摘要:旋挖钻机施工工艺和正循环冲击钻机施工工艺相结合,充分发挥了旋挖钻机施工土层速度快和正循环冲击 钻机施工岩层速度快的优点,从而打破嵌岩桩施工的传统工艺,为大口径嵌岩桩施工提供经验和技术参考。通过 马鞍山市体育馆会展中心体育场桩基工程采用旋挖钻机施工工艺和正循环冲击钻机组合成孔工艺的成功实例,介 绍了该工艺的施工技术措施及注意要点。
1 旋挖钻机和冲击钻机的优缺点?
1.1 旋挖钻机
优点:最突出方面当属钻进土层速度快,移位 可以满足工期要求较高的工程;自带的平衡系统可以 很快地控制、检查成孔垂直度。
缺点:自身没有安装钢筋笼和浇注混凝土的装置, 需要配备挖掘机、吊车,一般旋挖钻机仅局限于挖取 土层和强风化土层成桩,遇中风化岩层和地下障碍即 无法成桩。
1.2 冲击钻机 优点:最大的优点是适应性强,无论是土层、还是质坚的岩层,都可以顺利成桩,还可以自下钢筋笼 下导管灌注混凝土。
缺点:整体成孔效率低,移位速度慢,影响进度。 在土层中施工容易出现倾斜,扩孔的状况,导致混凝 土超灌,增加了材料成本,全程采用造浆护壁,增加 文明施工的措施费。
2 工程实况
2.1 工程概况
工程概况: 芜湖市三山电厂桩基工程,造价?1390 万元,桩数 953 根。电厂桩基工程的一半处于?原旦山山体,根据工勘报告揭示,近 400 根桩上部为 土层,桩端为强风化或中风化岩层。桩径分别为 800,?1000,1400mm 平均桩长 21 米,土层约 19 米,入岩?层约 2m。 本工程为芜湖市重点大型基础公共工程, 社会关注度高,质量,工期,安全文明施工要求高。
本工程按设计要求,先施工 3 根试桩,目的是为了 护筒用核对勘察报告提供的地质数据,检查设计单桩 承载力, 选择最佳施工工艺。试桩使用一台 GPS-15 型钻机,一台 4PNL 型泥浆泵,钻头采用牙轮钻头。
试桩结束后发现采用该施工方法存在以下问题：
(1)钻机成孔速度慢,尤其施工中风化岩层更加耗 时间,平均成桩时间为 4 天,不能满足本工程工期要求。
2.2 工程地质
①素填土:人工堆积,灰黄色,松散,局部稍密;
②粉质黏土:黄褐色、灰黄色,可塑,局部硬塑, 土质欠均匀,局部夹少量灰白色的高岭土条带和黑 褐色的铁锰质结核。
③粉质黏土:灰黄色,成可塑状,局部软塑,土质 欠均匀,较纯。
④粉质黏土:褐黄色、黄棕色,可塑,局部硬塑, 土质欠均匀,局部夹少量灰白色的高岭土条带和黑褐色的铁锰质结核。
⑤残积土:淡灰黄色,淡土灰色,呈密实状,局部中密,土质欠均匀,一般由粘性土和角砾组成,局部 夹有液石;
⑥泥岩(强风化):一般为灰黄色 , 局部土黄色, 密实~中密,欠均匀,一般呈土状,局部呈细砂状,手捏易碎。?
⑦泥岩(中风化):灰黄色,灰色, 中风化状,裂隙发育,部分胶结,坚硬程度为软岩,完整程度为较 破碎,基本质量等级为V级。
⑧安山岩(中风化):灰黄色,裂隙发育一般,裂 隙发育未胶结,完整程度性一般,强度一般,坚硬程度为较软岩,完整程度为较破碎,基本质量等级为IV级。
⑨石灰岩：青灰色，灰色，见裂隙，岩体较破碎，坚硬程度为软岩，基本质量等级为Ⅳ级
⑩石灰岩：青灰色，裂隙较发育，为较硬岩，岩体较破碎，基本质量等级为Ⅲ级。
(1)在钻孔前,应埋设护筒,起定位,保护孔口等作用; 护筒用 8~10mm 厚的钢板制作,其内径比钻头直径大 20cm,护筒顶端高出地面 30cm,埋入土中的深度在1.2~1.5m,在护筒顶部开设 1 个溢水口。
(2)为保护护筒顶的位置正确、稳定,护筒与土壁之间应用无杂质的黏土填实,护筒中心与桩位中心偏差>? 2cm。
(3)使用牙轮钻头施工岩层,牙轮磨损严重,增加施工 成本。
(4)正循环泥浆护壁施工工艺,需要大量的水造浆,施 工成本高。
(5)正循环泥浆护壁施工工艺,把土置换成泥浆,泥浆 外运费用高,文明施工管理难。
本工程项目组织针对本工程的特点,权衡利弊,研究 决定采用旋挖钻机施工土层至中风化岩层,在采用正循环 冲击钻机施工中风化岩层至设计标高,两机结合扬长避短。
3 主要施工设备和器具
主要施工设备和器具见表一
表一 主要施工设备和器具
序号 机械名称 型号规格 数量 备注
1 旋挖钻机 XW20 1台
2 挖斗 ф800，ф1000，ф1400 3个 各型号备用1套
3 冲击钻机 CZ-60 5台
4 冲击锤 3．5 T空心锤 5个 备用3个
5 泥浆泵 4PNL 5台 备用3台
4 施工技术措施
4.1 施工工艺流程
旋挖钻机与正循环冲击钻机组合工艺流程为：
平整场地----测量放线----挖埋护筒,复桩位----旋挖钻 机就位,校正----挖至岩层,移机----冲击钻机就位,校正---- 造浆,成孔----终孔、一次清孔----下笼、下导管----浇注商品混凝土。
旋挖钻机平均每根桩挖至风化岩需要40min左右，而冲击钻机每根桩冲击至设计深度平均需要 3h 左右。实际旋挖钻 机工作半天即可满足 5 台冲击钻机的施工,其余时间旋挖钻 机负责开挖嵌岩只需到强风化类型的桩。?4.2 主要技术措施
4.2.1 放样、校样工艺
由专业测量人员测放桩位,报监理验收合格后,进行下道工序。
4.2.2 埋设护筒
注成桩,混凝土采用水下 C15 商品混凝土,浇注首批?混凝土时,导管下口距孔底应保持 30~50cm,在满足首灌量的的情况下,将混凝土导入孔底,导管始终保持在混凝土内有 3~6m 的埋深,随孔内混凝土面上升不断提拔、拆卸导管,直至混凝土面达到桩顶设计标高。孔内混凝土靠自重自落,导管反复捣插密实,此时应注意浮笼现象,发现应及时处理。
4.2.3 成孔过程中的技术措施
(1)旋挖钻机取土过程中,利用挖机配合翻土。旋挖钻机成孔过程中利用旋挖钻机的平衡系统对 成孔中心位置,垂直度等项目精确控制。
(2)旋挖钻机移至下根桩继续施工,冲击钻机 就位,对桩位进行复核。旋挖成孔至预计孔深后形 成的孔洞,可以辅助冲击钻机,起到道向的作用。 成孔具体机理为采用冲击钻头冲击岩层成孔,冲孔 产生的钻渣依靠循环的泥浆从孔底带出孔口,如此往复,直至设计孔深。
(3)应冲击钻机主要冲击岩层,应调整泥浆密度,以保证钻渣的悬浮和孔壁护壁,泥浆面应高出 地下水1.0m以上。
(4)当进入持力层试时,应会同勘察、监理等 等单位判断持力层的顶面位置,然后冲击至相应 的入岩深度。
(5)成孔结束后,应对成孔中心位置、孔深、 孔径、垂直度、孔低沉渣等项目进行检查,并请 监理或建设单位现场代表复查,及时填写施工记录。?
4.2.4 清孔工艺
采用泥浆循环清孔,清孔分 2 次进行,第 一次清孔在孔深达设计标高后,钻头提离孔底 20~30cm轻质泥浆由孔口流入孔内，置换孔内农泥浆，直至泥浆指标符合规范要求；第二次清孔在钢筋笼下入后，灌注混凝土之前进行，二次清孔要求沉渣厚度<5cm，混凝土必须在二清后30 min内浇注。清孔后泥浆指标为：密度≤1.2g/cm3 黏度≤28s，含砂率≤8%
4.2.5钢筋笼的制作安装
主筋搭接采用单面搭接焊，加强筋与主筋部位采用双面点焊，钢筋笼安装用冲击钻机安 放，安装钢筋笼标高控制，用2ф16吊筋悬挂于孔口固定。
4.2.5水下混凝土灌注成桩工艺
二次清孔达标后，用导管进行水下混凝土灌
4.2.6 混凝土顶面控制
应反复测量混凝土面,按设计要求控制好桩顶标高。最终确保混凝土面应高出设计桩顶标高 1 倍桩径 以上,确保凿除浮浆后桩顶混凝土强度能够满足设计 要求。
5 施工注意要点
本工程安排了一台旋挖钻机辅助五台冲击钻机施工。为了确保各种机械设备有序交叉作业,在施工前,项目组安排专业人研究图纸,在电脑 CAD 上精确演 示,结合实际丈量数据,科学地制定出各类机械行走 路线,泥浆池、泥浆沟位置,并表注在施工图纸上, 督促施工员严格执行。
本工程土层为粉质黏土,土质适易旋挖钻机干成 孔作业和冲击钻机造浆用,本工程勘察为每桩一孔, 考虑到冲击钻机的泥浆制备,项目部技术人员须提前 计算土岩分界面的深度,旋挖钻机取土时直接预留 1m 左右的土层给冲击钻机造浆,有时为了加快施工速度, 由旋挖钻机施工至中风化岩层,冲击钻机施工时,用 泥浆泵抽取适量泥浆至孔内供造浆。施工管理人员一 般视现场机械作业情况,灵活安排。
6 结束语
芜湖市三山电厂桩基工程,旋挖钻机和冲击钻机配合成桩 351 根,降低了施工成本,并使工期提前了 25 天,取得了良好的经济效益和社会效益。
随着建筑科学的发展,高层建筑逐渐成为房建的 发展方向,同时大口径的嵌岩桩也成为高层建筑的首 选基础,如何确保大口径的嵌岩桩工程的质量和进度 并控制成本,已成为大口径的嵌岩桩施工必须注意的 问题。本文通过工程实践验证了旋挖钻机和冲击钻机 组合工艺在大口径的嵌岩桩施工中的优点。旋挖钻机 和冲击钻机组合工艺,打破了传统嵌岩桩采用单一机 械施工的现状(原先采用水井钻机、冲击钻机、潜水 钻机),不但提高了工程进度,节约了施工成本,确保 工地文明施工,而且为旋挖钻机施工大口径的嵌岩桩 探索出了捷径,为同类型的桩基工程施工积累了经验, 有一定的推广价值。
参考文献：
⑴潭现锋，姜春永，朱学顺跟管钻进在旋挖钻机施工 桩基工程中的应用[J]。施工技术，2006,35(6):17—18,21
⑵顾晓鲁。地基与基础（第二版）[M]。北京：中国建 筑工业出版社，1990。
⑶潭现锋，朱学顺湿式旋挖工法中埋钻事故的处理[J]。 探矿工程（岩土掘进工程），2005,32(10):26—27
⑷潭现锋，朱学顺静态泥浆护壁湿式旋挖工法应用[J]探矿工程（岩土掘进工程），2005,32(12):22--23
(5)彭卫东。冲击钻机与回转钻机在码头嵌岩斜桩施工 的应用。[J]中国港湾建,2009,
(6):59--62 (6)JG94—2008,建筑桩基技术规范[S]
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