ZZA30型烏卡斯沖擊鉆在復(fù)雜地層的應(yīng)用

1、土力學(xué)及巖土工程新進(jìn)展浙江寧波2004ZZA- 30型烏卡斯沖擊鉆在復(fù)雜地層的應(yīng)用施A1許本林2(1 2&州房地產(chǎn)聯(lián)合開發(fā)有限公司，溫州325000;2浙南建設(shè)集團(tuán)，溫州325000)損 豪對(duì)ZZA-30®沖擊鉆與GPS-15型回旋鉆及簡(jiǎn)易沖擊鉆的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比,并詳細(xì)分析了 22A-30®沖擊 鉆機(jī)的成孔性能和主要技術(shù)參數(shù)及其施工槪程特點(diǎn)和在施工應(yīng)用中存在的主要問題及原因。認(rèn)為ZZA-30®沖擊鉆在溫 州山邊中風(fēng)化央層及江濱路砂卵石這類復(fù)雜地層中的應(yīng)用占有明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。通過在詛卅松臺(tái)大廈地塊樁基施工中 ZZA-30M沖擊鉆的應(yīng)用實(shí)例，證明此類復(fù)雜地層

2、中應(yīng)用ZZA-30fi沖擊鉆機(jī)可取馮良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。一、工程概況溫州市松臺(tái)大廈高層寫字摟工程位于溫州市松臺(tái)山南麓，信河街與人民路交叉口。該工 程由浙江省建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，總建筑面積32046n?,設(shè)計(jì)樓層23層，高度88.9m,地下室一層。 該工程樁基礎(chǔ)沒計(jì)采用鉆孔灌注樁，總樁數(shù)245根，其中機(jī)000樁18根,0800樁141根沖700 樁86根。設(shè)計(jì)為端承樁，要求樁端進(jìn)入-3層中風(fēng)化基巖lm。本工程勘察由溫州市勘察測(cè)繪研究院完成，根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地范圍內(nèi)所涉及土層為: 層雜填土，層厚0.33.5m;層黏土，層厚01.5m；-1層淤泥，層厚3.515.5m;-2 層於泥質(zhì)黏土，流軟塑，層厚0

3、&2m;層粉質(zhì)黏土泥碎石，局部有直徑大于5m的孤石; -1層全風(fēng)牝凝灰?guī)r，層厚5.5403m,局部夾層有較多中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化殘留體，分別以 -l-a和-1-b標(biāo)識(shí),其中-1-8中風(fēng)化殘閔體控制厚度3.48.3m,-l-b強(qiáng)風(fēng)化 巖控制厚度4.713.9m;-2層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，層厚014.5m;-3中風(fēng)化凝灰?guī)r，層厚 21.869. lmo該工程于2001年5月10日進(jìn)場(chǎng)試樁，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告施工方采用GPS-15型回旋鉆及簡(jiǎn) 易沖擊鉆進(jìn)行成孔施工,在試樁過程發(fā)現(xiàn)該地塊因?yàn)榫o靠松臺(tái)山腳，地質(zhì)情況變化極其復(fù)雜， 工勘報(bào)告20多個(gè)勘測(cè)點(diǎn)并不能完全反映地層變化，鉆機(jī)成孔效率低下，在中風(fēng)化殘留體及持

4、力層中每小時(shí)平均鉆進(jìn)速度不超過5am平均每天完成樁數(shù)0.27根從現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)分析,主要原 因?yàn)椋?1) 中風(fēng)化層鉆進(jìn)困難本工程主要復(fù)雜的地層為鉆孔中部埋深1850m不等的中風(fēng)化殘留層及下部-3層中 風(fēng)化持力層。上述巖層結(jié)構(gòu)致密，伴有次生石英巖，輝綠粉巖及安山巖，局部蝕變，巖石抗壓強(qiáng) 度最高達(dá)132.8MPa,雖然鉆頭采用合金牙輪鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，效能卻十分低下,再加殘留體埋 深淺，鉆壓比不夠，進(jìn)度只有3cm/ho(2) 地層變換復(fù)雜本工程中地質(zhì)變換復(fù)雜，而且不是簡(jiǎn)單的地層變化，存在大量全風(fēng)化到中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化再 到全風(fēng)化層的變化?；匦@鉆進(jìn)層位時(shí),極易產(chǎn)生孔斜，雖然施工中已采取拋石等措施，但仍 時(shí)有發(fā)生

5、斷鉆桿、掉鉆頭的事故。二、ZZ-30型沖擊鉆機(jī)與其他樁機(jī)比較在綜合比狡GPS-15型回旋鉆孔、簡(jiǎn)易沖擊鉆、ZZA-30型沖擊鉆在該地質(zhì)條件下的成 孔性能，決定引進(jìn)河北省清苑縣生產(chǎn)的ZZA-30型沖擊鉆機(jī)。1. GPS-15型缺點(diǎn) 成孔速度慢、效率低、需換鉆桿，施工中風(fēng)化夾層及持力層速度緩慢。 孔內(nèi)事敢多，易發(fā)生斷鉆桿事故。巖層取樣分析困難，孔鉆進(jìn)普遍超深，經(jīng)濟(jì)性差。2. 簡(jiǎn)易沖擊鉆缺點(diǎn)沖擊頻率低，為人工操作,68次/min;沖錘質(zhì)雖小，錘重It。人工作沖擊頻率低，成孔 速度緩慢，有一根樁成孔時(shí)間20do3. ZZA-30型沖擊鉆孔性能及主要技術(shù)參數(shù)施工樁徑:暢0002000;成孔孔深：50 1

6、00m;主卷?yè)P(yáng)機(jī)負(fù)荷:15t;*沖擊頻率：40次/min;沖程:600 800mm。待點(diǎn):對(duì)位筒單容易、精度高、效率高、施工垂直度好,巖樣分析簡(jiǎn)單明確。-三sZZ-30型鉆機(jī)施工流程特點(diǎn)1. 測(cè)量定位由專職測(cè)蚩員進(jìn)行，同其他回旋轉(zhuǎn)機(jī)。2. 埋設(shè)護(hù)筒護(hù)筒選用5mm 鋼板卷制而成，長(zhǎng)度1.5m,直徑大于設(shè)計(jì)樁徑200mm。埋設(shè)護(hù)筒前，樁 孔四周設(shè)四個(gè)定位樁，用十字交叉法控制樁中心。護(hù)簡(jiǎn)中心與樁孔中心偏差不大于20mmo3. 鉆機(jī)就位采用鉆機(jī)附帶輪行走就位，沖擊錘中心與樁孔中心在同一直線上,鉆機(jī)前方兩條支腿打 開，形成三角穩(wěn)定支撐，進(jìn)行對(duì)中，誤差小于20mm。4. 沖擊成孔(1) 成孔原理:利用卷?yè)P(yáng)

7、機(jī)帶動(dòng)沖錘以40次/min頻率上下運(yùn)動(dòng)。沖擊切削巖土成孔，在 淤泥層中采取低頻沖擊，防止粘錘J .(2) 錘頭:采用前導(dǎo)向中空式，自重3t,高度3.8m,錚身設(shè)導(dǎo)距導(dǎo)流槽,亦加導(dǎo)正圈。錘頭 宜徑小于設(shè)計(jì)立徑30mm,錘頭形狀詳見圖1。另設(shè)同徑平底錘頭，終孔后平整孔底。(3) 錘頭作用：由于錘頭中空及導(dǎo)流槽作用，錘頭上升時(shí)對(duì)孔底幾乎不產(chǎn)生推吸力。錘頭下落時(shí)，錘 下漿液不會(huì)產(chǎn)生大的反作用力，能提高沖擊效率，同時(shí)，錘下漿液沿中孔、導(dǎo)流槽上升，上升液 流攜帶大量鉆渣，孔底保持相對(duì)干凈，較好地避免了重復(fù)破碎。#ZZA-30型鳥卡斯沖去鉆在復(fù)雜地層的應(yīng)用(a) 錘頭前導(dǎo)向?yàn)?00800mm,其長(zhǎng)度與鉆機(jī)沖

8、程相匹配,從而形 成階梯型切削孔底巖土,極大提高了成孔效率，并且前導(dǎo)向及扶正圈對(duì) 樁孔垂直度起關(guān)鍵作用。(b) 錘頭采用鋼絲繩牽引，提起錘頭時(shí)鋼絲繩自然鉛垂，下落時(shí)錘頭 近似重力式自由下落，確保樁孔垂宜度，鋼絲繩上下提拉過卷中的正反 轉(zhuǎn)作用，帶動(dòng)錘頭上傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊，避免形成梅花孔。5. 孔內(nèi)排渣主要采用掏渣筒撈取方式排渣。當(dāng)進(jìn)尺達(dá)到一定長(zhǎng)度(2m左右)或 鉆屑校多時(shí)采用掏渣筒下放孔內(nèi)撈渣。掏渣筒下部安裝活動(dòng)閥門，下落 孔底后,閥門在孔底壓力作用下，自動(dòng)打開,含鉆屑漿液自下而上進(jìn)入掏 渣簡(jiǎn)內(nèi);上升時(shí)利用白重關(guān)閉閥門，從而達(dá)到孔內(nèi)排渣目的。6. 鉆進(jìn)液(泥漿) (1)泥漿的作用-(a)保護(hù)孔壁

9、。(b)鉆進(jìn)中冷卻、潤(rùn)滑錘頭,避免高頻沖擊下錘頭發(fā)熱。圖1錘頭形狀示意圖(c)攜帶并懸浮鉆屑,保持孔底相對(duì)干凈。(2)用ZZA-30型沖擊鉆成孔，泥漿護(hù)壁作用在少土、碎石層中可使用比重1.1-1.3的 泥漿，至于黏性土中,只須灌注清水保持孔內(nèi)外水頭差。7. 巖層取樣用掏渣桶取樣比較直觀、征確易判斷。(1) 根據(jù)工勘報(bào)告，結(jié)合鉆孔實(shí)際施工情況，進(jìn)入中風(fēng)化夾層(-l-a)在監(jiān)理監(jiān)督下，及 時(shí)采取中風(fēng)化夾層頂?shù)酌鎺r樣判定并封存。(2) 進(jìn)人持力層-3層中風(fēng)化基巖，在監(jiān)理監(jiān)督下每隔200mm取樣判定并封存,準(zhǔn)確測(cè) 定中風(fēng)化持力層界面標(biāo)高。8. 終孔中風(fēng)化界面準(zhǔn)確制定后，每隔200mm取樣，若巖性無變化

10、,則自界面進(jìn)入持力層2倍樁徑 即可終孔,然后換同徑平底錘頭,整平樁孔底面。9. 清孔.灌注成孔四、ZZA - 30型沖擊鉆機(jī)在施工應(yīng)用中存在的主要問題及原因(1)采用掏渣桶排渣，現(xiàn)場(chǎng)文明施工難以保證。(2) 由于沖擊頻率高,鉆進(jìn)過程噪音比其他鉆機(jī)略高,影響工地周圍環(huán)境。(3) 充盈系數(shù)偏大，經(jīng)濟(jì)性差。施工前期個(gè)別樁充盈系數(shù)達(dá)到1.8。(a) 成孔過程中采取清水護(hù)壁,泥皮形成過薄，而該工程場(chǎng)地中流軟塑性土層全場(chǎng)分布，層 位厚，施工過程中極易發(fā)生樁孔超徑現(xiàn)象。(b) 沖擊頻率高且錘頭擺動(dòng)較大，易對(duì)孔壁產(chǎn)生擾動(dòng)，造成軟弱層位置孔徑偏大，甚至局部 塌孔現(xiàn)象。錘頭高頻大重雖沖擊巖土層，施工樁位周邊地層擾

11、動(dòng)波較大，懷疑會(huì)造成鄰近灌注樁305ZZA-30型鳥卡斯沖去鉆在復(fù)雜地層的應(yīng)用身混凝土離析。五改進(jìn)措施1. 文明施工改進(jìn)方法改變?cè)狈綉T用出渣方式，由掏渣桶出渣改為正循環(huán)泥漿浮渣相結(jié)合。具體改進(jìn)方法:在 錘頭中空部分加設(shè)泥漿龍頭和萬向活動(dòng)節(jié)，連接地面到錘頭處泥漿皮管,按照成孔地層調(diào)節(jié)相 應(yīng)泥漿比重及黏度，泥漿撈渣上浮由泥漿溝槽進(jìn)人沉渣池。，2. 充盈系數(shù)偏大改進(jìn)措施(1) 正循環(huán)泥漿護(hù)壁與文明施工相結(jié)合，采用泥漿正循環(huán)出渣和護(hù)壁。通過調(diào)節(jié)泥漿比重 和黏度，在孔壁形成適當(dāng)?shù)哪嗥?過厚泥皮也會(huì)影響樁身摩阻力)，同時(shí)正循環(huán)泥漿自下而上流 經(jīng)孔壁，對(duì)孔壁起自然保護(hù)作用。(2) 低沖程、低進(jìn)尺控制擴(kuò)徑。

12、由于錘頭尺寸較長(zhǎng),沖擊擺動(dòng)較大，開孔時(shí)采取低沖程、低 進(jìn)尺施工;在軟弱地層施工時(shí)，同樣采取低沖程、低進(jìn)尺施工，防止樁孔直徑過大，同時(shí)還避免 了孔斜現(xiàn)象。(3) 減少鉆頭直徑(控制在35cm左右)。根據(jù)上海鉆孔灌注樁施工規(guī)程規(guī)定:成孔孔徑 不得小于設(shè)計(jì)孔徑，同時(shí)擴(kuò)徑不得超過0.2倍樁徑。由于沖擊鉆本身工藝原因，擴(kuò)徑較大，引 起充盈系數(shù)偏高，同樣會(huì)影響單樁承載力，監(jiān)理方根據(jù)工藝情況并結(jié)合上海鉆孔灌注樁施工規(guī) 程,在鉆頭玄徑確保成孔直徑不小于設(shè)計(jì)樁徑前提下，同意鉆頭直徑比設(shè)計(jì)樁徑滅小35cm。'(4)改進(jìn)效果。通過以上措施改進(jìn)后，成孔孔形趨于平緩，充盈系數(shù)明顯減小，平均控制在 1.25左右。

13、圖3足根堀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分段充盈系數(shù)繪制的改進(jìn)前B9林樁和改進(jìn)后C53#樁樁身 形象圖，以作比較。5?LRuas xo$Lt3：.O53.0*i.7ll.M1.121.14lX1.4?1.421.401.47l.M1.64UU 分段充 平均允iftSttl.M-51.06-U&S-M.SS-<153-gb6-3T.B$-33.9531. U-r.M K56 .-21. M-1S.M-15. U-11A5II. »59.M-7.65每次K?混敘土面離度2"106IM246?4<24434024C1H!d61.241UWI 1.193分fit充平均充童樂飲】21-47.13-U66-"旳一 J7.64-34.M-M.W-30. M一 27. M-nn-22.ee-|我“-IKM一 11.66一 $.2 '毎次竝簣淤接土面及度田3樁身比較圖3擾動(dòng)對(duì)成樁混凝土的影響通過對(duì)提前達(dá)到28d齡期的樁間距離較近的樁進(jìn)行小應(yīng)變測(cè)試，混凝土均未出現(xiàn)離析現(xiàn) 象,全數(shù)樁小應(yīng)變測(cè)試結(jié)果,一類樁95 % 二類樁5 %。六樁身質(zhì)量測(cè)試結(jié)果靜載荷試臉S1樁最大試驗(yàn)荷載lOOOOkN對(duì)應(yīng)沉降量5.41mm,后剩余沉降量為0.45mm,回彈率91.68%,說明樁身質(zhì)量完好，樁身上部摩阻發(fā)揮較好。QS,Slg/,S lgq曲線如圖4所示。圖4靜載荷試驗(yàn)結(jié)果七、結(jié)