旋挖钻在城市轨道桩基础施工中的应用

1旋挖钻在城市轨道桩基础施工中的应用摘要：结合武汉轨道交通一号线二期工程Ⅱ标段钻孔桩施工实践，从性能、工艺、成本三个方面对旋挖钻机和回旋钻机两种成孔方法进行了深入的分析研究，表明了旋挖钻施工钻孔灌注桩工艺的优势，对以后同类型的市政工程的施工具有切实的指导意义。关键词：旋挖钻桩基础应用土建工程的基础结构有相当一部分采用钻孔桩。钻孔桩常用的成孔方法有旋挖成孔法及回旋成孔法，这两种成孔方法适用范围和条件不同，对市政工程施工中的工期、成本、质量的影响程度各异。旋挖钻因其施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等诸多优势，成为工程界钻孔桩施工的主要成孔设备。传统的回旋钻成孔，由于本身及钻孔工艺的原因，与先进的旋挖钻相比，其钻进效率、施工质量、环境保护及经济效益都有明显的劣势。1与传统钻机的性能比较1.1效率高本工程施工中同时采用两种钻机：一种是普通的回转钻机，一种是旋挖钻机。普通的回转钻机的移动方式为牵引平台、滑撬、液压步履等，移动速度慢或要依赖其它辅助机械。而旋挖钻机在工效方面有明显优势，其配置可自动行走的履带式底盘，使它行走时更快、更准[1]。旋挖钻利用钻机动力头下埋钢护筒，钻杆自动伸缩，钻进过程中不用拆装,节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，自动化程度高，工效明显提高。回转钻机如遇地下旧基础、孤石或太硬的岩石等地下障碍物就不能钻进，而旋挖钻机在上述情况下可用螺旋钻头处理，从而顺利成孔，同直径、长度的桩基，旋挖钻施工所需的时间为回旋钻施工时间的1/5左右。1.2准确性高旋挖钻采用全电脑控制，自身调整各项技术指标,保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等各项技术指标全部达到规范和设计要求。旋挖钻机可根据地层的软硬自动调整扭矩及钻进比例，不必依赖操作手的经验。钻机底盘可伸缩，并带有自动整平装置，可使钻机微动。在驾驶室内装有桅杆垂直度仪，钻塔垂直度及钻孔深度由电脑控制，使钻机在水平就位、垂直调平时具有非常高的准确性[2-3]。钻进过程中操作手可随时了解钻机的平稳状态，提高成孔效率、确保成孔质量。2与传统钻机的工艺比较2.1环境污染小目前国内的传统回旋钻机多采用连接钻杆形式，在钻进过程中采用泥浆循环方式，钻渣泥浆的混合物经过沉淀后泥浆又回到孔内不断的循环，钻渣不断被带到地面，尽管经过一段时间的沉淀，但渣土中仍有大量泥浆。而旋挖钻机采用动力头形式，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后利用旋挖斗快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，进而降低了施工成本，也改善了施工环境，成孔效率高。城市建设对文明施工、环境保护方面的要求愈加严格，传统回旋钻机面临着更大危机，而旋挖钻依靠它污染小的优势，现已占据了大部分市政桩基工程市场。2.2成孔效率高2旋挖钻机比传统回旋钻机的适应性更广泛，在硬土地层，由于传统回旋钻机自重有限，不可能给钻头施加更大进尺压力，只能靠钻杆、钻头的自重慢慢地磨。而旋挖钻由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆自重，因此钻进能力更强[3]。由于旋挖钻钻头直接从孔内提取岩土，故其钻进速度非常高。根据武汉轨道交通一号线二期工程的实际统计和测算,在软性粘性土地层中，旋挖钻机的钻进速度可达10～12m/h,回旋钻机的钻进速度可达1.2～2m/h,旋挖钻机的成孔速度是回旋钻的5倍～10倍。2.3可有效提高桩基的承载力旋挖钻成孔工艺与传统回旋钻机不同，旋挖钻在钻进过程中仅需要静压泥浆作护壁，泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不会形成厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径，成孔更规则。同时孔底沉渣少，易于清孔，有利于提高桩端承载力[4]。因此与传统的回旋钻孔桩相比，旋挖钻孔灌注桩的承载力要高，特别是摩擦桩。据有关资料报道，比传统的回旋钻孔桩的承载力要高约20％。3旋挖钻应用实例与成本分析武汉轨道交通一号线二期工程Ⅱ标段主体为区间桥梁和车站。区间桥梁和车站的基础设计为钻孔灌注桩，桩径有0.8m、1.0m、1.25m、1.5m、1.8m五种，桩长为55～60m不等，桩身经过的地层依次为软性粘性土、中细砂、粗砂砾石和强风化粉砂质泥岩。全标段桩基共有484根，由于工程量大、工期紧，施工单位除采用回旋钻机外，还使用了三台SWDM-20型旋挖钻机，实际施工中现场施工员、技术员以SWDM-20型旋挖钻机为主，对回旋钻、旋挖钻两种成孔工艺在纯工作时间内进行现场考察，进行对比得出以下结论：3.1工效桩长55m左右,回旋钻每根桩成孔时间约为27小时，旋挖钻每根桩成孔时间约为7小时，工效可提高4倍。3.2环保由于旋挖钻直接从孔内提取岩土，只需要少量泥浆护壁和清孔，大大减少了泥浆的需求和排放，减少了环境污染。回旋钻产生的渣土和泥浆约为桩体砼的2～2.5倍，而旋挖钻成孔由于泥浆可重复使用，排出的渣土仅为桩体的1.1倍，按武汉市泥浆外运45元/m3市场价，每m3桩体砼可节省费用约41～63元，环保效益明显。3.3人工费回旋钻每班配7～8人，每天三班可成孔1根桩（约55m），人工按44元/班.人计算，折合费用18元/m左右。旋挖钻每班配4～5人，每天三班可成孔4根桩(约220m),折合费用2.7元/m左右。两者相比，人工费用可降低约85％。3.4机械费根据市场情况，回旋钻租赁价格为1200元/天，以每天平均工作14小时计，每天可成孔29m左右，折合机械费约41元/米；旋挖钻租赁价格约为6500元/天，以每天平均工作14小时计，每天可成孔120m左右，折合机械费约54元/米。通过比较可知，旋挖钻机的机械费用高于回旋钻机约32％。3.5总直接费直径为1.0m的桩基，采用回旋钻成孔，总直接费约为417元/m，采用旋挖钻成孔，总直接费约为360元/m，费用可降低15.8％，其中总直接费所包含的工程内容为：钻孔、清孔、泥浆处理、砼浇筑等全部施工过程，不含钢筋制作安装及砼材料费用。4结语综上所述，旋挖钻施工钻孔灌注桩工艺在设备性能、环境效益、地质适应性、工程进度、3工程质量控制和施工成本上与回旋钻机钻孔工艺相比均具有较多优势。尽管一次性投入较大，但工效高、成孔费等经济指标比回旋钻机低，是一种理想的施工工艺。建议在有类似地质情况的地区进行钻孔桩施工时，优先选用旋挖钻机，只要现场组织合理，一定会按期或提前完成任务，为企业创造较好的经济效益。参考文献[1]刁志刚，困难底层中钻孔灌注桩应用旋挖钻施工新技术研究，西部探矿工程，2006年增刊，38页~～40页；[2]郭卫社何君茹，明挖基坑围护结构钻孔桩成孔工法应用实论，广东土木与建筑，2006年8月，第8期，35页~～37页；[3]李宏刚，公路桥梁钻孔桩采用旋挖钻施工工艺及施工组织安排探讨，西铁科技，2005年1月，第1期，44页~～45页；[4]朱育宏，旋挖钻机在广州地铁五号线潭村站围护桩施工中的应用，广东建材，2007年2月，第2期，20页~～24页；