特大桥工程桩基施工进度及施工质量来看，除了合理的施工组织和有力的现场管理之外，旋挖钻机方便灵活、成孔速度快、施工质量可靠、扩孔率小、地层适应能力强等特点都发挥了重要的作用。采用旋挖钻机成孔，使本项目的工期、安全、质量、环保得到了保证，已施工完成的钻孔桩检测后质量全部为类桩，其经济和社会效益均取得很好的效果。成桩检测结果显示，旋挖钻机施工是一种理想、合理的施工工艺，在桥梁工程中的推广和广泛运用势在必行。