旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制

旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制1/13旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制摘要：近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。在宁杭客专南河特大桥桩基施工中发挥了充分的作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加块了施工进度，确保了工程质量。关键字：旋挖钻机宁杭客专桩基工程工艺及控制1.前言旋挖钻机的英文为RotaryDrillingRig，旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的，第二次世界大战前，美国CALWELD首先研制出回转斗，短螺旋钻机。二十世纪五十年代，法国BENOTO将全套管钻机应用于桩基础施工，而后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式。旋挖钻机因其具有装机功率大，输出扭矩大，轴向压力大，机动灵活、施工效率高、环保等特点，配合不同钻具，适应我国大部分地区的地质条件，成为适合建筑桩基工程中成孔作业最理想的施工机械。随着高速铁路的迅速发展，钻孔灌注桩运用在路桥基础工程中日益增加，在大中桥梁中的运用显得越来越重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。在宁杭客专南河特大桥桩基施工中发挥了充分的作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加块了施工进度，确保了工程质量。2.工程概况南河特大桥位于溧阳境内，地处河网化地区，水系流域非常发达，几乎是鱼塘和河流，河流属于太湖流域南溪水系，南溪水系发源于苏、浙、皖三省交界处的界岭，溧阳市南溪的主要源流之地，以南河、中河、北河为干流。旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制2/13本桥主要跨越新北河（VII级航道）、老北河（等外级航道）、中河（VI级航道，规划V级航道）、南河（IV级航道，规划III级航道）等既有航道四处，水西线、扬溧高速、239省道、104国道、宁杭高速联络线等既有公路五处，甬宁石油管道三处、川气东输管道一处。桥梁中心里程：DK82+377.568。起讫里程DK75+212.93—DK89+542.205，全桥长14329.3m。全桥有（32+48+32）m连续梁2座，（40+64+40）m连续桥梁2座，（40+56+40）m连续桥梁2座，（48+2×80+48）m连续桥梁1座，（48+80+48）m连续桥梁1座，其余孔跨均为标准跨度24m、32m预应力混凝土简支箱梁。桥梁下部结构基础采用直径为1.0m、1.25m、1.5m、2.2m钻孔灌注桩基础。3.设备特点本项目部用于桩基施工的旋挖钻机是山河智能SW21型、SW22型以及SW25型旋挖钻机。其中：SW21型旋挖钻机最大扭矩210KN.m，最大旋挖速度6-26rpm，发动机额定功率242KW，最大钻孔直径1500mm；SW22型旋挖钻机最大扭矩220KN.m，最大旋挖速度6-26rpm，发动机额定功率242KW，最大钻孔直径1500mm；SW25型旋挖钻机最大扭矩248KN.m，最大旋挖速度6-32rpm，发动机额定功率250KW，最大钻孔直径1800mm。这几种旋挖均适用于粘性土、粉质土、砂土等土层施工。钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。4.工程施工4.1施工方案确定本项目部承接了南河特大桥227#—280#墩台以及320#—330#墩台的桩基施工。根据该桥址处地质情况、施工工期要求紧、施工场地受到限制、环保等因素，227#—252#墩台以及259#—265#墩台大部分的桩基施工是由旋挖钻机完成，其它桩基的施工则由冲击钻机完成。4.2施工准备施工图纸的会审，测量放样，现场技术交底，施工场地平整，机械设备、材旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制3/13料的进场。组织施工人员对施工现场进行深入的调查和研究，收集与施工相关资料，采用合理的施工组织方法，使桩基施工保持连续、均衡、有节奏地进行。机械设备投入旋挖钻机3台（山河智能SW21型、SW22型以及SW25型旋挖钻机），配备泥浆泵，16—25T汽车吊3台，PC200型挖掘机三台等设备。4.3施工工艺4.3.1机械就位、护筒埋设施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位（护桩），并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。护筒埋设：护筒由厚度4－6mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100mm，每节护筒长度1.5-3.0m，上部宜开设1-2个溢浆口，护筒埋设时至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。旋挖钻机在埋设护筒时，应由挖掘机和人工进行辅助配合，护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。调整完毕后，护筒下端侧面应用粘土压实以避免护筒下沉。护筒埋设完毕应当用挖掘机自护筒溢浆口挖出一条排浆沟，沟的规格应当足够造孔和浇注时的泥浆排放，从而避免泥浆外泄。4.3.2泥浆调制钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。按照规范，除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。泥浆护壁旋挖钻机成孔应配备成孔和清孔用泥浆及泥浆池（箱）,在容易产生泥浆渗漏的土层中可采取提高泥浆相对密度，掺入锯末、增黏剂提高泥浆黏度等维持孔壁稳定的措施。泥浆制备的能力应大于钻孔时的泥浆需求量，每台套钻机的泥浆储备量不应少于单桩体积。由于本施工段地基岩土中粉质黏土、泥质砂岩居多，且地面水位较高，故调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制4/13造孔时泥浆相对密度：1.10-1.25，粘度：18－22s，含砂率≤8％，泥皮厚度：＜2mm，PH值：大于7。灌注砼前泥浆相对密度：小于1.10，粘度：17－20s，含砂率≤2％。施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。4.3.3钻孔施工旋挖钻机施工时，应保证机械稳定、安全作业，必要时可在场地辅设能够保证其安全行走和操作的钢板或垫层（路基板）。旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点，钻斗倒出的土距孔口的距离应大于6m，并应及时清除。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况，并清除钻斗上的渣土。旋挖钻机钻孔达到设计深度时，应采用清孔钻头进行清孔，泥浆指标和孔底沉渣厚度应满足规范要求。4.3.4改善钻斗护壁能力旋挖钻机施工初期，提升料筒时，发现提升力显著增大，有孔壁颈缩现象。经过详细分析，由于筒式钻斗完全无护壁作用，在提升钻斗时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩现象。因此，必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁上加焊4块双曲面护壁钢板（或增设导流槽），两两对称布置，为防止升降时碰怀孔壁，钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场（259#-263#墩台）实践得知，改善后的钻斗在提升过程中液压系统压力显著减小，钻孔颈缩现象明显得到改善。4.3.5控制钻进、提升速度(1)旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制5/13(2)若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75－0.80m/s。当钻进至粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。（3）本施工段大部分墩台施工过程中，当旋挖机造孔至30m以下地层时，该地层泥质砂岩导致钻斗钻进进尺缓慢。此时，可更换螺旋钻头进行钻进，同时使用钻斗进行掏渣，从而加快钻进速度；也可对钻斗底部斗齿进行改进，改装子弹头式斗齿，增强对硬质地层的适应能力，从而提高工作效率。在227#墩台施工过程中，SW21型旋挖钻机在未处理钻斗时，成孔时间为30-40小时/孔，改进钻斗后，成孔时间缩短为8-10小时/孔，大大提高了工作效率。4.4清孔钻孔达到图纸规定深度后，且成孔质量符合图纸要求并经监理工程师批准，应立即进行清孔。清孔主要采取换浆、掏渣的方法。清孔时，孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5～2m，以防止钻孔的任何塌陷。清孔时，应将附着于护筒壁的泥浆清洗干净，并将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除。清孔次数按图纸要求，清孔后孔底钻渣沉淀厚度除图纸特别说明外，其余应不大于5cm，不得用加深钻孔的方式替代清孔。对于冲击钻进，可在清渣前，投入水泥1～2袋，通过钻头低冲程的反复冲拌数次，使孔底泥浆、钻渣和水泥形成混合物，然后以掏渣工具的方式掏出。然后，用一根水管插到孔底注入高压水，使水流将泥浆冲稀。泥浆比重逐渐降低后向孔口溢出。达到要求，方可停止注水清孔。在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉渣厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。清孔必须达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s；浇注水下混凝土前孔底沉渣厚度，柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm。严禁用加深孔底深度的方法代替清孔。旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制6/13钻孔桩成孔检测项目及要求序号检测项目要求1地质情况符合设计要求2孔径不小于设计孔径3孔深不小于设计孔深，并进入设计岩层4孔型符合设计要求5倾斜度1%6孔位中心≤50mm4.5钢筋笼制安⑴、钢筋质量、存放要求①、钢筋进场必须有相应的出厂合格证，并按规范要求进行抽样检查、试验，试验合格后方可在工程中使用。钢筋按相应国标有关规定进行屈服强度、抗拉强度、延伸量和冷弯试验。钢筋直径超过12mm时，进行机械性能及可焊性能试验。②、进场后的钢筋每批（同口种、同等级、同一截面尺寸、同炉号、同厂家生产的每60t吨为一批）内任选三根钢筋，各截取一组试样，每组3个试件，一个试件用于拉力试验（屈服强度、抗拉强度及延伸率），一个试件用于冷弯试验；一个试件用于可焊性试验。如果有一个试件试验失败或不符合要求时，另取两个试件再做试验。如果两个试件中有一个试验结果仍不符合要求，则该批钢筋拒收。③、钢筋按不同钢种、等级、牌号、规格及生产厂家分批验收，分别堆存，并立牌以便于识别。④、钢筋原材料贮存于工地钢筋加工厂钢筋存放区，钢筋原材料存放时必须放置于地面以上0.5m的平台、垫木或其他支承上，并采取使钢筋不受机械损伤及由于暴露于大气而产生锈蚀和表面破损的保护措施。使用时的钢筋无灰尘、锈蚀、松散锈皮、油漆、油脂、油污或其他杂质。⑵、钢筋笼加工制作钢筋笼在钻进过程中提前进行加工制作，吊放时接长，钢筋笼在现场进行绑扎与焊接，主筋与加强箍筋全部焊接，以增加钢筋笼的刚度，钢筋笼接长主筋采用直螺纹套筒连接，接头互相错开，错开距离不小于35d，且保证同一截面内接头数目不超过钢筋总数的50%。所有钢筋的截断及弯曲均在工地现场内进行。钢旋挖钻机在宁杭客专桩基工程施工过程中的工艺及控制7/13筋按图纸的形状尺寸进行弯曲，采用冷弯法加工。钢筋笼加工制作在施工现场进行，采用钢筋调直机调直，M-40切断机切断，GRR-40弯曲机弯制成型。钢筋调直及弯制前必须表面洁净，无油污、浮皮和鳞锈；在调直、弯制时，不得损伤钢筋（表面伤痕不得使钢筋截面积减少5%以上）。凡施焊的的各种钢筋均应有材质证明书及试验报告