旋挖鉆機鉆孔施工技術的應用

王占友 趙寶東

0 引言

20世紀80年代開始,鉆孔灌注樁在我國被廣泛應用于高層建筑、地鐵車站、城市立交橋、公路及鐵路橋梁、大壩基礎等基礎設施領域,其成樁工藝技術得到不斷發展、改進,現有沖擊鉆進、沖抓鉆進、正、反循環回轉鉆進、沖擊回轉鉆進、沖擊反循環鉆進以及旋挖鉆進等多種工藝并存。在眾多成孔工藝中,旋挖灌注樁通過其自身發展優勢不斷得到業主的青睞,下面就旋挖鉆旋挖灌注樁在潮州電廠一期工程樁施工中的應用情況對該工藝技術特點加以闡述。

1 工程實例

1)樁型、工程量及地質情況。潮州電廠廣東省潮州市柘林鎮,總樁量4 830根,樁型為端承摩擦灌注樁,樁徑600 mm,800 mm和1 000 mm,樁長35 m～65 m(設計要求入強風化花崗巖不小于5 m)。按從上往下的順序將巖土層特征分述如下:①層素填土,層厚0.60 m～3.50 m;②層～⑤層為砂層,層厚12 m～30 m;⑥層淤泥層,層厚0.60 m～6.1 m;⑦層～?層為黏性土層,層厚 8 m～16 m;?層為全強風化花崗巖,層厚2.5 m～25.3 m。

2)特別說明。該工程前期地基基礎方案經論證后,確定了采用沖孔灌注樁作為主要構筑物的樁基礎形式,某兩個公司中標。在鍋爐區域樁基施工完成后,樁基檢測結果令人吃驚,單樁承載力為設計值的30%,40%和70%。樁基開挖發現大量樁基出現樁身露筋,泥皮最厚的可達20 cm。此后,業主重新召集設計、監理、施工單位各方擬在主廠房A列選取9根工程樁做靜載試驗,分別采用旋挖灌注樁、沖孔灌注樁和沖孔灌注樁后壓漿三種樁型進行試驗。我公司選用的旋挖灌注樁最終獲得試驗成功,致使后期工程樁全部采用旋挖鉆孔工藝。

2 主要施工方法及技術措施

2.1 護筒的埋設

根據土層情況,鉆機對準樁位后鉆進成孔3 m～4 m,然后將護筒(護筒用12 mm厚鋼板卷制而成,內徑較樁徑大 100 mm,防止鉆頭在升降過程刮蹭護筒,保護孔口的穩定,同時頂部開兩個孔,供提拔護筒時使用)放入鉆孔中,并利用引出的4個控制點進行樁位校準后,利用護筒驅動器或鉆桿下壓護筒至預設深度,用鉆桿將護筒周圍土搗實,避免漏漿。

2.2 成孔鉆進方法

鉆機鉆進過程中,保持鉆桿轉動,保證取土斗底部土體不被擠壓破壞并順利進入斗體中,確保土體鉆進過程中局部沒有形成失穩的滑弧面,有利于鉆孔護壁。

鉆進過程中經常檢查鉆頭通氣孔,確保通氣孔暢通,避免形成“活塞”,造成縮頸與孔壁坍塌;同時應控制泥漿在孔內的高度,保證泥漿液面不低于地下水位1.5 m,防止孔內形成負壓,地下水涌入孔內造成孔壁坍塌。

不同地層注意控制鉆孔速度。鉆進過程,回轉斗的底盤斗門必須保證處于關閉狀態,以防止回轉斗內砂土或黏土落入護壁泥漿中,破壞泥漿的配比;每個工作循環嚴格控制鉆進尺度,避免埋鉆事故;同時應適當控制回轉斗的提升速度。回轉斗升降速度宜保持在0.75 m/s～0.85 m/s,提升速度過快,泥漿在回轉斗與孔壁之間高速流過,沖刷孔壁,破壞泥皮,對孔壁的穩定不利,容易引起坍塌。

2.3 鉆具配備

改進公司鉆機原有配備的直壁撈砂斗、挖泥斗,改用錐形體的撈砂斗和挖泥斗,側壁加焊導流槽,相應增加斗體中平衡孔的面積,在提升斗體過程中減少對孔底土體的抽真空作用(負壓),有利于鉆孔護壁,也利于斗體卸土。砂層鉆進和清孔采用撈砂斗,防止砂大量懸浮在泥漿中,造成沉渣過厚。黏性土、淤泥層和全強風化巖采用錐形挖泥斗防止甩土困難,以提高鉆進工效。

2.4 護壁措施

孔口采用鋼護筒護壁,護筒長度大于6 m,并配備相應的備用護筒。同時,護筒口應高出自然地面不低于30 cm,以防止表面水或地面漏漿、雜物等滑落孔中以及地面水流入,增加孔內靜水壓力以維護孔壁穩定,并兼起鉆進導向固定樁位作用。

鉆進過程中選用泥漿護壁的施工方法。在泥漿制備上我公司將采用優質膨潤土,集中制備泥漿,嚴格控制泥漿指標,保證整個工程的泥漿性能穩定,同時建立泥漿凈化處理系統防止泥漿惡化。

對遇到⑥層淤泥質土的樁孔,我公司采取軟泥層鋼護筒跟進的鉆掘方法(考慮到護筒起拔問題,護筒最多可加長至17 m),有效避免塌孔和縮頸的問題,達到保證成孔質量的目的。

根據地層的變化情況,施工過程中應隨時調整泥漿稠度,經常檢測和控制泥漿比重,保證泥漿性能符合護壁要求,防止地下水滲入孔內,造成塌孔。在淤泥層、全強風化巖中鉆進,因該層土自然造漿能力強,新制泥漿的稠度不應大于1.03,必要時注清水,砂層中泥漿適當調稠防止塌孔。

2.5 施工順序

本場地局部地層有流塑狀的淤泥層土,靈敏性高,易受擾動,在安排作業施工時,保證鉆孔孔距大于5倍樁徑。同時,保證鉆孔跳打,既有效利用已灌注完成樁體來減少對未完成樁體的影響,又防止混凝土澆筑串孔。

3 施工常見問題的原因分析與處理措施

3.1 鋼筋籠“主筋集束”

原因分析:在起拔護筒過程中,由于鋼筋籠凈外徑與護筒內徑間距較小,當一位置處鋼筋籠緊貼護筒內壁,護筒按同一方向快速旋轉時,鋼筋籠隨護筒一起轉動,使得鋼筋籠發生變形。

預防處理措施:鉆機在開始起拔護筒時慢速靜拔,然后應減小護筒驅動器轉動角度,減慢轉動速度,順時針、逆時針方向相結合(即順時針45°,逆時針45°相結合)拔動護筒;在鋼筋籠第一加勁箍位置內側增設一道加勁箍;此外,加勁箍筋直徑不宜小于14 mm。

3.2 卡鉆、埋鉆

原因分析:1)較疏松的流砂層、卵石層、流塑淤泥層,孔壁易發生大面積塌方而造成埋鉆。在鉆遇此地層前,應提前制定對策,如調整泥漿性能、埋設長護筒等。2)黏性土層一次進尺太深,孔壁易縮頸而造成卡鉆。所以,在這類地層鉆進要控制一次進尺量,如在15 m以深鉆進時,一次鉆進深度最好不超過40 cm。3)鉆頭邊齒、側齒磨損嚴重而無法保證成孔直徑,鉆筒外壁與孔壁間無間隙,如鉆進過深,則易造成卡鉆。4)因機械事故而使鉆頭在孔底停留時間過長,導致鉆頭筒壁四周沉渣太多或孔壁縮頸而造成卡埋鉆。

預防處理措施:1)直接起吊法,即用吊車或液壓頂升機直接向上施力起吊。2)鉆頭周圍疏通法,即用反循環或水下切割等方法,清理鉆筒四周沉渣,然后再起吊。3)高壓噴射法,即在原鉆孔兩側對稱打兩個小孔(小孔中心距鉆頭邊緣0.5 m左右),然后下入噴管對準被卡的鉆頭高壓噴射,直至兩孔噴穿,使原孔內沉渣落入小孔內,即可回轉提升被卡鉆頭。4)護壁開挖法,即卡鉆位置不深時,用護筒、水泥等物品護壁,人工直接開挖清理沉渣。

3.3 塌孔

主要是因為鉆進過程中不使用泥漿,或使用很少的泥漿,護壁效果差所致。為防止鉆孔坍塌,鉆進過程中應保持孔內水位適當高出地下水位,同時注意控制鉆斗的升降速度,避免壓力激動。

4 施工效果評價與總結

該工程采用旋挖工藝成樁4 300余根,工程量達90 000余立方米混凝土,最終檢測統計大小應變檢測全部合格,一類樁比例為95%,工期全部按甲方要求時間完成并有所提前。根據該成功的工程實例,充分體現了旋挖成孔工藝如下優越性:1)設備性能先進,自動化程度高,勞動強度低。2)鉆進效率高。3)成樁質量好,有利于單樁承載力的提高。4)鉆孔需泥漿少、環保程度高。

5 結語

通過本次施工總結,旋挖鉆機施工方法具有旋挖灌注樁打破傳統鉆孔工藝引入了高濃度、高密度的泥漿介質的成孔模式,有效避免因孔底沉渣和泥皮過厚導致承載力折減的質量通病,以其設備性能先進、自動化程度高、勞動強度低、鉆進效率高、成樁質量好、鉆孔需泥漿少、環保程度高等特點,成為現今灌注樁鉆孔施工技術的主導發展方向和主流。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術規范[S].

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