钻孔钻机与旋挖钻机结合施工工艺

中交四航局第一工程有限公司施工工艺模块申报表（2012年度）工艺模块名称：旋挖钻与冲击钻结合施工工艺模块申报单位：横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道主要完成者：李科诚、杨振湘申报时间：2012年4月15日申报资料目录一、施工工艺模块申报表；二、施工工艺模块内容材料。工艺模块名称旋挖钻与冲击钻配合施工工艺模块主要完成单位横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道主要完成者李科诚、杨振湘工艺模块应用的工程名称及时间1、横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道2、3、工艺模块关键技术名称旋挖钻与冲击钻配合成桩施工工艺技术工艺模块关键技术获科技成果奖励的情况无工艺模块内容简述：随着我国经济的快速发展，国家对各种基建工程的大量投入，既工程质量、安全、成本后，工程的高效优质完成又成为了工程的又一目标。冲击钻机与旋挖钻机均应用于各种桩基础施工，工艺基本成熟，但是各有所长，冲击钻机优点：基本适合各种地质，缺点：施工功效不高；旋挖钻机优点：施工功效高，缺点：不能穿透第四系土层、卵石层等复杂地层。如何充分利用两种施工工艺的优点配合施工，是本文探讨的主要内容。关键技术及保密点：无技术水平和技术难度（与国内外同类技术水平比较）：行业先进、技术简单、适用性强工艺成熟、可靠性说明（工程应用少于2项时）：在东新高速S08标、横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道中进行应用。工艺模块应用情况及应用前景：经过在横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道桩基础的施工运用，其工效得到了肯定，2台旋挖机和14台冲击钻结合施工，一个月时间完成117根基础桩，总桩长达到8190延米（桩径φ1.5和φ1.2两种）。1效率高，施工成本低旋挖钻施工主要特点是施工效率高，施工成本低，所以先用旋挖后用冲击破碎岩层，可以缩短冲击在岩面以上地层中的工作时间差，此工艺特别适用于工期要求紧的工程项目。2精确度高旋挖钻机挖进过程中，采用全电脑控制，钻机可根据地层的软硬自动调整扭矩及钻进速度，加上钻机带自动调整水平装置及驾驶室内装有桅杆垂直度仪，能让钻机在钻进过程中，随时保证桩机水平及保证桩基垂直度，所以钻进过程中操作人员须随时了解钻机的平稳情况，根据仪表调整钻机，保证成孔质量。旋挖挖至岩面标高后，改用冲击钻进，冲击钻机也能保证垂直度及成孔质量。旋挖钻机与冲击钻机配合施工工艺探讨中交四航局一公司李科诚杨振湘1前言随着我国经济的快速发展，国家对各种基建工程的大量投入，既工程质量、安全、成本后，工程的高效优质完成又成为了工程的又一目标。冲击钻机与旋挖钻机均应用于各种桩基础施工，工艺基本成熟，但是各有所长，冲击钻机优点：基本适合各种地质，缺点：施工功效不高；旋挖钻机优点：施工功效高，缺点：不能穿透第四系土层、卵石层等复杂地层。如何充分利用两种施工工艺的优点配合施工，是本文探讨的主要内容。本文根据澳大海底专用隧道的现场实践和学习，总结出冲击钻机与旋挖钻机配合施工过程中，考虑质量、安全、效率三者合一的控制要点，形成一套完整的工艺模板，仅供现场现场工程技术人员学习参考，对今后该类型的施工提供可借鉴的文献资料。2工艺特点2.1效率高，施工成本低旋挖钻施工主要特点是施工效率高，施工成本低，所以先用旋挖后用冲击破碎岩层，可以缩短冲击在岩面以上地层中的工作时间差，此工艺特别适用于工期要求紧的工程项目。传统施工方法：冲击钻机直接冲进，冲进效率低，在未入岩前使用旋挖机替代冲击施工，相同直接的桩基如深度在50m左右，工作效率可提高5倍之多，如深度更深，工作效率将更加明显。2.2精确度高旋挖钻机挖进过程中，采用全电脑控制，钻机可根据地层的软硬自动调整扭矩及钻进速度，加上钻机带自动调整水平装置及驾驶室内装有桅杆垂直度仪，能让钻机在钻进过程中，随时保证桩机水平及保证桩基垂直度，所以钻进过程中操作人员须随时了解钻机的平稳情况，根据仪表调整钻机，保证成孔质量。旋挖挖至岩面标高后，改用冲击钻进，冲击钻机也能保证垂直度及成孔质量。2.3适用范围广泛冲击钻机与旋挖钻机配合，能应用到第四层土系及要求入岩的基础桩。3适用范围冲击钻与旋挖钻适用直径φ600mm以上的各类桩基础施工，由于旋挖机主要适用于填土层、淤泥层、黏土层、粘土层、砂土层及含部分卵石、砾石层，冲击钻适用于各种地层，主要作用体现在岩石层。由于两种钻机配合施工主要体现在功效方面，且考虑到旋挖机自重较重（一般在50t左右），则对场地要求较高，最好在填土层、淤泥层、黏土层、粘土层、砂土层较深，桩长较长（≥40m）且要求入岩的桩基工程中。4工艺原理冲击钻钻机主要由主副卷扬机、钻头、泥浆泵组等组成，主副卷扬机主要用于提升钻头、泥浆管、装、卸导管、砼浇筑，钻头用于岩层破碎，泥浆泵组用于泥浆循环护壁、排渣。基本工作原理是使用钻机自带卷扬机反复提升冲击钻头，利用钻头自重及钻牙破碎岩石，然后利用泥浆循环排渣成孔。旋挖钻机主要由行走装置、主机、连接架、桅杆、主、辅绞盘、动力头、钻杆、泥浆泵组组成。旋挖钻施工工艺原理：旋挖钻成孔工艺与其它机械桩基成孔工艺不同，成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，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，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。其中，旋挖钻工作时压力、扭矩传递顺序为：①压力：动力头油缸→动力头→钻杆→钻头→切削刀。②扭矩：动力头马达减速机→动力头轮毂→钻杆→钻头→切削岩土。由此可以看出，旋挖钻机的动力转变为施工所需的钻进压力和扭矩，而传输过程中的压力和扭矩的利用率则取决于钻杆和钻斗，且钻斗的关键参数是斗齿刃前角，选择不同的斗齿刃前角，其钻进效果不同。同时，由于旋挖钻机自重较大，钻进时也可依靠钻杆和钻头自重或加压切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；当遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层时，可通过加压油缸对钻杆持续加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土，其中加压原理是在动力头传递扭矩的同时，通过筒式主轴内壁的板牙与钻杆矩形键间的正压力所产生的摩擦阻力实现向钻斗加压。钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至孔外，拉动钻斗上的开关即可打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出，当钻斗内的渣土靠自重不易排出时，可反复旋转钻斗，利用钻斗旋转惯性将渣土排出；然后将钻杆向下，回转钻斗关好斗门，开始二次钻进。在挖进过程中，根据地质需求使用泥浆泵组往孔内抽满泥浆至护壁。两种钻机配合基本原理就是：使用旋挖钻机钻进到入岩标高后，调入冲击就位成孔，取各自优点弥补对方缺点，扬长辟短到达效率最大化。5施工工艺流程及工艺实施细则5.1冲击钻机与旋挖钻机配合成孔灌注施工工艺流程一般旋挖钻机钻进、冲击配合成孔施工工艺流程图如图5.1图5.1-1旋、冲结合施工工艺流程图5.2工艺实施细则5.2.1施工准备工作5.2.1.1平整场地、填筑便道一般地质段，先清除杂物及表层种植土，换填软土，并夯填密实；特殊地质段，如淤泥层，应根据现场实际情况打砂袋或者清淤回填干土、密实，钻机位置必须满足钻机要求承载力。使用大块石、粘土等填筑便道，便道填筑完成后，必须检测其承载力是否满足旋挖钻机平整场地、填筑便道钢护筒制作储备粘土、钻渣外运埋设护筒泥浆制备旋挖钻机就位、对中第一次清孔回填粘土、冲进取渣、成孔桩位放样钻孔至入岩标高移开旋挖机、冲击钻机就位报监理工程师验收成孔桩位复测安装钢筋笼测量沉渣厚度钢筋笼制做、运输安装导管第二次清孔钢护筒拔除泥浆池造浆配置水下砼配合比灌注水下砼泥浆比重、稠度、沉渣检验导管试拼及气密性检验制作砼试块行走要求。5.2.1.2桩位放样场地、便道满足施工要求后，根据设计桩位坐标，准确定出桩孔中心位置，且设置十字护桩，十字护桩根据钢护筒外边缘大小定，以便钢护筒埋设。5.2.2埋设护筒根据施工规范要求，钢护筒设计直径应比桩径大20~40cm，钢护筒壁厚根据护筒长度、直径而定，钢护筒长度根据现场地质情况定，钢护筒底部不能在淤泥层。钢护筒过长时必须使用振动锤施打，短护筒可以使用挖掘机配合钻机施打。在施打过程中，护筒中心线必须与桩位中心线重合，根据十字线位置定位下护筒，护筒施打完后，平面误差控制在5cm之内，垂直度不大于1%，一般护筒顶面应高出地面30~50cm，并且护筒顶部应高出地下水位1.0~2.0m，当孔内有承压水时，应高于稳定后的承压水位2.0m以上，如护筒有连接处时，连接处护筒内无突出物，应耐拉、耐压、不漏水。当护筒埋设完成后，进行桩位复测，满足规范要求后，报专业监理工程师检验，方可移机开孔。5.2.3泥浆制备旋挖机开孔前，必须配备好合适的泥浆。泥浆主要由水、膨胀土、碳酸钠等组成，在开工前，先试桩两根，根据不同地质情况确定泥浆比重、稠度。泥浆的制备需在钻孔附近设置临时造浆池、蓄浆池（根据桩长、桩径计算出所需泥浆，蓄浆池必须保证有足够的浆液），在蓄浆池内安设好泥浆泵，泥浆泵使用泥浆管与孔内相连，在旋挖机挖进过程中，随时补浆，使浆液在护筒顶以下1m~2m左右的位置。5.2.4旋挖机钻孔当以上工序完成后，旋挖机使用仪表对中开挖，边开挖出渣边灌注泥浆。钻进过程中注意事项如下：⑴确认地质情况。钻进过程中，技术人员应注意地质变化，一般每2m或根据设计提供地质资料所描述的地层变化位置取渣，判断地质情况是否与设计提供地质相符，做好记录，绘画出地质柱状图，同时根据实际情况，钻进速度选择合适的钻头型号或更换斗齿。因为冲击钻进尺过程中，所需泥浆比重较大，需预存部分泥土作为冲击泥浆制备备用，储存量根据桩长、桩径、入岩深度、旋挖挖进时泥浆比重等指标而定。⑵作业应连续，控制进尺速度。在施工过程中，根据地质情况，随时调整进尺速度。当软质地层变化至硬地层时，应减速慢进；在淤泥层或易缩孔地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩颈；对硬塑层，采用快速旋转钻进，提高钻进效率；中、粗砂层，应慢转慢进。⑶泥浆指标的调整。在挖进过程中，应根据地质变化，随时调整泥浆指标，特别是穿越砂层时，应加大泥浆比重和稠度，防止塌孔。⑷保证桩成桩质量。在钻进过程中，经常观察钻机上的水平仪是否水平，如有倾斜或位移，应及时调整。钻机钻至岩面后，应检查孔的垂直度，确保冲击钻施工时不出现斜孔。5.2.5冲击钻就位施工⑴回填粘土。冲击钻就位前，应根据实际情况，看是否需要把预存泥土回填部分(具体根据实际桩长而定），一般70m左右回填13~15m，用来修孔、制造泥浆护壁、出渣。泥浆指标应满足下表5.2.1.表5.2.1泥浆性能指标表泥浆新配制循环泥浆废弃泥浆检验性能粘性土砂性土粘性土砂性土粘性土砂性土方法比重（g/cm3）1.04~1.051.06~1.081.101.151.251.35比重计粘度（s）20~2425~3025355060漏斗计含砂率（%）3447811洗砂瓶PH值8~98~9881414试纸⑵冲击钻冲进施工要点。①钻机就位前，应对钻机进行检查和维修，完好后，安放好枕木，垫平钻机，保证在钻进和运行过程中不产生位移或沉陷，如有应及时找出原因处理。②根据实际情况确定钻头直径、重量。③按勤松绳（次数）、少松绳（长度）的原则进行冲进施工，且常检查钢丝绳的磨损情况，防止掉锤。④冲进应连续，并做好记录，不能中途无故停钻，如有机械故障停机时，必须保证孔内泥浆循环，以防塌孔。经常对钻孔泥浆进行检测，不符合要求随时调整，注意补充新拌的好泥浆，在整个施工过程中，泥浆损失较小，水头始终保证在2m左右，有效地防止孔壁坍塌及埋钻头现象发生，确保桩基成孔质量及速度。⑤钻进过程中，每进尺20cm~50cm捞取渣样，与设计地质核对，判若无误则记录表中，如与设计地质不符，应与设计单位联系，重新确认孔深。⑥在钻进过程中，如发现斜孔应停止钻进，回填大块石补救施工。⑦在冲进过程中，常检查孔径、孔位、垂直度是否满足要求，孔位、垂直度可根据十字线观察缓慢提钢丝绳时是否有偏差确定。⑧终孔必须经专业监理工程师、设计院地质工程师确认孔深及地质无误（保证入岩深度）后，方可进行下道工序。5.2.6终孔和第一次清孔经三方确认终孔后，使用探笼测定孔径、垂直度，探笼应大于钢筋笼100mm且不大于钻头直