限高條件下粘土地層鉆孔灌注樁鉆機(jī)選.doc

限高條件下粘土地層鉆孔灌注樁鉆機(jī)選型摘 要：為了保證地鐵車站施工進(jìn)度，本文結(jié)合合肥市軌道交通1號(hào)線望湖城車站圍護(hù)樁施工方案，針對(duì)現(xiàn)場應(yīng)用和分析的基礎(chǔ)上，探討了在限高條件下粘土底層鉆孔灌注樁鉆機(jī)選型，通過各種機(jī)型的比選，得到最佳機(jī)械配置，得以完成在限高條件下的圍護(hù)樁施工，確保了施工進(jìn)度，并在實(shí)踐中取得了較好的控制效果和良好的生產(chǎn)效益。關(guān)鍵詞：限高條件 鉆孔灌注樁 樁機(jī) 選型1工程概況望湖城車站位于望湖中路與廬州大道交口， 望湖中路修建于2005年，當(dāng)時(shí)工程范圍起點(diǎn)在望湖中路與廬州大道交口的切線位置，將交口預(yù)留廬州大道擴(kuò)建時(shí)實(shí)施，后廬州大道一直未擴(kuò)建，望湖中路與廬州大道也一直未貫通，道路K0+045-K0+140段兩側(cè)已作為棄土場使用，經(jīng)長時(shí)間的雨水侵蝕，棄土已侵占道路中間，經(jīng)現(xiàn)場勘查，現(xiàn)狀望湖中路除雨污水管道，可見入地電力、電信、架空的電力線，該地段有多條架空高壓電纜及架空的信息線接入附近的望湖城小區(qū)及民航家園小區(qū)，構(gòu)成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的高壓架空高壓網(wǎng)，這個(gè)架空高壓線給車站的圍護(hù)樁施工造成了極大的干擾，因此，在高壓線架空線的限高條件下合理的選擇鉆機(jī)型號(hào)來完成圍護(hù)灌注樁成了項(xiàng)目部首要的問題。2工程地質(zhì)條件望湖城站結(jié)構(gòu)底板埋深約為16.55m，基坑側(cè)壁土層自上而下主要為粉質(zhì)粘土填土層，粘土層層、粘土層。粉質(zhì)粘土填土層屬于人工堆積層（Qml），主要巖土工程特性為灰褐色灰黑色，松散稍密，濕飽和，以粉質(zhì)粘土為主，局部為耕植土，含灰渣、磚渣、碎石、植物根系，該層分布較連續(xù)。粘土層層屬于第四紀(jì)全新世沖洪積層（Q41al+pl），主要巖土工程特性為：褐灰色黃褐色，堅(jiān)硬硬塑，含氧化鐵、鐵錳結(jié)核、鈣質(zhì)結(jié)核及灰白色高嶺土，局部鐵錳質(zhì)結(jié)核富集，斷面光滑，干強(qiáng)度高。粘土層屬于第四紀(jì)晚更新世沖洪積層（Q3al+pl ），主要巖土工程特性為：灰黃色褐黃色，堅(jiān)硬硬塑，含氧化鐵、鐵錳結(jié)核、鈣質(zhì)結(jié)核、高齡土，局部鐵錳結(jié)核富集，斷面光滑，干強(qiáng)度高，局部夾粉質(zhì)粘土薄層。望湖城站基坑頂部的粉質(zhì)粘土填土層厚度約為1.8m，填土的成分復(fù)雜，力學(xué)性質(zhì)差異大，穩(wěn)定性差，施工過程中極易發(fā)生坍塌，施工時(shí)需及時(shí)支護(hù)，且須重點(diǎn)考慮；粘土層、粘土層具有弱膨脹潛勢，基坑開挖后，在膨脹土含水量發(fā)生變化、反復(fù)收縮變形條件下，容易在基坑邊坡部位形成淺層滑坡，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，造成邊坡垮塌，施工過程中同樣需要采取支護(hù)措施。3現(xiàn)狀調(diào)查望湖城車站周圍的地線及架空的高壓線進(jìn)行調(diào)查及測量，收集資料、整理和分析，集思廣益，共同討論，最后歸納出以下架空線的調(diào)查圖及調(diào)查表：序號(hào)類型電纜性質(zhì)與地鐵站關(guān)系電纜架空高度安全距離要求1電力機(jī)場專用高壓沿廬州大道南北向布置，橫跨車站主體11.5米不得小于1.5m2電力望湖城小區(qū)高壓架空電纜沿廬州大道西南方向布置，橫跨車站主體及1號(hào)出入口10.8米不得小于1.5m3電力華聯(lián)超市專用高壓架空電纜沿望湖中路東西向布置，橫跨車站主體和4#出入口10.5米不得小于1.5m4電力望湖中路入地高壓架空電纜沿望湖中路東西向布置，橫跨車站主體及4號(hào)出入口11.2米不得小于1.5m5電力民航飛行小區(qū)專用高壓架空電纜沿望湖中路東西向布置，橫跨車站主體10.5米不得小于1.5m6綜合信息廬州大道南北架空綜合信息線沿廬州大道南北向布置，橫跨車站主體6.5米不得小于1.5m望湖城車站架空線調(diào)查表從以上的調(diào)查表及圖中可以看到，6條架空線在較大程度上制約著整個(gè)車站的施工， 為了保證望湖城車站圍護(hù)樁的正常施工。4方案比選針對(duì)目前成孔鉆機(jī)類型繁多,同一地層采用不同類型的鉆機(jī)成孔,消耗的成本存在顯著差異,而鉆孔樁施工成本的高低在一定程度上會(huì)直接影響整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)成本。因此,如何從降低成本角度出發(fā),根據(jù)地質(zhì)條件選用鉆機(jī)類型就成為控制建設(shè)成本和施工質(zhì)量的關(guān)鍵。鉆機(jī)類型選擇合理,鉆探進(jìn)尺就快,工期就短,經(jīng)濟(jì)效益就好;否則,鉆進(jìn)速度難以確保,或者根本無法鉆進(jìn),造成施工成本加大,甚至虧損。因此,選擇鉆機(jī)前就應(yīng)充分了解各類鉆機(jī)的特點(diǎn)、性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù),并對(duì)現(xiàn)場環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)研。只有綜合分析各類鉆機(jī)的性能等各項(xiàng)指標(biāo),才能找到合適的、與現(xiàn)場施工環(huán)境相匹配的鉆機(jī),方能使成本控制在較理想范圍,達(dá)到效益、進(jìn)度、安全和質(zhì)量的平衡與統(tǒng)一。目前鉆孔樁施工采用的大都是大口徑鉆機(jī),常見的有3種類型。第1類是沖擊鉆機(jī),如沖擊鉆、沖抓鉆機(jī)等。根據(jù)沖錘的不同,沖擊鉆又分為實(shí)心錘和空心錘；第2類是回轉(zhuǎn)鉆機(jī),包括正循環(huán)鉆機(jī)和反循環(huán)鉆機(jī),依據(jù)配備的鉆頭的不同,又分為合金鉆、牙輪鉆和滾刀鉆等；第3類就是目前市場上應(yīng)用比較廣泛的旋挖鉆機(jī)。也是我們地鐵車站圍護(hù)樁最常用采用的鉆機(jī)類型，各類鉆機(jī)都有著各自不同的特點(diǎn),對(duì)各種施工環(huán)境都有著一定的適應(yīng)性和局限性。如何在限高條件下合理的選擇適合于該土層的鉆機(jī)類型是實(shí)現(xiàn)圍護(hù)樁的安全及快速的施工是我們研究的關(guān)鍵。以下是各個(gè)類型的鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：空心沖擊鉆空心沖擊鉆用沖擊錐進(jìn)行沖砸,提筒進(jìn)行撈渣,鉆具上下速度快,成孔后清孔換漿時(shí)間短,適用于黏土層、密實(shí)的砂層、圓礫層施工,但用于含粒徑大于15cm的卵石層和堅(jiān)硬巖石層鉆進(jìn)時(shí)則進(jìn)尺緩慢,而且沖擊錐易損壞。與之相反,在松散的厚度較大的砂層中,沖擊鉆在鉆進(jìn)時(shí),又很容易塌孔。其主要原因?yàn)闆_擊鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿比重不均勻,孔上部泥漿比重小,下部泥漿比重大,再加上清孔時(shí)用提筒頻繁上下?lián)圃?使松散砂層水位降低,產(chǎn)生水位差造成塌孔。實(shí)心沖擊鉆機(jī)適用于卵石層、堅(jiān)硬巖層的鉆進(jìn),由于錘頭重量大(一般為57t鑄鐵鉆頭),沖程長,落距大,在卵石層和堅(jiān)硬巖石中成孔效果較好;對(duì)于松散厚度較大的砂層,如果同時(shí)采用3PN型泥漿泵進(jìn)行循環(huán)排漿,護(hù)壁效果明顯,不會(huì)造成水頭降低,一般不易塌孔;但對(duì)于黏土層和密實(shí)砂層而言,其進(jìn)尺速度要低于旋挖鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的速度。正/反循環(huán)鉆機(jī)正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的特點(diǎn)是進(jìn)尺速度比沖擊鉆略快,但由于清孔時(shí)間長,特別是在鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖石層時(shí)必須配置滾刀鉆頭或牙輪鉆頭,所以成孔費(fèi)用要比沖擊鉆機(jī)高。反循環(huán)鉆機(jī)適用于黏土層和密實(shí)砂層,進(jìn)尺速度較快,不需要清孔,但在鉆進(jìn)粒徑大于10cm的卵礫石層時(shí)常會(huì)因吸水管堵塞而很難鉆進(jìn);對(duì)于厚度較大的松散礫層,由于礫層所含泥漿比重小,護(hù)壁效果不好,經(jīng)常造成塌孔;對(duì)于堅(jiān)硬巖石,必須配置滾刀鉆頭或牙輪鉆頭,鉆進(jìn)速度與正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)相似。旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)適用于黏土層和密實(shí)砂層,進(jìn)尺速度優(yōu)勢明顯,不需要清孔,無需大量制造漿液,因而排漿工作量大幅下降(一般為其他鉆機(jī)的1/31/4)。但其缺點(diǎn)是對(duì)于厚度較大的松散砂層在鉆進(jìn)時(shí)易孔,在卵石含量較大的卵石層鉆進(jìn)時(shí)速度慢,更不適用堅(jiān)硬巖石,而且設(shè)備價(jià)值遠(yuǎn)高于其他鉆機(jī)(一般價(jià)格為其他類型鉆機(jī)的20倍以上)，如果在鉆孔樁數(shù)量很少時(shí)使用,經(jīng)濟(jì)上不合理，成本較高。根據(jù)可鉆性進(jìn)行鉆機(jī)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選的同時(shí),鉆機(jī)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響、施工場地以及工期等因素常常也是影響鉆機(jī)選擇的主要因素。如某一地層為黏土層的鉆孔樁施工,根據(jù)可鉆性,可同時(shí)選擇沖擊鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)的任一種,但前2種都會(huì)產(chǎn)生大量泥漿,存在污水處理問題。為符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)要求,外棄泥漿的工作量相對(duì)較大,引起的費(fèi)用也較高。尤其是沖擊鉆的震動(dòng)在居住區(qū)直接影響居民的正常工作和生活,危及公用設(shè)施和臨近建筑物安全。在上述施工條件下,旋挖鉆產(chǎn)生的泥漿很少,噪音的指標(biāo)可滿足城市施工的要求,對(duì)于直徑1.0m、樁長30m的鉆孔樁而言,成孔速度是其他2種類型鉆機(jī)的310倍。以此相比,旋挖鉆機(jī)雖然單價(jià)偏高,但總體經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于其他鉆機(jī),因此根據(jù)本車站的地質(zhì)情況，應(yīng)優(yōu)先選用旋挖鉆機(jī)采用干作業(yè)成孔法來施工時(shí)最好的選擇之一。但是由于在高壓線下方施工，高壓線的架空距離地面只有10米左右，而旋挖鉆機(jī)的鉆桿則高達(dá)18米，因次在這種限高條件下采用旋挖鉆機(jī) 施工顯然已不滿足現(xiàn)場的施工，因此需要重新選擇鉆機(jī)類型來完成望湖城車站的架空線下的鉆孔樁施工。各種鉆機(jī)的現(xiàn)場施工方案驗(yàn)證：旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)是近年來發(fā)展最快的一種新型樁基成孔施工方法，它通過鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并液壓作為鉆進(jìn)壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土，通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。旋挖鉆機(jī)適用于各類粘土、粉土、密實(shí)砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層，借鉆具自重和鉆機(jī)加壓力，耙齒切入土層，在回轉(zhuǎn)力矩的作用下鉆斗同時(shí)回轉(zhuǎn)配合不同鉆具，適應(yīng)于干式（螺旋）、濕式（回轉(zhuǎn)斗）的成孔作業(yè)。旋挖成孔的施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，大大縮短了工期，廢漿少，低噪音，污染小保護(hù)了環(huán)境，克服了機(jī)械成孔時(shí)孔底沉淤土多、樁側(cè)摩阻力低、泥漿管理差的缺點(diǎn)，極大地提高了施工質(zhì)量。但是由于其鉆干長度過長，不滿足在限高條件下的施工，因此旋挖鉆機(jī)不能作為限高條件下粘土地層鉆孔灌注樁鉆機(jī)類型。 洛陽鏟洛陽鏟利用卷揚(yáng)機(jī)提升洛陽鏟，靠洛陽鏟自重及自由下落加速度閉合抓土，卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩提升至地面卸土，依次循環(huán)成孔。達(dá)到擴(kuò)底部分時(shí)，采用人工操作，擴(kuò)底時(shí)先挖樁身圓柱體，再按擴(kuò)底尺寸從上到下削土成形。洛陽鏟在施工中能夠真實(shí)反應(yīng)地質(zhì)層的變化，為樁端頭是否達(dá)到持力層提供直觀可靠的依據(jù)，確保了樁身完整。洛陽鏟鉆機(jī)的鉆架高度只有6米，從鉆機(jī)的施工高度來看，是可以滿足現(xiàn)場限高條件的，但是由于洛陽鏟達(dá)到擴(kuò)底部分時(shí)，采用人工操作，擴(kuò)底時(shí)先挖樁身圓柱體，粘土的土體在鏟斗內(nèi)無法快速的用人工翹出，造成了很大的時(shí)間和資源的浪費(fèi)，因次，洛陽鏟只是滿足了限高條件下的施工環(huán)境，但是不滿足粘土地質(zhì)的土層。洛陽鏟施工工藝示意圖現(xiàn)場洛陽鏟施工的照片沖擊鉆沖擊鉆機(jī)是一種比較傳統(tǒng)的鉆進(jìn)機(jī)具，依靠沖擊錘進(jìn)行沖砸，掏渣筒掏渣，上下往復(fù)沖擊將土石劈裂、砸碎，部分被擠入孔壁之內(nèi)，普通泥漿護(hù)壁。由于鉆具上下速度快,成孔后清孔換漿時(shí)間短,適用于黏土層、密實(shí)的砂層、圓礫層施工,但用于含粒徑大于15cm的卵石層和堅(jiān)硬巖石層鉆進(jìn)時(shí)則進(jìn)尺緩慢,而且沖擊錐易損壞。與之相反,在松散的厚度較大的砂層中,沖擊鉆在鉆進(jìn)時(shí),又很容易塌孔。其主要原因?yàn)闆_擊鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿比重不均勻,孔上部泥漿比重小,下部泥漿比重大,再加上清孔時(shí)用提筒頻繁上下?lián)圃?使松散砂層水位降低,產(chǎn)生水位差造成塌孔。實(shí)心沖擊鉆機(jī)適用于卵石層、堅(jiān)硬巖層的鉆進(jìn),由于錘頭重量大(一般為57t鑄鐵鉆頭),沖程長,落距大,在卵石層和堅(jiān)硬巖石中成孔效果較好;對(duì)于松散厚度較大的砂層,如果同時(shí)采用3PN型泥漿泵進(jìn)行循環(huán)排漿,護(hù)壁效果明顯,不會(huì)造成水頭降低,一般不易塌孔;但對(duì)于黏土層和密實(shí)砂層而言是非常適合的。由于沖擊鉆的施工機(jī)械高度為8米，對(duì)于限高的環(huán)境要求也是滿足施工要求的，因此在限高的條件下，采用沖擊鉆是對(duì)粘土土層施工灌注樁最好的鉆機(jī)類型。 5結(jié)論通過合肥市軌道交通1號(hào)線望湖城車站基坑圍護(hù)工程的施工來看，旋挖鉆機(jī)干作業(yè)施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快效率高，環(huán)保的特點(diǎn)，克服了沖擊鉆及循環(huán)鉆孔底沉渣多，泥漿管理差的缺點(diǎn)。雖然一次性投資高，但適用性強(qiáng)，最終經(jīng)濟(jì)效益還是遠(yuǎn)大于普通機(jī)械鉆機(jī)，是目前地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)中首選施工方法及圍護(hù)方式。 也將引領(lǐng)者地鐵圍護(hù)施工的未來。主