軟基地質(zhì)段旋挖鉆深孔水中鉆樁施工工藝

1、軟基地質(zhì)段采用旋挖鉆機(jī)解決深孔鉆孔樁的施工技術(shù)楊保全(中鐵十局集團(tuán)第二工程,河南 商丘市 476000)摘 要:本文通過東荊河特大橋樁基施工的實(shí)踐，針對(duì)長(zhǎng)江沖積平原在軟基地質(zhì)條件下，采用旋挖鉆機(jī)快速進(jìn)行鉆孔灌注樁根底施工的成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)旋挖鉆機(jī)解決在淤泥質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、礫砂等軟基地段施工的技術(shù)工藝。關(guān)鍵詞：軟基;旋挖鉆;深孔樁;鉆孔樁;施工技術(shù)Geology segment of soft base using rotary drilling rig deep hole drilling pile Construction TechnologyYANG Bao-quan(The Secon

2、d Engineering Co., Ltd. of China Railway Tenth Group,Shangqiu,Henan 476000,China)Abstract: The text through Construction practice of pile foundation of Dongjing river bridge, in allusion to soft base of Yangtze River Alluvial Plain conditions, the use of successful experience that rotary drilling ri

3、g process drilling a hole fleetly to construction of bored pile, summarize the rotary drilling rig to solve silt clay, powder sand, thin sand, gravel sand etc.and other soft base construction techniques.Key word:Soft base;Rotary drilling rig;Deep hole pile;Bore pile;Construction techniques1 工程概況湖北東荊

4、河特大橋地位于長(zhǎng)江西岸，地貌形態(tài)屬長(zhǎng)江沖積平原，橋址位于長(zhǎng)江外灘東荊河入江處，地表水系發(fā)育，溝渠縱橫、坑塘密布，洪水期除兩端局部橋段外，均為江水浸沒區(qū)。本橋設(shè)計(jì)為330、430米的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁。設(shè)計(jì)橋?qū)?5.50m，雙幅布置，全長(zhǎng)4446m。鉆孔灌注樁基共有628根，樁長(zhǎng)為45米50米之間，直徑全部為1.5m。鉆孔樁基地層穿過素填土、亞粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉砂、粘土、細(xì)砂、亞砂土、礫砂等地層。地下水為孔隙承壓水，含水層水頭埋深為0.52.2米。2 施工方案的選擇本工程管段內(nèi)地質(zhì)條件主要為淤泥質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、礫砂地層，地表水系興旺。工程方案在4月份開始開工鉆孔，方案6月下旬汛期洪

5、水上漲前將鉆孔樁全部完成。保證后續(xù)施工難度和工期壓力減輕，并且創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。如單純選用正循環(huán)的盤旋鉆機(jī)施工，比擬平安穩(wěn)定且能保證質(zhì)量。但施工投入較大，并且難以保證施工進(jìn)度。旋挖鉆機(jī)具有自行和定位功能，成孔速度快，轉(zhuǎn)場(chǎng)方便等特點(diǎn)，主要適用于在地下水位低，且成孔自穩(wěn)性好的地質(zhì)條件。在本工程地下水位高，且軟泥質(zhì)地段，采用旋挖鉆施工，對(duì)于泥漿配置、鉆孔過程定位、清孔等工序要求較高，成孔質(zhì)量控制難度大等施工困難。3 旋挖鉆的工作原理旋挖鉆機(jī)由主機(jī)、動(dòng)力頭、鉆桿、下部導(dǎo)向圈和鉆斗組成。主機(jī)采用履帶式底盤，帶傳動(dòng)裝置和其它機(jī)構(gòu)；動(dòng)力頭為主要的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆斗旋轉(zhuǎn)，鉆桿為多層伸縮式，共5節(jié)，單節(jié)

6、長(zhǎng)12.87m。鉆斗為鍋底式鉆筒，直徑1.48m、高度1.25m，鉆斗切削土層成孔。在特殊泥漿護(hù)壁保護(hù)下鉆進(jìn)，泥漿由配漿池泵入鉆孔，鉆進(jìn)時(shí)上下往復(fù)作業(yè)，對(duì)泥漿進(jìn)行攪拌。4 施工工藝工程投入使用了6臺(tái)旋挖鉆機(jī)均為引進(jìn)意大利先進(jìn)的大功率全液壓鉆孔機(jī)械。其規(guī)格型號(hào)為R618、R180型，適用于粘土、淤泥土、砂土及含局部卵石的地層。1.1 儲(chǔ)漿池造漿配置優(yōu)質(zhì)泥漿：制漿原料選用塑性指數(shù)大于25，粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘質(zhì)土?，F(xiàn)場(chǎng)缺少上述性能的粘質(zhì)土，實(shí)際在泥漿中摻入了鈉質(zhì)膨潤(rùn)土、純堿Na2CO3、適量纖維素改進(jìn)泥漿性能。膨潤(rùn)土泥漿具有相對(duì)密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、

7、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力高、鉆具回轉(zhuǎn)阻力小、鉆進(jìn)率高、造漿能力大等優(yōu)點(diǎn)。純堿的作用是可使pH值增大到10。因泥漿中PH值過小時(shí)，粘土顆粒難于分解，粘度降低，失水量增加，流動(dòng)性降低；小于7時(shí)，會(huì)使鉆具受到腐蝕；假設(shè)PH過大，那么泥漿將滲透到孔壁的粘土中，使孔壁外表軟化，粘土顆粒之間凝聚力減弱，造成裂解而使孔壁坍塌。泥漿PH值以810為宜，可以增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水量。羧甲基纖維素鈉簡(jiǎn)稱CMC是一種水溶性纖維素醚，白色粉狀，控制泥漿的流變性，具有很好的凝膠性，很強(qiáng)的攜砂能力。儲(chǔ)漿池：標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)鉆孔所實(shí)際需泥漿用量及造漿能力確定。容量為：長(zhǎng)10m寬10m深1.5m。泥漿配置：根據(jù)

8、樁基鉆孔地質(zhì)砂層含量大的特點(diǎn)，并考慮因鉆孔時(shí)孔徑擴(kuò)大、井孔壁滲漏及泥漿在鉆進(jìn)出碴時(shí)的損失而使泥漿性能變差的因素，試驗(yàn)人員通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿性能反復(fù)做試驗(yàn)確定得出膨潤(rùn)土摻入量為儲(chǔ)漿池用水量的10%，純堿摻入量為膨潤(rùn)土質(zhì)量的0.3%，纖維素為膨潤(rùn)土質(zhì)量的0.1%。通過計(jì)算得出每個(gè)儲(chǔ)漿池內(nèi)投入調(diào)料用量分別為：膨潤(rùn)土12t、純堿36kg、纖維素12kg。泥漿調(diào)制在專設(shè)的造漿桶內(nèi)采用泥漿攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)先將定量的清水參加攪拌鼓，再投入適量膨潤(rùn)土、純堿和纖維素，并開動(dòng)機(jī)器攪拌，纖維素用水先溶解后摻拌。成漿后翻開出漿門排漿至儲(chǔ)漿池貯存，與以備鉆孔時(shí)向井孔內(nèi)注漿之用。每次開鉆前必須儲(chǔ)漿量大于單個(gè)鉆孔預(yù)計(jì)總用量。

9、1.2 護(hù)筒埋設(shè)護(hù)筒采用厚度10mm的鋼板制作成整體鋼護(hù)筒，直徑1.7m、長(zhǎng)度3.0m。護(hù)筒埋深要求在地面粘土層以下不小于2.0m，護(hù)筒頂端高出地面0.8m。埋設(shè)護(hù)筒前將鉆斗在樁位處著地、旋轉(zhuǎn)、開孔。當(dāng)取土深度到達(dá)2.0m左右時(shí)停止取土，把鉆孔中心樁位標(biāo)示于坑底，再把護(hù)筒吊放進(jìn)坑內(nèi)準(zhǔn)確定位。護(hù)筒底部和四周所填土必須分層夯實(shí)，以防護(hù)筒四周及底端土質(zhì)液化發(fā)生塌孔，使護(hù)筒沉落或偏斜。1.3 鉆機(jī)就位旋挖鉆機(jī)自重均較大，整機(jī)質(zhì)量超過40t，而地基地表土層多為亞粘土，承載力低。為防止地基局部受力產(chǎn)生不均勻沉陷，影響鉆機(jī)穩(wěn)定性，旋挖鉆機(jī)就位時(shí)均在其底鋪放厚度16mm的整體鋼板，以增大受力擴(kuò)散面積。然后調(diào)節(jié)

10、下部導(dǎo)向圈、調(diào)直鉆桿、將鉆斗導(dǎo)向尖與樁位對(duì)齊，保證插鉆正確，防止鉆孔偏斜。1.4 鉆進(jìn)過程旋挖鉆的鉆進(jìn)是通過動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿和鉆頭整體旋轉(zhuǎn)，利用鉆頭下端的切削刃對(duì)土層進(jìn)行切削破碎，切削的土體被擠進(jìn)鉆斗，裝滿后將鉆斗提出孔口，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)底盤然后反轉(zhuǎn)，并開啟鉆斗閥門，將土體排放到地面或直接卸在汽車上運(yùn)走，這樣通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提鉆、甩土，屢次反復(fù)作業(yè)而成孔，直至孔底標(biāo)高。鉆斗正轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、反轉(zhuǎn)甩土。鉆進(jìn)過程中根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整鉆斗在孔內(nèi)的升降速度，速度過快，鉆斗內(nèi)的水流會(huì)沖刷孔壁，甚至在鉆斗方產(chǎn)生負(fù)壓而導(dǎo)致塌孔。一般粘質(zhì)土及砂類土在樁徑1.5m時(shí)鉆斗升降速度為0.575m/s，空鉆斗升降速度為0.83m

11、/s;砂類土較粘質(zhì)土為慢，隨鉆孔深度的增加，其升降速度要慎重，但速度不必變化太大。對(duì)樁深49m的鉆孔樁，鉆斗在孔內(nèi)的升降時(shí)間約為一分半鐘(即90s)。旋挖鉆作業(yè)時(shí)經(jīng)屢次上下往復(fù)作業(yè)，引起孔內(nèi)水位波動(dòng)，護(hù)壁管理不善會(huì)發(fā)生孔壁砂向孔內(nèi)涌流的情況(即流砂)。所以在鉆進(jìn)過程中要有試驗(yàn)人員對(duì)泥漿性能隨時(shí)觀測(cè)進(jìn)行試驗(yàn)，保持泥漿的性能穩(wěn)定。同時(shí)監(jiān)視井孔內(nèi)泥漿水頭高度與護(hù)筒頂端出漿口底部齊平，防止流砂的發(fā)生。1.5 垂直度控制鉆孔的垂直度主要是靠調(diào)整機(jī)座、大臂和鉆桿座孔之間的相對(duì)位置來確定的。大臂和鉆桿座孔上都裝有刻度盤，調(diào)整大臂和鉆桿座孔的相對(duì)位置，通過刻度盤指針的指示檢查鉆桿是否垂直于機(jī)座；機(jī)座上裝有水準(zhǔn)

12、儀，利用水準(zhǔn)儀可以將機(jī)座調(diào)平。鉆孔過程中要隨時(shí)檢查機(jī)座的水平和鉆桿的垂直度。1.6 清理孔底虛土鉆孔完成后，進(jìn)行第一次清孔排除孔底沉渣，排渣時(shí)用帶擋板的鉆斗空轉(zhuǎn)清渣，不得加深鉆進(jìn)，并測(cè)定孔深控制。1.7 測(cè)定孔徑及垂直度采用探孔器檢測(cè)樁孔的樁徑、樁長(zhǎng)及豎直度能否滿足要求。如發(fā)生卡殼、下沉不到位的情況需用鉆斗重新掃孔，去除沉渣。1.8 二次清孔孔內(nèi)鋼筋籠及導(dǎo)管安裝完畢，采用泵吸法抽渣換漿進(jìn)行二次清孔。泵吸法的原理是直接利用砂石泵的抽吸作用使導(dǎo)管內(nèi)的水位上升而形成循環(huán)。抽渣時(shí)將導(dǎo)管底中提高到距孔底約30cm的高度，將真空泵加足清水，關(guān)閉出水閥使管路封閉，翻開真空膠管管路閥，使氣水暢通，然后啟動(dòng)真空

13、泵，并立即啟動(dòng)砂石泵，當(dāng)砂石泵出口真空壓力到達(dá)0.2MPa以上時(shí)，翻開出水閥，把吸泥膠管中的泥漿鉆渣混合物通過膠管排到沉淀池，泥漿沉淀凈化后到儲(chǔ)漿池循環(huán)使用。同時(shí)儲(chǔ)漿池內(nèi)的優(yōu)質(zhì)泥漿要不斷向井孔內(nèi)補(bǔ)漿，保持泥漿水頭高度穩(wěn)定。砂石泵的泵量是關(guān)系到導(dǎo)管內(nèi)泥漿鉆渣上升速度的重要因素，如上升速度太小，那么不能將較粗的鉆渣吸引上升。真空泵的泵量可小于砂石泵，因?yàn)樗皇菃?dòng)時(shí)用一下，泵量小時(shí)可多啟動(dòng)一段時(shí)間。工程實(shí)際施工時(shí)，每臺(tái)旋挖鉆機(jī)均配有砂石泵、真空泵作為清孔專用機(jī)具，所使用的砂石泵6PS泵流量為500m3/h，依據(jù)公式Q=(/4)d2V，可計(jì)算得出：V=4Q/d2(4500)/(3.140.252)=

14、1.02104m/h=2.8m/s,完全滿足吸引較粗鉆渣上升速度的要求。同時(shí)因旋挖鉆鉆孔所用泥漿為優(yōu)質(zhì)泥漿，僅起護(hù)壁作用，相對(duì)密度均較低，在1.031.10之間，使砂石泵的抽吸作用很好的發(fā)揮效果。泵吸式抽渣換漿工作示意圖見附圖。清孔即將完畢時(shí)，測(cè)孔深及孔底抽出泥漿的相對(duì)密度，當(dāng)孔底沉渣符合標(biāo)準(zhǔn)及抽出泥漿性能符合灌注要求時(shí)，清孔完成，即可進(jìn)行水下砼灌注工序的施工。5 施工考前須知(1)鉆進(jìn)前，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整機(jī)架保持鉆桿垂直、位置正確，防止因鉆桿晃動(dòng)引起擴(kuò)大孔徑及增加孔底沉渣。(2)初始鉆進(jìn)應(yīng)保持鉆桿的垂直度，進(jìn)尺緩慢，盡量減少鉆桿晃動(dòng)。(3)鉆孔施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故停機(jī)，應(yīng)及時(shí)提鉆，循環(huán)泥漿，防止

15、孔壁塌孔。鉆孔完畢應(yīng)及時(shí)進(jìn)入下一道工序，間歇時(shí)間不易長(zhǎng)。間歇時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)保持泥漿間隔循環(huán)。(4)二次清孔檢查合格后，應(yīng)及時(shí)灌注混凝土。防止停時(shí)間較長(zhǎng)后，孔壁發(fā)生變化塌方或孔內(nèi)泥漿中懸碴再次下沉使孔底沉渣變厚。6 質(zhì)量保證措施為確保施工質(zhì)量，施工進(jìn)程中分別對(duì)樁位、樁徑、樁長(zhǎng)和垂直度及孔底沉渣等進(jìn)行控制，成樁允許偏差如下表所示。成樁允許偏差、檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)數(shù)量序號(hào)工程允許偏差檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)數(shù)量1孔位中心群樁：100mm；單排樁：50mm儀器測(cè)量和檢查施工記錄，并用檢孔器檢查孔徑、孔深每根樁均檢測(cè)2孔徑不小于設(shè)計(jì)樁徑3傾斜度小于1%4孔深摩擦樁不小于設(shè)計(jì)規(guī)定。5沉淀厚度(mm)摩擦樁：符合設(shè)計(jì)要求，

16、當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對(duì)于直徑1.5m的樁300mm；對(duì)樁徑1.5m或樁長(zhǎng)40m或土質(zhì)較差的樁500mm。用測(cè)繩和測(cè)錘測(cè)量7 人員、料具、設(shè)備配備(1)人員配備:旋挖鉆機(jī)施工機(jī)械化程度高，每班只需配備4人，其中操作司機(jī)1人，機(jī)修工1人和普工2人，操作司機(jī)主要負(fù)責(zé)機(jī)械的操作運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)修工主要負(fù)責(zé)機(jī)械故障的排除及機(jī)械狀況的檢查，普工主要負(fù)責(zé)配合換鉆頭、樁機(jī)的對(duì)位、下護(hù)筒及護(hù)筒周圍土的回填等工作。(2)料具及其他配備:旋挖鉆機(jī)自身不能造漿循環(huán)，每臺(tái)鉆機(jī)需配備一臺(tái)泥漿泵，真空泵、砂石泵輔助造漿、循環(huán)、清孔用。8 平安防護(hù)措施(1)全體施工人員，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)平安生產(chǎn)的方針、政策、法令和平安生產(chǎn)職責(zé)及平安技術(shù)

17、操作規(guī)程。(2)對(duì)于已埋設(shè)護(hù)筒未開鉆或已成樁護(hù)筒尚未撤除的應(yīng)加設(shè)護(hù)筒頂蓋或鋪設(shè)平安網(wǎng)遮罩。(3)使用的電纜要定期檢查，接頭必須綁托牢固，確保不透水、不漏電，對(duì)經(jīng)常處于水、泥漿浸泡處應(yīng)架空搭設(shè)。9 結(jié)束語旋挖鉆機(jī)成孔的優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：(1)機(jī)械操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)方便；(2)機(jī)械振動(dòng)小、噪音低；(3)鉆進(jìn)速度快，每小時(shí)可鉆進(jìn)8m左右,每臺(tái)鉆機(jī)每天可完成二顆50m鉆樁成孔作業(yè)；(4)采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁能確?？妆诓凰?；(5)可鉆較大直徑、較深樁孔;(5)每池新配置泥漿可循環(huán)三次，在第二、三次時(shí)適量添加膨潤(rùn)土、純喊或可用工業(yè)鹽替代、纖維素，綜合造價(jià)低。缺點(diǎn)：(1)鉆進(jìn)出土過程中泥漿損耗大，增加了泥漿用量；(2)泥漿護(hù)壁管理不善會(huì)產(chǎn)生塌孔；(3)沉渣處理困難，需配清孔機(jī)具。旋挖鉆機(jī)成孔工藝雖不屬新工藝，但就如何在不良地層中做好泥漿護(hù)壁管理工作仍是有待研究嘗試的，也是比擬困難的。通過在無現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)可參考的條件下，通過在在長(zhǎng)江沖積平原軟基地層中采用旋挖鉆機(jī)鉆孔，摸索經(jīng)驗(yàn)，并組織開展QC攻關(guān)活動(dòng)，在解決軟基地段大直徑深孔鉆樁方面積累了較多的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。在東荊河特大橋完成的鉆孔樁中類樁比例在90%以上，無類樁出現(xiàn)，保證了施工質(zhì)量，也保證