含孤、漂石圓礫土層中樁基快速成孔施工技術(改)詳解

1、旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術中鐵隧道股份有限公司張傳軍摘要：樁基礎作為關鍵工序廣泛運用在各種橋梁工程中， 而旋挖鉆機因其效率高、污染少、靈活機動、功能組合多等特點，適應綜合發(fā)展的要求，在國內(nèi)外現(xiàn)澆灌注樁施工中占據(jù)主力機型的位置。 而在圓礫土層及碎卵石地層， 特別是含有孤石、漂石圓礫土層施工卻仍是一個不小的難題。本文就赤城白河特大橋為工程實例，對旋挖樁在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔的施工技術進行探討。關鍵詞： 旋挖鉆圓礫土層雙層筒鉆截齒撈砂鉆斗赤城白河特大橋一、前言隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展， 特別是現(xiàn)階段國家大力修建鐵路、 公路的時期，

2、各種復雜地層下的橋梁工程相繼建成， 而做為橋梁的重要組成部分樁基施工則是整個橋梁工程中的關鍵工序之一。旋挖鉆機因其效率高、污染少、靈活機動、功能組合多等特點， 適應綜合發(fā)展的要求， 在國內(nèi)外的現(xiàn)澆灌注樁施工中占據(jù)主力機型的位置，一般適用于黏土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分礫石、碎石的地層。雖然旋挖鉆機施工有諸多優(yōu)點， 但長期以來， 旋挖鉆機在圓礫土層及碎卵石地層，特別是含有孤石、 漂石圓礫土層施工仍是一個不小的難題。 鉆具及操作方法選擇不當，往往會造成進度緩慢甚至無法施工的情況。 筆者根據(jù)張?zhí)畦F路赤城白河特大橋現(xiàn)場施工實際情況， 針對赤城白河河道內(nèi)多年沖積形成的圓礫土層中夾帶大的

3、漂石、 弧石等特點， 在借鑒以往經(jīng)驗的基礎上， 通過對本橋的施工組織和研究探索，在此淺談“旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術”的一些問題。二、工藝原理及特點旋挖鉆通過鉆齒旋轉(zhuǎn)插入土層中，并將土塊擠趕入鉆斗， 鉆桿提升鉆斗， 帶出鉆渣。而含有孤、漂石的圓礫土層中，孤、漂石顆粒大小不均、形狀不規(guī)則、排列無規(guī)律， 鉆進時鉆齒難以插入到石塊間的孔隙中，鉆齒受力不均， 造成鉆機1旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術振動劇烈、鉆桿跳躍和鉆桿偏擺， 對孔壁的擾動很大， 孔壁極不穩(wěn)定， 容易塌陷。因此旋挖鉆在含孤、 漂石的圓礫土層中施工， 必須配備專用的鉆具來克服以上的施工難點。根據(jù)地層中礫

4、石大小、 密度和地層的硬度， 選取雙層筒鉆和截齒撈砂斗兩種鉆頭搭配使用， 雙層筒鉆可在圓礫土層中快速進行施工， 當遇較大孤石、 漂石和探頭石時，則更換截齒撈砂斗進行施工。雙層筒鉆是指在原來大直徑筒鉆內(nèi)部加入一個小直徑的筒鉆， 形成一個雙層結構，將整個筒鉆分割成兩個獨立的攜渣空間， 每個單元都為開放結構， 沒有斗底，在每個筒體上都焊接截齒， 截齒的布齒角度遵循硬巖鉆進的規(guī)律， 表面呈螺旋上升狀的導向條。 內(nèi)側(cè)的筒體直徑比外側(cè)筒體直徑小， 長度比外側(cè)筒體的長度大，形成外型上的臺階狀， 兩個筒體均與鉆頂焊接在一起， 保證整體結構的穩(wěn)定性和施工時的安全性。其在施工時主要是通過將鉆渣夾于筒體之間，攜帶出

5、孔，摒棄了常規(guī)撈砂斗的斗底， 大大提高了鉆機在施工時鉆渣進入斗內(nèi)的速度， 在鉆進礫石、碎、卵石地層時優(yōu)勢明顯。截齒撈砂斗是利用外側(cè)的截齒將孤石或探頭石削切后， 利用鉆斗轉(zhuǎn)動將削切后的石塊旋入斗內(nèi)，提升至孔外，連同鉆渣一起卸出。鉆桿則選用 “機鎖式鉆桿 ”，不但可用于軟地層， 也可用于強度較高地層的施工，如本文所探討的含孤石、 漂石等強度較高的圓礫土地層， 此種鉆桿一般制成 4 節(jié)， 13 節(jié)桿每節(jié)鋼管長 13m 左右，鉆孔深度可達 50m 左右。搭配兩種鉆頭，雖然是在含有孤石、漂石圓礫土層中施工，截齒磨損較快，但由于鉆頭拆裝方便，可在一套鉆頭施用時，對另一套鉆頭進行補焊或更換截齒，不影響鉆孔工

6、序時間，加快鉆進速度。由于鉆斗的刀刃是傾斜的， 會擾動孔底土層； 鉆進時鉆渣的回落也會沉淀于孔底；而旋挖鉆不通過漿液循環(huán)進行排渣， 為了減少清孔次數(shù)， 成孔工作完成后，要立即進行下一道工序， 也就是須立即下鋼筋籠并盡量加快下鋼筋籠的速度。 因此我們在鋼筋籠在樁位上的連接采用了直螺紋套筒連接， 摒棄傳統(tǒng)的綁條焊或者搭接焊，既保證了施工質(zhì)量又縮短了在樁位的施工時間，保證了快速施工。本工法適用于碎石土、礫石土、圓礫土及有漂石、孤石、地下水位較低地層各類工程樁基施工。2旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術三、施工工藝流程及操作要點3.1 工藝流程圖場地平整布置樁位放樣埋設護筒選擇鉆頭、鉆桿鉆機

7、就位制作泥漿鉆進成孔泥漿控制及使用驗孔深、孔徑、垂直度圖 3-1 旋挖鉆成孔施工工藝流程圖3.2 施工工藝流程施工前對工作范圍進行平整、電線電纜進行改遷、便道修整完善。在正式鉆孔前，采用全站儀對樁基進行精確放樣后埋設鋼護筒，埋設十字護樁，復測樁位。用水準儀對護筒標高進行測量，計算鉆孔深度。鉆機及機具選擇：針對當?shù)氐貙忧闆r，選用合適功率和扭矩的鉆機，每臺鉆機配備專用于礫 （碎）石層鉆進的雙層筒鉆兩套和鉆取孤石的截齒撈砂鉆斗一套，鉆桿選用“機鎖加壓式鉆桿” ，以達到較高的鉆進效率。鉆機就位：鉆機就位前，事先檢查鉆機的性能狀態(tài)是否良好，對各個部位進行試運轉(zhuǎn)， 判斷鉆機是否工作正常。 保證樁位附近地面

8、平整， 將鉆機開到樁位旁，調(diào)整鉆機，使鉆斗定位錐正對樁位標注點。鉆機停位回轉(zhuǎn)中心距孔位44.5m 間?，F(xiàn)場條件允許的情況下，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，這樣可以減小鉆機自重和提升下降脈動壓力對樁孔的影響。 檢查在回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)是否有障礙物影響回轉(zhuǎn)，檢查樁位土層是否堅實。當采用雙層筒鉆施工時，在圓礫石土層中鉆進比較平穩(wěn)，鉆進速度也較為均衡，當鉆桿出現(xiàn)強烈震動時， 則要考慮是否遇到孤石， 需根據(jù)實際情況更換截齒撈砂鉆斗， 將孤石削切后提出。 采用雙層筒鉆鉆進時， 單次鉆進進尺控制在 0.8m，鉆速控制在 8r/s 左右。采用截齒撈砂鉆斗鉆取孤石或探頭石時，鉆速控制在 19r/s 間，鉆進進尺則根據(jù)孤石或

9、探頭石的大小進行調(diào)整。旋鉆過程中，3旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術提升速度控制在20m/min 左右，不得超過 30m/min。3.3 施工注意事項循環(huán)泥漿池一般選擇23 個墩位樁基共用一個， 泥漿采用膨潤土制成，在鉆進過程中泥漿相對密度控制在1.21.4 范圍內(nèi)。施工前檢查好樁位的準確性，將樁位中點與鉆頭的中心位置反復確認后方可施鉆，鉆進過程中隨時檢查樁孔垂直度。鉆進過程中必須檢查鉆頭保徑裝置、鉆頭直徑、鉆頭磨損等情況，并對不符合要求鉆頭及時更換。成孔后需反復掃孔二次，確保孔徑及沉渣厚度滿足設計及規(guī)范要求。四、質(zhì)量、安全及環(huán)?？刂?.1 質(zhì)量控制施工前要仔細研究地質(zhì)情況，根據(jù)地

10、層選擇合適鉆機并配備適用該地層的鉆桿、鉆頭。護筒的埋設、 泥漿的制備、 鉆孔的清孔配有專人負責， 防止出現(xiàn)縮頸，夾層，歪斜等質(zhì)量通病。鉆孔前保證鉆頭尖端正對樁位中心。施鉆過程中經(jīng)常檢查桅桿垂直度。鉆進時，采用較低發(fā)動機檔位，轉(zhuǎn)速控制在8r/s 左右，不得超過 9r/s。提升速度控制在 20m/min 左右，不得超過 30m/min。鉆進到設計孔底位置后，在無進尺情況下繼續(xù)旋鉆35min，保證孔底沉渣清理徹底。認真做好施工記錄和各項原始記錄管理，做到完工資料齊全，并及時整理歸檔，成孔記錄做到一樁一表。4.2 安全控制嚴格按照旋挖樁機操作規(guī)程施工，對所有人員進行崗前安全教育培訓工。各工序做好交接，

11、填好交接記錄。定期對設備進行保養(yǎng)，特別是部件的潤滑、油路及電氣系統(tǒng)的檢查，對易損件配有充足的備用。當鉆桿震動比較厲害時，立即停止施鉆，分析原因，根據(jù)需要更換鉆4旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術頭或降低檔位及轉(zhuǎn)速，避免出現(xiàn)折斷鉆桿的情況。4.3 環(huán)保控制施工過程中，嚴格遵守國家和地方政府部門頒發(fā)的環(huán)境管理法律、法規(guī)和有關規(guī)定，接受相關部門監(jiān)督檢查。加強環(huán)境保護宣傳教育，學習環(huán)境管理體系文件、地方政府環(huán)保法規(guī)及相關規(guī)定，使作業(yè)人員認識到環(huán)境保護的重要性和必要性，增強環(huán)境保護的自覺性，提高全員環(huán)保意識，樹立預防為主，加強宣傳，全面規(guī)劃，合理布局，改進工藝，節(jié)約資源的環(huán)保理念。加強環(huán)境保護

12、檢查，制定獎懲制度，定期組織專項檢查，嚴格獎懲，查糾不足。棄渣、廢泥漿運至指定棄渣場，嚴禁任意棄渣。棄渣確保晾曬無灑落后方可采用運輸車輛運至棄渣場地。五、工程實例及推廣以張?zhí)畦F路赤城白河特大橋為例， 運用此技術成功的提高了旋挖鉆在含有孤石、漂石的圓礫土層中的鉆進速度，縮短施工時間，保證工期按計劃順利完成。赤城白河特大橋位于河北省張家口市赤城縣樣田鄉(xiāng)， 跨越白河，橋址區(qū)為山間白河沖洪積平原， 土質(zhì)為圓礫土，并由于白河多年沖刷， 土層中夾帶大量漂石、孤石。其中 1122 號墩共 240 根樁基采用旋挖鉆機施工，鉆孔孔徑 1.5m，樁長3842m，地質(zhì)情況為：表層 00.5m 表層土（ 0=100K

13、Pa），0.54.5m 為細圓礫土（0=400KPa650KPa），其下為粗圓礫土（ 0>650KPa），常有孤石、探頭石出現(xiàn)，孤石最大直徑超過 1m。采用此技術進行旋挖鉆施工，樁基施工時間從2012 年 4 月 15 日至 2012 年7 月 15 日，歷時 90 天，工期縮短 2 個月。平均成孔速度為4.5m/h，最快可達 8m/h，全部 240 根樁基檢測全為類樁， 保質(zhì)保量的完成了施工任務。 與沖擊鉆進行經(jīng)濟效益對比，比采用沖擊鉆節(jié)約成本約350 萬元。根據(jù)該施工技術在赤城白河特大橋的成功試用經(jīng)驗，將該工法推廣到同線上具有相似地質(zhì)條件的石窯溝特大橋和蔣家堡跨112 國道特大橋樁基施工上， 均取得較好的經(jīng)濟、工期效益。5旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術參考文獻：（1） GB/T21682-2008 旋挖鉆機 S北京，中國標準出版社，2008；（2） 李克釧編著基礎