含孤、漂石圓礫土層中樁基快速成孔施工技術(shù)(改)

1、旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術(shù)旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術(shù) 中鐵隧道股份有限公司 張傳軍摘要：樁基礎(chǔ)作為關(guān)鍵工序廣泛運(yùn)用在各種橋梁工程中，而旋挖鉆機(jī)因其效率高、污染少、靈活機(jī)動(dòng)、功能組合多等特點(diǎn)，適應(yīng)綜合發(fā)展的要求，在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)澆灌注樁施工中占據(jù)主力機(jī)型的位置。而在圓礫土層及碎卵石地層，特別是含有孤石、漂石圓礫土層施工卻仍是一個(gè)不小的難題。本文就赤城白河特大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，對(duì)旋挖樁在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔的施工技術(shù)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：旋挖鉆 圓礫土層 雙層筒鉆 截齒撈砂鉆斗 赤城白河特大橋一、前言隨著我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，特別是現(xiàn)階段國(guó)家大力修建鐵路、公路的時(shí)期，

2、各種復(fù)雜地層下的橋梁工程相繼建成，而做為橋梁的重要組成部分樁基施工則是整個(gè)橋梁工程中的關(guān)鍵工序之一。旋挖鉆機(jī)因其效率高、污染少、靈活機(jī)動(dòng)、功能組合多等特點(diǎn)，適應(yīng)綜合發(fā)展的要求，在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)澆灌注樁施工中占據(jù)主力機(jī)型的位置，一般適用于黏土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分礫石、碎石的地層。雖然旋挖鉆機(jī)施工有諸多優(yōu)點(diǎn)，但長(zhǎng)期以來，旋挖鉆機(jī)在圓礫土層及碎卵石地層，特別是含有孤石、漂石圓礫土層施工仍是一個(gè)不小的難題。鉆具及操作方法選擇不當(dāng)，往往會(huì)造成進(jìn)度緩慢甚至無法施工的情況。筆者根據(jù)張?zhí)畦F路赤城白河特大橋現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，針對(duì)赤城白河河道內(nèi)多年沖積形成的圓礫土層中夾帶大的漂石、弧石等特點(diǎn)，

3、在借鑒以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)本橋的施工組織和研究探索，在此淺談“旋挖鉆在含孤、漂石圓礫土層中快速成孔施工技術(shù)”的一些問題。二、工藝原理及特點(diǎn)旋挖鉆通過鉆齒旋轉(zhuǎn)插入土層中，并將土塊擠趕入鉆斗，鉆桿提升鉆斗，帶出鉆渣。而含有孤、漂石的圓礫土層中，孤、漂石顆粒大小不均、形狀不規(guī)則、排列無規(guī)律，鉆進(jìn)時(shí)鉆齒難以插入到石塊間的孔隙中，鉆齒受力不均，造成鉆機(jī)振動(dòng)劇烈、鉆桿跳躍和鉆桿偏擺，對(duì)孔壁的擾動(dòng)很大，孔壁極不穩(wěn)定，容易塌陷。因此旋挖鉆在含孤、漂石的圓礫土層中施工，必須配備專用的鉆具來克服以上的施工難點(diǎn)。根據(jù)地層中礫石大小、密度和地層的硬度，選取雙層筒鉆和截齒撈砂斗兩種鉆頭搭配使用，雙層筒鉆可在圓礫土層

4、中快速進(jìn)行施工，當(dāng)遇較大孤石、漂石和探頭石時(shí)，則更換截齒撈砂斗進(jìn)行施工。雙層筒鉆是指在原來大直徑筒鉆內(nèi)部加入一個(gè)小直徑的筒鉆，形成一個(gè)雙層結(jié)構(gòu)，將整個(gè)筒鉆分割成兩個(gè)獨(dú)立的攜渣空間，每個(gè)單元都為開放結(jié)構(gòu)，沒有斗底，在每個(gè)筒體上都焊接截齒，截齒的布齒角度遵循硬巖鉆進(jìn)的規(guī)律，表面呈螺旋上升狀的導(dǎo)向條。內(nèi)側(cè)的筒體直徑比外側(cè)筒體直徑小，長(zhǎng)度比外側(cè)筒體的長(zhǎng)度大，形成外型上的臺(tái)階狀，兩個(gè)筒體均與鉆頂焊接在一起，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工時(shí)的安全性。其在施工時(shí)主要是通過將鉆渣夾于筒體之間，攜帶出孔，摒棄了常規(guī)撈砂斗的斗底，大大提高了鉆機(jī)在施工時(shí)鉆渣進(jìn)入斗內(nèi)的速度，在鉆進(jìn)礫石、碎、卵石地層時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。截齒撈砂斗

5、是利用外側(cè)的截齒將孤石或探頭石削切后，利用鉆斗轉(zhuǎn)動(dòng)將削切后的石塊旋入斗內(nèi)，提升至孔外，連同鉆渣一起卸出。鉆桿則選用“機(jī)鎖式鉆桿”，不但可用于軟地層，也可用于強(qiáng)度較高地層的施工，如本文所探討的含孤石、漂石等強(qiáng)度較高的圓礫土地層，此種鉆桿一般制成4節(jié)，13節(jié)桿每節(jié)鋼管長(zhǎng)13m左右，鉆孔深度可達(dá)50m左右。搭配兩種鉆頭，雖然是在含有孤石、漂石圓礫土層中施工，截齒磨損較快，但由于鉆頭拆裝方便，可在一套鉆頭施用時(shí)，對(duì)另一套鉆頭進(jìn)行補(bǔ)焊或更換截齒，不影響鉆孔工序時(shí)間，加快鉆進(jìn)速度。由于鉆斗的刀刃是傾斜的，會(huì)擾動(dòng)孔底土層；鉆進(jìn)時(shí)鉆渣的回落也會(huì)沉淀于孔底；而旋挖鉆不通過漿液循環(huán)進(jìn)行排渣，為了減少清孔次數(shù)，成孔

6、工作完成后，要立即進(jìn)行下一道工序，也就是須立即下鋼筋籠并盡量加快下鋼筋籠的速度。因此我們?cè)阡摻罨\在樁位上的連接采用了直螺紋套筒連接，摒棄傳統(tǒng)的綁條焊或者搭接焊，既保證了施工質(zhì)量又縮短了在樁位的施工時(shí)間，保證了快速施工。本工法適用于碎石土、礫石土、圓礫土及有漂石、孤石、地下水位較低地層各類工程樁基施工。三、施工工藝流程及操作要點(diǎn)3.1 工藝流程圖場(chǎng)地平整布置樁位放樣埋設(shè)護(hù)筒鉆機(jī)就位鉆進(jìn)成孔選擇鉆頭、鉆桿驗(yàn)孔深、孔徑、垂直度制作泥漿泥漿控制及使用圖3-1 旋挖鉆成孔施工工藝流程圖3.2 施工工藝流程3.2.1 施工前對(duì)工作范圍進(jìn)行平整、電線電纜進(jìn)行改遷、便道修整完善。3.2.2 在正式鉆孔前，采用

7、全站儀對(duì)樁基進(jìn)行精確放樣后埋設(shè)鋼護(hù)筒，埋設(shè)十字護(hù)樁，復(fù)測(cè)樁位。用水準(zhǔn)儀對(duì)護(hù)筒標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算鉆孔深度。3.2.3 鉆機(jī)及機(jī)具選擇：針對(duì)當(dāng)?shù)氐貙忧闆r，選用合適功率和扭矩的鉆機(jī)，每臺(tái)鉆機(jī)配備專用于礫（碎）石層鉆進(jìn)的雙層筒鉆兩套和鉆取孤石的截齒撈砂鉆斗一套，鉆桿選用“機(jī)鎖加壓式鉆桿”，以達(dá)到較高的鉆進(jìn)效率。3.2.4 鉆機(jī)就位：鉆機(jī)就位前，事先檢查鉆機(jī)的性能狀態(tài)是否良好，對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，判斷鉆機(jī)是否工作正常。保證樁位附近地面平整，將鉆機(jī)開到樁位旁，調(diào)整鉆機(jī)，使鉆斗定位錐正對(duì)樁位標(biāo)注點(diǎn)。鉆機(jī)停位回轉(zhuǎn)中心距孔位44.5m間?，F(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，這樣可以減小鉆機(jī)自重和提

8、升下降脈動(dòng)壓力對(duì)樁孔的影響。檢查在回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)是否有障礙物影響回轉(zhuǎn)，檢查樁位土層是否堅(jiān)實(shí)。3.2.5 當(dāng)采用雙層筒鉆施工時(shí)，在圓礫石土層中鉆進(jìn)比較平穩(wěn)，鉆進(jìn)速度也較為均衡，當(dāng)鉆桿出現(xiàn)強(qiáng)烈震動(dòng)時(shí)，則要考慮是否遇到孤石，需根據(jù)實(shí)際情況更換截齒撈砂鉆斗，將孤石削切后提出。采用雙層筒鉆鉆進(jìn)時(shí)，單次鉆進(jìn)進(jìn)尺控制在0.8m，鉆速控制在8r/s左右。采用截齒撈砂鉆斗鉆取孤石或探頭石時(shí)，鉆速控制在19r/s間，鉆進(jìn)進(jìn)尺則根據(jù)孤石或探頭石的大小進(jìn)行調(diào)整。旋鉆過程中，提升速度控制在20m/min左右，不得超過30m/min。3.3 施工注意事項(xiàng)3.3.1 循環(huán)泥漿池一般選擇23個(gè)墩位樁基共用一個(gè)，泥漿采用膨潤(rùn)土制成

9、，在鉆進(jìn)過程中泥漿相對(duì)密度控制在1.21.4范圍內(nèi)。3.3.2 施工前檢查好樁位的準(zhǔn)確性，將樁位中點(diǎn)與鉆頭的中心位置反復(fù)確認(rèn)后方可施鉆，鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢查樁孔垂直度。3.3.3 鉆進(jìn)過程中必須檢查鉆頭保徑裝置、鉆頭直徑、鉆頭磨損等情況，并對(duì)不符合要求鉆頭及時(shí)更換。3.3.4 成孔后需反復(fù)掃孔二次，確?？讖郊俺猎穸葷M足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。四、質(zhì)量、安全及環(huán)?？刂?.1 質(zhì)量控制4.1.1 施工前要仔細(xì)研究地質(zhì)情況，根據(jù)地層選擇合適鉆機(jī)并配備適用該地層的鉆桿、鉆頭。4.1.2 護(hù)筒的埋設(shè)、泥漿的制備、鉆孔的清孔配有專人負(fù)責(zé)，防止出現(xiàn)縮頸，夾層，歪斜等質(zhì)量通病。4.1.3 鉆孔前保證鉆頭尖端正對(duì)樁位中

10、心。施鉆過程中經(jīng)常檢查桅桿垂直度。鉆進(jìn)時(shí)，采用較低發(fā)動(dòng)機(jī)檔位，轉(zhuǎn)速控制在8r/s左右，不得超過9r/s。提升速度控制在20m/min左右，不得超過30m/min。4.1.4 鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)孔底位置后，在無進(jìn)尺情況下繼續(xù)旋鉆35min，保證孔底沉渣清理徹底。4.1.5 認(rèn)真做好施工記錄和各項(xiàng)原始記錄管理，做到完工資料齊全，并及時(shí)整理歸檔，成孔記錄做到一樁一表。4.2 安全控制4.2.1 嚴(yán)格按照旋挖樁機(jī)操作規(guī)程施工，對(duì)所有人員進(jìn)行崗前安全教育培訓(xùn)工。各工序做好交接，填好交接記錄。4.2.2 定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，特別是部件的潤(rùn)滑、油路及電氣系統(tǒng)的檢查，對(duì)易損件配有充足的備用。4.2.3 當(dāng)鉆桿震動(dòng)比較

11、厲害時(shí)，立即停止施鉆，分析原因，根據(jù)需要更換鉆頭或降低檔位及轉(zhuǎn)速，避免出現(xiàn)折斷鉆桿的情況。4.3 環(huán)保控制4.3.1 施工過程中，嚴(yán)格遵守國(guó)家和地方政府部門頒發(fā)的環(huán)境管理法律、法規(guī)和有關(guān)規(guī)定，接受相關(guān)部門監(jiān)督檢查。4.3.2 加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳教育，學(xué)習(xí)環(huán)境管理體系文件、地方政府環(huán)保法規(guī)及相關(guān)規(guī)定，使作業(yè)人員認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性和必要性，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的自覺性，提高全員環(huán)保意識(shí)， 樹立預(yù)防為主，加強(qiáng)宣傳，全面規(guī)劃，合理布局，改進(jìn)工藝，節(jié)約資源的環(huán)保理念。4.3.3 加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)檢查，制定獎(jiǎng)懲制度，定期組織專項(xiàng)檢查，嚴(yán)格獎(jiǎng)懲，查糾不足。4.3.4 棄渣、廢泥漿運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)，嚴(yán)禁任意棄渣。棄渣確保

12、晾曬無灑落后方可采用運(yùn)輸車輛運(yùn)至棄渣場(chǎng)地。五、工程實(shí)例及推廣以張?zhí)畦F路赤城白河特大橋?yàn)槔?，運(yùn)用此技術(shù)成功的提高了旋挖鉆在含有孤石、漂石的圓礫土層中的鉆進(jìn)速度，縮短施工時(shí)間，保證工期按計(jì)劃順利完成。赤城白河特大橋位于河北省張家口市赤城縣樣田鄉(xiāng)，跨越白河，橋址區(qū)為山間白河沖洪積平原，土質(zhì)為圓礫土，并由于白河多年沖刷，土層中夾帶大量漂石、孤石。其中1122號(hào)墩共240根樁基采用旋挖鉆機(jī)施工，鉆孔孔徑1.5m，樁長(zhǎng)3842m，地質(zhì)情況為：表層00.5m表層土（0=100KPa），0.54.5m為細(xì)圓礫土（0=400KPa650KPa），其下為粗圓礫土（0>650KPa），常有孤石、探頭石出現(xiàn)，孤石最大直徑超過1m。采用此技術(shù)進(jìn)行旋挖鉆施工，樁基施工時(shí)間從2012年4月15日至2012年7月15日，歷時(shí)90天，工期縮短2個(gè)月。平均成孔速度為4.5m/h，最快可達(dá)8m/h，全部240根樁基檢測(cè)全為類樁，保質(zhì)保量的完成了施工任務(wù)。與沖擊鉆進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，比采用沖擊鉆節(jié)約成本約350萬元。根據(jù)該施工技術(shù)在赤城白河特大橋的成功試用經(jīng)驗(yàn)，將該工法推廣到同線上具有相似地質(zhì)條件的石窯溝特大橋和蔣家堡跨112國(guó)道特大橋樁基施工上，均取得較好的經(jīng)濟(jì)、工期效益。參考文獻(xiàn)：（1） GB/T21682-2008旋挖鉆機(jī)S北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008；（2） 李克