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  • 旋挖鉆機培訓 — 就業

    施工方案

    2019-10-08 -
    特殊地基條件下樁基旋挖鉆機成孔施工工法

    特殊地基條件下樁基旋挖鉆機成孔施工工法

     

    1 前言

    隨著社會的發展,城市高層建筑不斷增多,鉆孔灌注樁運用在高層建筑樁基礎工程中日益增加,同時也促進了高層建筑鉆孔灌注樁施工技術的快速發展。近幾年來,旋挖鉆機鉆孔是灌注樁施工中一種較先進的施工方法,該施工方法主要特點是安全性好、施工效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少,適用于工期要求緊的工程項目,尤其適用于特殊地基條件下的樁基施工。在陽泉煤業集團綜合樓高層樁基施工中,由于工期緊、地下水位高、孤石多、地質條件復雜等特點,旋挖機鉆孔灌注樁發揮了充分的作用,同時使現場技術人員掌握了新技術,加快了施工進度,確保了工程質量。

    地質條件:陽泉地處太行山區,建筑地基多數不均勻,特別是高層建筑大多采用樁基礎。陽泉地區為桃河沖積成的河漫灘地貌,沖洪積層局部層位變化較大,在鉆孔所達深度范圍內,場地上覆地表表層分部薄層~厚層雜填土層,以下為厚層的砂類土、次生黃土、河卵石組成表層第四系堆積物覆蓋層,下伏為石灰系中統太原組煤系地層的基巖組合,場區構造為一單斜構造,巖層近水平,地層走向近東西向,傾向北。根據綜合樓建筑荷載特征,以及對地基的穩定性要求,本場地條件只能采用樁基礎,樁基需將樁端置于下伏穩定的基巖中。樁基需穿越厚層填土、水位以下厚層流砂層及風化基巖,施工難度大,特別是水位以下孔壁維護困難。

    考慮到本樁基工程地下水位低,因此不適合采用人工挖孔樁,而且本工程施工場地地處居民密集區,若采用沖擊鉆成孔,勢必會對周圍居民及建筑物造成影響。因此經過分析決定樁基的最佳施工方法為旋挖鉆機成孔。

    2 工法特點

        2.1技術先進

    旋挖鉆機操作由全液壓系統控制,能保證樁基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各項指標全部達到施工規范要求。該鉆機能鉆較深、較大樁孔,鉆機重心低,穩定性好,定位精準,精度高。鉆桿的豎直度及中心位置均由機上電腦控制。鉆機備有護筒,能有效防止塌孔、擴孔、縮孔現象發生,保證樁的質量。

        2.2施工簡便

    鉆機自帶動力和走形機構,在工地范圍內,能自行行走和移動,能快速校準水平和樁位。轉移工地時,可用拖車載運,鉆架和鉆桿組裝拆卸方便。

    2.2-1 陽煤集團綜合樓樁基所用挖機SR250R型技術參數

    SR250R入巖旋挖鉆機技術參數

    最大成孔直徑

    2500

    最大輸出扭矩

    260kN·m

    鉆孔轉速

    7-30rpm

    最大加壓力

    300/400 kN

    最大起拔力

    300/400 kN

    動力頭行程

    10000

    動力頭行走速度

    35m/min

    桅桿左右傾斜角度

    ±6o

    桅桿前傾角度

    5o

    主卷揚提升力(第一層)

    240 kN

    主卷揚鋼絲繩直徑

    28

    主卷揚提升速度

    70m/min

    輔卷揚提升力(第一層)

    110 kN

    輔卷揚鋼絲繩直徑

    20

    輔卷揚提升速度

    70m/min

    工作狀態寬度

    4490

    工作狀態高度

    22580

    工作狀態前/后回轉半徑

    5700/4100

    運輸狀態寬度

    3190

    運輸狀態高度

    3425

    運輸狀態長度

    16444

    系統壓力

    34.3MPa

    先導壓力

    4 MPa

    牽引力

    510 kN

    2.3施工效率高

    該鉆機適用不同地質情況,成孔效率高,約6h左右即可成孔,1天成孔3-4個,是本工程回旋鉆機成孔的5-6倍,且孔壁穩定性好,成孔后清孔徹底,施工進度快,因此使用于工期要求緊的工程項目。

        2.4施工經濟

    該鉆機成孔快,擴孔率小,噪音、振動程度低,故障少,且泥漿用量少,對周圍環境污染小,總的施工成本低。

    2.5環保特點突出,施工現場干凈。

    由于旋挖鉆機通過鉆頭旋挖取土,再通過凱式伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內再卸土。旋挖鉆機使用泥漿僅僅用來護壁,而不用于排碴,成孔所用泥漿基本上等于孔的體積,且泥漿經過沉淀和除砂還可以多次反復使用。目前很多城市在施工中的排污費用明顯提高,使用旋挖鉆機可以有效降低排污費用,并提高文明施工的水平。

    3 適用范圍

    旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業的施工機械。廣泛用于市政建設、公路橋梁、高層建筑等樁(大型樁)基礎施工工程,配合不同鉆具,適應于干式(短螺旋),或濕式(回轉斗)及巖層(巖心鉆)的成孔作業,旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活,施工效率高及多功能特點。旋挖鉆機適應我國大部分地區的土壤地質條件,使用范圍廣,基本可滿足橋梁建設,高層建筑地基礎等工程的使用。目前,旋挖鉆機已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。

    3.1從對地層的適宜性來講,既適用于粘性土,也適用于砂性土,還適用于強度不高的風化巖。
        3.2從鉆孔的方式來講,既可以濕鉆,也可以干鉆。
        3.3從鉆孔樁的類型來講,既可以鉆直孔,也可以鉆斜孔,最大樁徑可達2.5m,最深樁長可達100m。
        3.4從施工空間來講,不需要提供較大的工作面即可作業,這是其他鉆孔灌注樁所無法比擬的。

    3.5從環境角度來講,施工噪音低,不污染環境,適用于環境保護要求高的施工地區。

    缺點是對于流塑狀態的粘性土和松散的砂性土,必須解決泥漿問題,并慎重選用。

    4 工藝原理

        旋挖鉆機將整體自重置于可自動行走的履帶式底盤上,以自帶柴油發動機輸出動力來提供施工現場所需要的大功率電源,利用筒式鉆斗底部的斗齒,在液壓油缸的加壓下鉆進,切削土體,并壓入容器內,然后由鉆桿提出筒式鉆頭,至孔口后快速回轉倒土。護壁泥漿采用優質膨潤土、燒堿、纖維素等根據地質情況按一定比例配置而成,并隨著旋挖鉆進用泥漿泵持續注入孔內,起到靜壓護壁作用,以保證水頭壓力,如此反復循環完成成孔作業。成孔達到設計深度和質量要求后,安裝鋼筋籠和導管,灌注水下混凝土。旋挖鉆孔灌注樁的特別之處在于制備泥漿和補充泥漿,在鉆孔過程中,要制備符合性能指標的泥漿,同時要及時補充泥漿,以確??變人^壓力,防止塌孔。

    5 施工工藝流程及操作要點

        5.1施工工藝流程

    樁孔定位→旋挖機安設鋼護筒→拉十字線校核護筒中心與樁孔中心一致→實測鋼護筒頂標高→旋挖機鉆進,并記錄時間、深度、土質情況等參數→鉆進至設計深度附近時通知有關部門驗孔→如符合要求,則清孔,實測孔深,計算鋼籠長度。(如不符,則繼續鉆進)→安裝鋼筋籠和導管灌注水下混凝土

    5.2操作要點

    5.2.1樁位的測量放樣
        采用全站儀坐標法來進行樁的中心位置放樣,放樣后四周設護樁并復測,誤差控制在5mm以內。樁位用10mm、長度35-1000px鋼筋打入地面750px(四周填以水泥砂漿或混凝土來保護)作為樁的中心點,然后在樁位周圍做上標記,既便于尋找又可防止機械移位時破壞樁點。
        5.2.2埋設護筒
        護筒的作用為固定樁位,引導鉆頭方向,隔離地面水流入孔內,保證孔內水位高出地下水位或施工水位,增加水頭高度,保護孔壁不坍塌,確保成孔質量。
        ① 護筒的要求
        護筒選用整體式鋼制護筒,壁厚20mm,高度3m,內徑3000px。為了增加護筒的剛度,防止周轉使用中的變形,在護筒的上口和中部的外側各焊一道加勁肋。如果施工時地下水位較高,在施工前先用水平儀測出原地面標高、地下水位的高度,在埋設護筒時,護筒的頂端均高出地下水位2.0m以上,以增加孔內水頭壓力。
        ② 護筒的埋設
        在埋設護筒前,首先對場地進行平整,墊高、清除雜物。施工中,護筒的埋設采用旋挖鉆機靜壓法來完成。首先正確就位鉆機,使其機體垂直度、鉆桿垂直度和樁位鋼筋條三線合一,然后在鉆桿頂部帶好筒式鉆頭,在鉆頭的端部臨時連接一擴孔器,使成孔直徑可達3000px,深度略小于護筒的埋深,然后用吊車吊起護筒并正確就位,用旋挖鉆桿將其垂直壓入土體中,從鉆頭連接擴孔桿至鉆進挖深到安放好護筒僅需15分鐘。護筒埋設后再將樁位中心通過四個控制護樁引回,使護筒中心與樁位中心重合,并在護筒上用紅油漆標識護樁方向線位置。經確認護筒平面位置的偏差不大于50mm,傾斜度的偏差不大于1%,則將其四周用粘土填實,準備下一道工序的施工。
        5.2.3鉆孔



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    旋挖機鉆孔圖
        ① 鉆機就位
        旋挖鉆機底盤為伸縮式自動整平裝置,并在操作室內有儀表準確顯示電子讀數,當鉆頭對準樁位中心十字線時,各項數據即可鎖定,勿需再作調整。鉆機就位后鉆頭中心和樁中心應對正準確,誤差控制在50px內。
        ② 調制化學泥漿:化學泥漿調制的好壞是鉆孔樁施工是否順利的一個關鍵性指標,經過反復實驗,本樁基用泥漿采用優質膨潤土、燒堿、纖維素制成,其各組成成分性能和用量如下:
        膨潤土:主要成分為蒙脫石,分鈣土和鈉土,使用時加入純堿改造成鈉土用于配漿。他具有相對密度低、失水量少、泥皮薄、穩定性強、固壁能力高、鉆具回轉阻力小、造漿能力大等優點。
        燒堿(Na2CO3):調整泥漿的ph值,使其保證在810的偏堿性范圍內,以保證水化膜的厚度,提高泥漿的膠體率(穩定率)和穩定性,降低失水量,同時避免了因ph值過小而引起鉆頭銹蝕和粘土顆粒難于分解而降低粘度,也避免了ph值過大而引起粘土顆粒凝聚力減弱而造成裂解使孔壁坍塌。
        纖維素(cmc):增加泥漿粘性,使土層表面形成薄膜而防護孔壁剝落并有降低失水量的作用。
    鉆孔中化學泥漿性能指標和用量見下表5.2.3-1

    5.2.3-1化學泥漿性能指標和用量

    品名

    加量

    性能

    指標

    膨潤土

    3.5%

    比重

    1.031.08

    Na2CO3

    0.030.05%

    粘度(S)

    2327

    纖維素(cmc

    0.1%

    失水量(CC/30min)

    20

    泥皮厚度(mm)

     

     

    2.5

    PH

     

     

    710

    含砂量

     

     

    3%

    ③ 泥漿循環系統的布置
        根據現場實際情況,在每六排墩身中間場地設置一個造漿池和泥漿凈化、循環系統

    ④ 鉆進
        當鉆機就位準確,泥漿制備合格后即開始鉆進,鉆進時每回次進尺控制在1500px左右,剛開始要放慢旋挖速度,并注意放斗要穩,提斗要慢,特別是在孔口58m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度,如有偏差及時進行糾正,而且必須保證每挖一斗的同時及時向孔內注漿,使孔內水頭保持一定高度,以增加壓力,保證護壁的質量。同時,做好整個過程中的鉆進記錄,隨時根據不同地質情況調整泥漿指標和旋挖速度。在鉆孔過程中,根據不同的地質情況,主要用了以下四種鉆頭:挖土鉆頭、挖砂鉆頭、筒鉆、螺旋鉆頭。其成孔性能如下:

    1)挖土鉆頭:是最常用的鉆頭,在鉆頭底部有兩扇僅可向斗內方向打開的合葉門。當鉆進時,斗齒切削孔底土,經合葉門將土壓入斗中,當回次進尺完成提升鉆頭時,斗內的土在自重作用下將兩扇門關緊,防止土掉入孔內。出孔口后,通過鉆桿上壓盤擠壓鉆頭上彈簧螺桿,使合葉門打開倒出斗中土。

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     2)挖砂鉆頭:用于鉆進砂性土地層,也可用于孔底清渣,這主要是基于砂性土無粘結力而設計。
        3)筒鉆:整體結構與挖土鉆頭基本一樣,只是底部沒有封口。主要用于鉆取膠結巖層,與螺旋鉆配合使用效果更佳。

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    4)螺旋鉆頭:依靠螺旋葉片之間的空間收集從孔底切削的土體,主要用于鉆進膠結層,由小及大,循序漸進,達到破壞膠結層的整體性,從而達到進尺的目的。與桶鉆配合使用效果更佳。另外,對于粘性土,特別適宜干法鉆進。



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    棄渣外運與鉆進同步進行,每從孔內出幾桶鉆渣,就用裝載機及時的外運至棄渣場,以減少現場施工干擾,減少棄渣對樁孔的壓力,確保施工現場的文明和質量安全。

    6 材料與設備

    本工法無需特別說明的材料,采用機具設備見表6

                      6機具設備表

    序號

    機械名稱

         

    數量

    用途

    1

    旋挖鉆機

    三一SR250R

    2

    鉆孔

    2

    全站儀

    TC1800

    1

    樁定位

    3

    水準儀

    DS3

    1

    測護筒標高

    4

    鋼卷尺

    T12-3

    2

    測樁深度

    5

    裝載機

    ZL50

    1

    裝運渣土

    6

    挖掘機

    PC320

    1

    挖土、清泥漿等

    7

    泥漿泵

    3pn1

    3

    成孔排污

    8

    自卸汽車

    后八輪

    2

    余土外運

        7 質量控制

    7.1防止塌孔、提高成孔質量
        旋挖成孔灌注樁施工大多在第四紀松散地層,塌孔是灌注樁施工中最為常見的事故。主要原因有:泥漿穩定液選擇不當,護筒埋設不當,水頭壓力不夠等。預防措施有:鉆進前即選擇與地層相適應的泥漿穩定液護壁鉆進。護筒應埋置在穩定地層,周圍黏土搗實,埋設位置應與孔位同心。松散的粉砂層鉆進時,應適當控制進尺速度,輕進慢進。終孔后,做灌注混凝土準備時,應保證足夠的補水量。
        7.2 防止孔斜、保證樁孔垂直度
        孔斜產生的原因是鉆進松散地層中遇到較大圓滑孤石或探頭石,將鉆具擠離孔軸線,鉆具由軟地層進入硬地層或粒徑差別太大的砂礫層,鉆頭所受阻力不均,導致鉆具傾斜,造成孔斜?;蛘咩@機位置發生串動,或底座產生局部下沉使鉆孔傾斜。預防的措施是:用好泥漿穩定液,保持孔壁穩定,放慢鉆進速度,加固鉆機底座,提高地耐力,采用導向性好,桅桿剛性強的旋挖鉆機進行施工。

    7.3 防止黏土層縮徑、糊鉆

    黏土層具有較強的造漿能力和遇水膨脹的特性,鉆進時除應嚴格控制泥漿黏度增大外,還應適量向孔內投部分砂礫,防止糊鉆,鉆進時不宜用撈砂斗鉆進,應選擇擴孔器稍大的單底鉆頭鉆進。
        7.4 質量檢測手段
        7.4.1樁位偏移用直尺進行測量。
        7.4.2樁的成孔深度用測繩測量。
        7.4.3樁的垂直度用檢孔器測量。
        7.4.4泥漿比重用比重計測定,泥漿稠度用漏斗粘度計測定,含砂量用含砂計量器測定,沉渣厚度用測繩來相對測定。
        7.4.5樁身完整性和樁基砼質量采用探測器超聲波檢測。

     5-1 成孔質量標準

    序號

    項目

    允許偏差

    1

    孔徑

    不小于設計孔深

    2

    孔深

    不小于設計孔深

    3

    孔位中心偏心

    50mm

    4

    傾斜度

    1%孔深

    5

    樁底沉渣厚度

    200mm

    8 環保原理

    因旋挖鉆機屬低噪音、無振動環保型鉆機,在鉆進過程中噪音在65分貝以內,且在成孔過程中為原始土挖掘狀態,通過鉆斗提升直接裝卸在自卸土方車上,從而使成孔過程實現無泥漿排放。如挖掘的原始土含水率太大或呈流塑狀態,如果再配有現場流塑土減水固化處理裝置,對挖上來的流塑土進行減水固化處理后變成干土,然后通過自卸車進行裝運,滿足了城市環保要求。

    9 效益分析

    旋挖成孔灌注樁的施工方法具有施工質量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應性強,廢漿少、低噪音、污染小等特點。保護了環境,克服了機械成孔時孔底沉淤土多,樁側摩阻力低,泥漿管理差的缺點,極大地提高了施工質量。采用本工法施工的綜合樓樁基工程,平均每日成孔4根,大大縮短了工期,且成孔費用消耗等經濟技術指標比其他方法成孔費用低,是一種理想的施工工藝。贏得了業主、監理的一致好評,為我公司創造了良好的經濟效益和社會效益。

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                  陽煤集團綜合樓樁基施工圖

    10 應用實例

    陽泉煤業集團有限責任公司綜合樓:建筑面積為37857.3m2,地下二層,地上三十二層,鋼筋混凝土剪力墻結構,樁成孔采用了旋挖機鉆孔灌注樁施工,樁數122根,樁徑1000㎜(部分1500㎜),于2009103日開工,2009115日完成了全部灌注樁的施工。20091110日~20091120日由徐州中巖工程檢測有限公司對綜合樓3根灌注樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗以及122根灌注樁的樁基進行了低應變動力檢測,檢測結果全部滿足設計及規范要求。

    陽泉市盂縣150m高煙囪樁基礎。

    陽泉市上社煤礦拱橋樁基礎。

    陽泉市新澳城高層樁基礎。

    陽泉市南莊口5號橋樁基礎。

     


    本文由旋挖鉆機培訓整理提供。

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