全套管全回转钻机成孔与高精度无偏差钢立柱植入工法1

1盾安DTR全套管全回转钻机成孔与高精度无偏差钢立柱植入施工工法陈卫1、魏垂勇1、陈小青1、刘金1、沈秉南2（1、徐州盾安重工机械制造有限公司，徐州；2210002、中国建筑股份有限公司，北京，100125）1、前言由于我国土地资源日益紧张，城市高层建筑及轨道交通建设的高速发展，地下空间开发工程也在不断增长，规模逐渐扩大。目前，国内已开挖的工业建筑基坑最深达37.4m。在国外，地下室基坑已达13层，深度超过50m。深基坑支护施工方法很多，近几年在我国新型基坑支护技术普遍采用的是盖挖法中的逆作法，尤其是高层建筑、多层地下室和轨道交通地下车站等多层地下结构的施工。近年来我国客运专线与城市轨道交通共用的交通枢纽工程，地下空间多为负3至4层，深度一般为-25m至-32m，基本都采用逆作法施工。逆作法施工是在基坑内施作中间基础桩，基础桩一般采用钻孔灌注桩。灌注桩浇筑至基坑底标高后，在基础桩顶安装一根逆作施工的支承，上部施工荷载的永久性钢立柱。钢立柱垂直插入施工工艺是在逆作法施工中基础桩基与钢立柱连接的施工方法。常规的钢立柱安装是在基础桩混凝土灌注前安装一个与基础桩直径相同的钢套管，等浇筑的基础桩混凝土达到70%强度后，抽除钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混凝土至永久性钢立柱底标高，定位器安装完毕再安装钢立柱。该施工方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢立柱施工周期长达10～20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。针对本工程特点和关键问题,我公司在工程实践中，不断积累、总结经验，成功研制开发出采用全套管全回转钻机垂直插入钢立柱的工法，较好地解决了上述难题。2、工法特点2.1、施工特点1）全套管全回转钻机是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体的新型钻机。2）具有全回转套管装置，压入套管和挖掘同时进行。3）冲抓斗依靠吊机的大小与吊钩配合来完成对土层的冲挖作业。作业时，冲抓斗沿套管内壁自由下落，下落速度快，冲击力强，硬质地层可直接冲挖，且作业效率高；斗刃呈圆弧形，且斗体重，可实现水下冲挖；内置滑轮组，抓紧力随起吊力的增加而成倍2增加。4）在岩层用冲击锤反复冲击，破碎后用冲抓斗挖掘。由于该钻机具有强大的扭矩、压入力及刀头，可完成硬岩层中的施工作业，其可在单轴抗压强度为150~200MPa的硬岩层中顺利的施工。5）可以避免泥浆护壁法成孔工艺所造成的泥膜和沉渣，对灌注桩承载力消弱的影响。6）全套管全回转钻机通过压拔装置和主、副夹紧装置配合，把钢立柱快速植入桩孔混凝土中，效率高、质量好。2.2与传统施工方法比较全套管全回转钻机是一种机械性能好、成孔深度大、成孔直径大的新型桩工机械，集取土、进岩、成孔、护壁、吊放钢筋笼、灌注混凝土、植入钢立柱等作业工序于一体，效率高、工序辅助费用低的特点。在盖挖逆做法施工中全套管全回转钻机成孔与植入钢立柱一体化作业，与其它工法相比，成孔精度高，效率高，安全性高等优点。3、适用范围全套管全回转钻机成孔与钢立柱植入施工工法用于基础盖挖逆作施工，此工法适用于城市繁华地区、地层软弱、地基承载力较低条件下的大型地下工程施工。4、工作原理该施工方法先用全套管全回转钻机成孔，钻机动力由液压动力站提供，动力站提供动力带动回转马达转动，回转马达通过减速箱带动主夹紧装置，再带动套管回转完成切削的目的，压拔装置带动套管向下掘进，压拔装置重复压拔，完成套管持续下压的过程。钻孔完成后，植入钢立柱采用二点定位的原理，通过全套管全回转钻机上的主夹紧装置、压拔装置和副夹紧装置和定位板上套管固定装置，在基础桩混凝土浇筑后、混凝土出凝前将底端封闭的永久性钢立柱垂直插入基础桩混凝土中，直到插入至设计标高。（如图4.1，4.2）3图4.1图4.245、工艺流程及操作要点5.1、工艺流程图全套管全回转钻机钻孔浇筑基础桩混凝土，逐次拔导管和套管全套管全回转钻机植入钢立柱利用定位板抱紧钢立柱保证垂直度全套管全回转钻机就位对中，做好施工准备工作布置施工现场桩孔定位冲抓斗取土、套管钻进，直至孔底并吊装钢筋笼清孔并吊装钢筋笼安放、对接钢筋笼并吊装钢筋笼全套管全回转钻机移位拆除工具柱、定位板钢立柱内浇筑混凝土，桩孔回填55.2、操作要点1）、合理布置施工现场，清理场地内影响施工的障碍物，保证机器有足够的操作空间；2）、钻孔前使用全站仪采用逐桩坐标法施放桩位点，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内，待甲方或监理验收合格后方可进行成孔施工；3）、桩孔定位后，把定位板放在桩孔指定位置，定位板中心要和桩孔中心重合。再把全套管全回转钻机吊放到定位板上，同样钻机中心要与定过位的桩孔中心重合。然后安装全回转钻机一套辅件，钻机两侧各安装一件反力架和反力叉，反力架上放置配重块，反力叉在施工时，用履带吊履带挡住叉尾，防止机器在工作时因扭矩过大导致钻机摆动。接着安装钻具套管，用履带吊把套管吊放进全回转钻机中心孔里，启动夹紧装置，把套管夹紧，再调整好钻机垂直度后方可钻孔。全套管全回转钻机安装了自动调平装置，根据自动调平装置中的角度传感器采集的信号，反映到地面数据采集仪上的数据，来检测套管的垂直度，以保证桩孔达到要求的垂直度；4）、启动钻机，打开钻机回转动作，回转的同时把压拔装置往下压，达到掘进桩孔的目的，压拔装置达到压入行程后，启动副夹紧装置夹紧套管，同时松开主夹紧，再把压拔装置提起，恢复到压拔装置最大行程状态，再启动主夹紧装置夹紧套管，松开副夹紧，然后重复上述动作。当掘进到一定深度时，用履带吊吊住冲抓斗，把套管掘进的土、石抓出来。直到把整个桩孔清理干净；5）、成孔后，把钢筋笼吊放进桩孔里，钢筋笼下放至设计深度后，立即安装混凝土灌注导管，安装时避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。导管一般由直径为200～300mm的钢管制作，内壁表面应光滑并有足够的强度和刚度，管段的接头应密封良好和便于装拆。]开始浇筑基础桩混凝土，灌注的同时用全套管全回转钻机起拔套管，直至灌注至设计标高，此时应保证套管底端位于混凝土液面以下，以确保不塌孔。桩孔浇筑完毕后，利用全套管全回转钻机和履带吊配合拔出套管；6）、将钢立柱垂直吊起到全套管全回转钻机上，主夹紧和副夹紧油缸同时向下收缩，带动主、副夹紧装置中的楔块将钢立柱抱紧。吊装时，对于长度较长的钢立柱，为保证吊装时不产生变形、弯曲，一般采用主、副钩多点抬吊，将钢立柱垂直缓慢放入全套管全回转钻机上。钢立柱吊放进全套管全回转钻机，下入孔内至第一道法兰后，由全套管全回转钻机抱紧钢立柱，开始下放钢立柱时，由于钢立柱的自重，钢立柱能自由下入孔内一定深度。当浮力大于钢立柱重量后，由全套管全回转钻机将钢立柱抱紧，由压拔装置的压力将钢立柱下压插入孔内。当插至混凝土顶面后，重新复测钢立柱垂直度，此时再根据钻机上自动调平装6置中采集仪上的数据来检测钢立柱的垂直度。满足垂直度要求后继续下压，将钢立柱插入至混凝土中；7）、钢立柱安装完成后，钻机停止工作。让基础桩内的混凝土慢慢凝固，凝固时间不少于10h，在凝固的这段时间，全回转钻机定位板上的夹紧装置紧紧的抱住钢立柱，使得钢立柱的垂直度能够很好的得到保证，不会发生偏斜。这时可以把全套管全回转钻机用吊车移到其它地方继续施工；8）、钻机移位后进行钢立柱内的混凝土浇筑，浇筑至要求深度，当混凝土达到凝固强度后，用细沙填充钢立柱四周至柱顶，并将孔内泥浆排除；9）、当回填至柱顶标高后即可拆除工具柱和定位板，并回填砂石至孔口。6、机具配备该工法所需机具配备见表6.1表6.1序号名称规格型号数量用途1全套管全回转钻机DTR2005H1台钻孔和植入钢立柱2履带吊100T1台钻机移位，吊放抓斗、吊放套管及钢立柱3挖掘机0.9m³1台清理、平整场地4抓斗ZD1201件取土5套管TG1501套钻孔工具6工具柱GJ1501件作为插入钢立柱的工装7水准仪S31台高程测量8全站仪FTS4001台桩位放样7、质量控制7.1成孔成桩质量检验按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2000和现行国家行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008执行。7.2、桩孔允许偏差，见表7.2.17表7.2.1序号项目允许偏差备注1桩孔位中心线±10mm2桩孔径±5mm3桩垂度小于1/5004孔深+300mm7.2、钢立柱吊装、植入允许偏差见表7.2.2表7.2.28、安全措施8.1落实安全责任，实施责任管理1）建立和完善以项目经理为首的安全生产领导组织，建立健全的安全生产责任制度和安全生产教育培训制度，制定安全生产规章制度和操作规程，对所承担的建设工程进行定期和专项安全检查，并做好安全检查记录。保证本单位安全生产所需的资金投入。2）设立安全生产管理机构，配备专职安全生产管理人员。3）施工项目应通过安全资质审查，编制安全技术措施，特种作业人员应持证上岗。8.2安全管理制度及办法1）施工现场应贯彻“安全第一，预防为主”的方针。当生产与安全发生矛盾时候，生产必须服从安全。2）认真执行安全技术交底制度，每道工序，每个部位施工前都要有书面交底单，交底单的安全措施要结合实际，要求明确，使得每个施工人员详细了解安全技术措施，坚持班前讲安全，每周一次班组活动，查违章、查隐患，将事故消灭在萌芽状态，发现问题及时解决。序号项目允许偏差备注1立柱中心线和基础中心线5mm2立柱顶面标高和设计标高0mm～-20mm3立柱顶面不平度±5mm4各立柱之间的距离间距的1/10005各立柱不垂直度长度的1/10006各立柱上下两平面相应对角线差长度的1/1000，最大不大于20mm83)认证贯彻安全培训教育制度。入场后对全员进行一次普遍的培训考核。4）加强班组管理，坚持安全交班前安全讲话制度。加强安全值班，特种作业人员必须持证上岗，对决违章作业。5）施工现场的各种安全标示必须安全牢固，不得擅自拆移。施工人员进入场地必须佩带安全帽，，夜间施工要有足够的照明，车辆作业要派专人看守。工作中要保持精神集中，相互配合，相互照应。高空作业人员必须系安全带，传防滑鞋。6）施工现场应配备一定数量的安全防护装置及医药箱，严禁闲杂人员进入场地。7）认真贯彻执行建设部《施工现场临时用电安全技术规范》，采取三项五线制、两级漏电保护的用电措施。8）建立电气设备的巡视维修保养制度。对各类用电设备要经常进行检查遥测，不合要求的坚决停止使用，及时处理隐患并做好电工内业管理工作。9）施工完毕的桩，在孔上口盖上钢筋篦子或木板，以防止人员跌入。10）各种机械施工时，要有专人负责指挥，专人操作。11）设专职机械检修人员，对施工机械定期进行安全检查，保证机械安放稳定，防止倾倒。对刹车、卷扬及钢丝绳等易损部件应及时进行检查，发现问题，立即更换。8.3施工工序的安全控制8.3.1钻机、起重机运行的安全措施1）钻机、吊车组装、拆卸必须在空旷的地面进行，上空不得有高压线或障碍物，确保组装、拆卸、装车顺利进行。2）起吊重物时，确保控制所吊设备运行中的方向，以防止发生与钻机、吊车或其他物体发生碰撞事故。3）钻机司机、吊车司机、电工、电焊工、起重指挥工上岗时必须持有特殊工种操作证，随时接受有关部门的检查。4）实行定机定人定岗责任制非操作人员不得开机操作，严禁酒后操作。5）非机械人员和非电工，不得动用机械设备和电器设备。6）夜间指挥必须用明暗信号。7）起重臂活动范围内严禁站人，非工作人员严禁进入吊装区域，起吊要有专人指挥。8）作业人员必须熟悉桩机构造性能和安全操作知识，遵守安全操作规程。8.3.2刚进场的安全措施1）场内小型设备包括卷扬机、切断机、弯曲机等应有专人操作。92）场内使用的配电箱必须符合有关规定要求，设防雨棚，防止有害介质侵入腐蚀。3)卷扬机固定机身必须设牢固地锚，搭设防护棚。4）场内氧气瓶不得暴晒、倒置、平放、禁止沾油、氧气瓶和乙炔瓶工作间距不得小于5m,两瓶间焊距离不得小于10m。5）电焊机设独立开关，接地良好，焊把无破损，绝缘良好。6）电气焊操作人员，必须有正式操作证，才可以进行操作。8.3.3用电安全措施1）电气设备的安装严