(泥浆护壁)旋挖成孔灌注桩的施工.doc
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----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (泥浆护壁)旋挖成孔灌注桩的施工 中铁十四局集团三公司 梁钊 周长进 王建文 272000 摘要: 本文扼要介绍了旋挖钻机泥浆护壁成孔混凝土灌注桩施工。概述中简明的历史性比较阐明了旋挖成孔的原理,也寓意于传统工艺与现代技术的结合方向。文中较大篇幅系结合工程实践,对旋挖钻成孔工艺特点做了介绍,特别是重点提出控制钻斗升降速度,关注钻斗与孔壁间水动力状态,减少泥水对孔壁的竖向冲刷及粘附作用,从而确保成孔质量。文中结合现场实际,提出了部分参数参考值,有可借鉴之处。 主题词: 旋挖 灌注桩 施工 1.概述 旋挖钻成孔施工法,又称钻头施工法或土钻施工法。据笔者了解它在国内有着悠久的历史,它在上世纪六十年代应用时:是采用人力推动十字扭杠作为旋挖动力,采用滑轮升降钻斗钻杆。下钻钻进时,增接钻杆节段,达到一定深度;提钻卸土时,减卸钻杆节段,使钻斗出地表。因而成孔速度慢,施工效率低。而正反循环泥浆护壁钻孔施工法作为新技术,具有主导地位还是后来的事情。现时随着机械技术的巨大进步,传统的工艺得到了继承发展,正是现代科学技术的巨大进步使它获得了新的生命力。 现时采用的旋挖钻成孔施工法,其成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边,镶焊切削刀具,在伸缩钻杆旋转驱动下,旋转切削挖掘土层,同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内,钻斗装满后提出孔外卸土,如此循环形成桩孔。现时一般认为:该方法成孔施工具有低噪音、低振动、扭距大、成孔速度快、无泥浆循环等优点;缺点是在粘性较大的粘土、淤泥土层中施工,回转阻力大,钻进效率低,容易糊钻。该施工法适用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵砾石层、软—中硬基岩等地层,桩孔沉渣少,孔壁泥皮薄,桩侧摩阻力发挥好。 常用的旋挖钻斗有圆锥底(锅底)式、多刃切削式、抓岩式等。它又分为泥浆护壁成孔灌注和干作业成孔灌注两类工艺。干作业成孔灌注工艺系采用套管跟进干式旋挖成孔,并边拔套管边灌注混凝土,施工工艺控制一般认为比较容易。相对而言,泥浆护壁旋挖成孔灌注工艺较复杂一些,笔者根据江苏宿(迁)淮(安)高速公路淮安南枢纽立交工程现场施工经验,特做总结分析如下,以期同行指正。 2.工程事例 淮安南枢纽互通式立交工程位于江苏淮安市清浦区武墩镇北侧,该标段长2.02Km,为宿淮高速公路与宁淮公路交叉,并与宁连高速、205国道相接而设置的。桥梁基础Ф1200mm、Ф1500mm钻孔灌注桩共590根。该地区为平原河网区,处黄泛区平原和淮河冲湖积平原地貌内,地势总体上较为平坦,属于黄淮平原中东部,是黄河冲积平原地貌的主要组成部分。工程址区人工河流、沟渠纵横交错,池塘星罗棋布,水田比邻。地表土质主要为河湖冲积、淤积形成,地表土质多为高液限粘土,具有膨胀性,局部路段有浅层软土,地下水位高。典型地质柱状图描述如下: 深度(m) 地质情况 0 —1.5 粘土:棕黄色,含钙质结核 1.5 —7.5 粘土:棕黄色,含钙质、铁锰质结核 7.5 —10.5 粘土:硬塑—半坚硬 10.5—21 粘土:棕黄色,铁锰结核增多,坚硬 21 —25.2 粘土:灰褐色,结核丰富,出现砂质 25.2—27.4 粘土:棕红色夹淡兰色条纹,结核丰富,含砂量增大,坚硬 27.4—29 姜石层:岩石肉红色,坚硬,岩石间夹杂粘土 29 —29.7 细砂层:褐黄色,主要成分为长石、石英,含少许砾石 29.7—31.6 中粗砂:褐黄色、灰黄色,含砾石 31.6—35 砂粘土:灰白色,夹褐色条纹,硬塑—半坚硬,含砾石 35 —39.7 砂粘土:灰白色,质地均匀,含铁锰质结核,坚硬,含砾石 根据工期要求与地质情况,现场共投入了TH14-35、HR180两种共5台全液压旋挖钻机。从现场使用效果看:设备易操作性突出、整机移动方便,施工进度快,旋挖成孔质量好,全部灌注桩均达到了A类桩标准。与同现场、同时施工的循环钻机相比较:单桩总能耗低;无(需要做处理的)大量废泥浆;特别是钻进速度快,是国产200型循环钻机的20倍以上。 3.施工工艺 全液压旋挖钻机整机自动化程度高,其水平、垂直度和钻孔中心由指示灯控制,操作室配置钻进深度指示仪。由于其工作效率高,施工过程自始至终,均应做好各方面协调配合,确保工艺流程的连续均衡。并应根据旋挖成孔的成孔原理及其工艺要点,抓好关键工艺过程控制。 3.1旋挖成孔(泥浆护壁)灌注桩施工工艺流程(见下图): 3.2钻斗升降速度 旋挖成孔与循环钻孔的成孔原理明显不同:循环钻孔的成孔是依靠泥浆循环护壁,依靠泥浆携带渣土沉淀于地表而实现;而旋挖成孔则靠钻斗挖装岩土直接提升卸到地表,护壁采用稳定液(泥浆)或套筒(主要是干挖工艺采用)。稳定液(泥浆)护壁情况下,问题的要点在于钻斗的升降运动会带动浆水运动,从而冲刷与粘附作用于孔壁。从水动力学的角度而论,边壁(水力学意义的,而非指孔壁)急剧变形发生边界层分离,引起能量损失,且边壁变形程度不可改变的情况下,即钻斗大小、形状无法可变,则控制钻斗升降速度,是很自然的选择。 钻斗钻进截面积A与钻斗外侧切削刀具回转的截面积a之比例A/a,随桩径增大而增大,提升钻斗时,泥浆在钻斗与孔壁之间的流动速度加快,并产生压力激动,易造成孔壁坍塌。因此需要根据不同桩径控制钻斗升降速度,且桩径愈大愈应加强控制。 钻斗截面积A与外切刀回转面积a之比A/a 钻斗升降速度参考值 桩径 (mm) 空钻斗升降(m/s) 装满渣土钻斗升降(m/s) 粘土 砂层 粘土 砂层 1200 1.0 0.8 0.65 0.5 1500 1.0 0.8 0.55 0.4 3.3稳定液(泥浆) 旋挖成孔采用稳定液(泥浆)护壁工艺时,为保证孔壁稳定和孔底沉渣符合设计要求,需采用优质化学泥浆护壁。旋挖作业时,保持泥浆液面高度,以形成足够的泥浆柱压力,并随时向孔内补充泥浆;而灌注混凝土时,宜适时做好泥浆回收,以再利用并防止造成环境污染。 本工程配浆材料及配比为:水:膨润土:碳酸纳=1:0.04:0.0002 配制程序为:水 膨润土粉 碳酸纳 性能:粘度18—22秒,比重10.5—11.5,含砂率<2%,PH=8—9 成孔后泥浆指标基本如下: a) 24小时后泥浆指标: 底部 比重: 1.07 粘度: 19 中部 比重:1.065 粘度: 19 顶部 比重:1.06 粘度: 19 b) 泥浆流失量: 终孔8小时泥浆面下降20—25厘米;终孔16小时泥浆面下降30—35厘米。 c) 泥浆的粘着力:采用18米长螺纹钢放入成孔泥浆中,24小时后取出未发现有粘着泥浆。 3.4旋挖作业其他要点 尽可能根据地层正确选择钻斗类型结构,软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大;硬土层则选用较大切削角、较窄的弯曲齿套;粘土层的齿间距宜大些,以免糊钻。 钻进硬层,回次进尺深度太小,斗内钻渣太少时,可换用小直径筒形齿状钻斗,先钻一小孔,然后再用钻斗扩孔钻进。也可换用短螺旋钻钻进或松动硬岩土层,然后再下钻斗捞渣。现场钻进姜石层时,我们即采用短螺旋钻钻进又反转回钻,以减少对孔壁挠动,起松动作用。 钻进砂砾石层,为保证孔壁稳定可事先向孔内投入适量粘土球;下入孔内的钻斗,装闭合阀板,以防提钻时砂砾石从底部漏落。 3.5清孔 旋挖钻进至设计终孔标高后,将钻斗留在原处继续旋转数圈,将孔底虚土尽量装入斗内,起钻后仍需在孔底虚土进行清理。下入钢筋笼后,再测孔底沉渣是否超标,如超标则进行二次清孔。从工程实际看,一般成孔24小时后,沉渣厚度为25厘米左右。 4.现场管理 诚然,全液压旋挖钻机设备自动化水平高,但同样离不开有效的现场管理。首先要重视施工的前期准备工作。特别是由于设备自重较大,总动力大,现场桩位的地基加固是一个重要的问题。其次,应重视现场的各项检测与记录,特别是地质层的判定与记录。由于钻进快,而各种资料是迅速调整其各工艺细节的当然依据。另外,钻斗升降速度的严格管理,稳定液(泥浆)的管理,钢筋笼及混凝土的作业管理都是现场管理的重点。 5.几点体会 通过泥浆护壁旋挖成孔灌注桩的施工实践,笔者深有体会: 1.现时旋挖成孔法,不仅具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点,硬土地质条件下,单桩总能耗也较小。由此,可推论其推广前景极佳。 2.泥浆护壁旋挖成孔施工中,根据桩径与地质层情况,控制钻斗升降速度是成败的关键。 3.旋挖钻机作为现时性能突出的新设备,在使用时应做好相配套的现场管理,方可使其性能得到充分发挥。 4.旋挖成孔法,现时能再领风骚,可谓是传统工艺与现代科技结合的典范,确有方法论意义。- 配套讲稿:
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- 泥浆 护壁 旋挖成孔 灌注 施工
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