特殊地基条件下桩基旋挖钻钻机成孔施工工法文档格式.docx
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特殊地基条件下桩基旋挖钻钻机成孔施工工法文档格式.docx
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260kN·
m
钻孔转速
7-30rpm
最大加压力
300/400kN
最大起拔力
动力头行程
10000㎜
动力头行走速度
35m/min
桅杆左右倾斜角度
±
6º
桅杆前倾角度
5º
主卷扬提升力(第一层)
240kN
主卷扬钢丝绳直径
28㎜
主卷扬提升速度
70m/min
辅卷扬提升力(第一层)
110kN
辅卷扬钢丝绳直径
20㎜
辅卷扬提升速度
工作状态宽度
4490㎜
工作状态高度
22580㎜
工作状态前/后回转半径
5700/4100㎜
运输状态宽度
3190㎜
运输状态高度
3425㎜
运输状态长度
16444㎜
系统压力
34.3MPa
先导压力
4MPa
牵引力
510kN
2.3施工效率高
该钻机适用不同地质情况,成孔效率高,约6h左右即可成孔,1天成孔3-4个,是本工程回旋钻机成孔的5-6倍,且孔壁稳定性好,成孔后清孔彻底,施工进度快,因此使用于工期要求紧的工程项目。
2.4施工经济
该钻机成孔快,扩孔率小,噪音、振动程度低,故障少,且泥浆用量少,对周围环境污染小,总的施工成本低。
2.5环保特点突出,施工现场干净。
由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土,再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。
旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁,而不用于排碴,成孔所用泥浆基本上等于孔的体积,且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。
目前很多城市在施工中的排污费用明显提高,使用旋挖钻机可以有效降低排污费用,并提高文明施工的水平。
3适用范围
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。
广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等桩(大型桩)基础施工工程,配合不同钻具,适应于干式(短螺旋),或湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业,旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活,施工效率高及多功能特点。
旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件,使用范围广,基本可满足桥梁建设,高层建筑地基础等工程的使用。
目前,旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。
3.1从对地层的适宜性来讲,既适用于粘性土,也适用于砂性土,还适用于强度不高的风化岩。
3.2从钻孔的方式来讲,既可以湿钻,也可以干钻。
3.3从钻孔桩的类型来讲,既可以钻直孔,也可以钻斜孔,最大桩径可达2.5m,最深桩长可达100m。
3.4从施工空间来讲,不需要提供较大的工作面即可作业,这是其他钻孔灌注桩所无法比拟的。
3.5从环境角度来讲,施工噪音低,不污染环境,适用于环境保护要求高的施工地区。
缺点是对于流塑状态的粘性土和松散的砂性土,必须解决泥浆问题,并慎重选用。
4工艺原理
旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上,以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源,利用筒式钻斗底部的斗齿,在液压油缸的加压下钻进,切削土体,并压入容器内,然后由钻杆提出筒式钻头,至孔口后快速回转倒土。
护壁泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成,并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内,起到静压护壁作用,以保证水头压力,如此反复循环完成成孔作业。
成孔达到设计深度和质量要求后,安装钢筋笼和导管,灌注水下混凝土。
旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆,在钻孔过程中,要制备符合性能指标的泥浆,同时要及时补充泥浆,以确保孔内水头压力,防止塌孔。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
桩孔定位→旋挖机安设钢护筒→拉十字线校核护筒中心与桩孔中心一致→实测钢护筒顶标高→旋挖机钻进,并记录时间、深度、土质情况等参数→钻进至设计深度附近时通知有关部门验孔→如符合要求,则清孔,实测孔深,计算钢笼长度。
(如不符,则继续钻进)→安装钢筋笼和导管→灌注水下混凝土
5.2操作要点
5.2.1桩位的测量放样
采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样,放样后四周设护桩并复测,误差控制在5mm以内。
桩位用10mm、长度35-40cm钢筋打入地面30cm(四周填以水泥砂浆或混凝土来保护)作为桩的中心点,然后在桩位周围做上标记,既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。
5.2.2埋设护筒
护筒的作用为固定桩位,引导钻头方向,隔离地面水流入孔内,保证孔内水位高出地下水位或施工水位,增加水头高度,保护孔壁不坍塌,确保成孔质量。
①护筒的要求
护筒选用整体式钢制护筒,壁厚20mm,高度3m,内径120cm。
为了增加护筒的刚度,防止周转使用中的变形,在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。
如果施工时地下水位较高,在施工前先用水平仪测出原地面标高、地下水位的高度,在埋设护筒时,护筒的顶端均高出地下水位2.0m以上,以增加孔内水头压力。
②护筒的埋设
在埋设护筒前,首先对场地进行平整,垫高、清除杂物。
施工中,护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。
首先正确就位钻机,使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一,然后在钻杆顶部带好筒式钻头,在钻头的端部临时连接一扩孔器,使成孔直径可达120cm,深度略小于护筒的埋深,然后用吊车吊起护筒并正确就位,用旋挖钻杆将其垂直压入土体中,从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。
护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回,使护筒中心与桩位中心重合,并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。
经确认护筒平面位置的偏差不大于50mm,倾斜度的偏差不大于1%,则将其四周用粘土填实,准备下一道工序的施工。
5.2.3钻孔
旋挖机钻孔图
①钻机就位
旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置,并在操作室内有仪表准确显示电子读数,当钻头对准桩位中心十字线时,各项数据即可锁定,勿需再作调整。
钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确,误差控制在2cm内。
②调制化学泥浆:
化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺利的一个关键性指标,经过反复实验,本桩基用泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素制成,其各组成成分性能和用量如下:
膨润土:
主要成分为蒙脱石,分钙土和钠土,使用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。
他具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。
烧碱(Na2CO3):
调整泥浆的ph值,使其保证在8—10的偏碱性范围内,以保证水化膜的厚度,提高泥浆的胶体率(稳定率)和稳定性,降低失水量,同时避免了因ph值过小而引起钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘度,也避免了ph值过大而引起粘土颗粒凝聚力减弱而造成裂解使孔壁坍塌。
纤维素(cmc):
增加泥浆粘性,使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
钻孔中化学泥浆性能指标和用量见下表5.2.3-1:
表5.2.3-1化学泥浆性能指标和用量
品名
加量
性能
指标
膨润土
3.5%
比重
1.03~1.08
Na2CO3
0.03~0.05%
粘度(S)
23~27
纤维素(cmc)
0.1%
失水量(CC/30min)
<20
泥皮厚度(mm)
<2.5
PH值
7~10
含砂量
<3%
③泥浆循环系统的布置
根据现场实际情况,在每六排墩身中间场地设置一个造浆池和泥浆净化、循环系统
④钻进
当钻机就位准确,泥浆制备合格后即开始钻进,钻进时每回次进尺控制在60cm左右,刚开始要放慢旋挖速度,并注意放斗要稳,提斗要慢,特别是在孔口5~8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正,而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆,使孔内水头保持一定高度,以增加压力,保证护壁的质量。
同时,做好整个过程中的钻进记录,随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。
在钻孔过程中,根据不同的地质情况,主要用了以下四种钻头:
挖土钻头、挖砂钻头、筒钻、螺旋钻头。
其成孔性能如下:
1)挖土钻头:
是最常用的钻头,在钻头底部有两扇仅可向斗内方向打开的合叶门。
当钻进时,斗齿切削孔底土,经合叶门将土压入斗中,当回次进尺完成提升钻头时,斗内的土在自重作用下将两扇门关紧,防止土掉入孔内。
出孔口后,通过钻杆上压盘挤压钻头上弹簧螺杆,使合叶门打开倒出斗中土。
2)挖砂钻头:
用于钻进砂性土地层,也可用于孔底清渣,这主要是基于砂性土无粘结力而设计。
3)筒钻:
整体结构与挖土钻头基本一样,只是底部没有封口。
主要用于钻取胶结岩层,与螺旋钻配合使用效果更佳。
4)螺旋钻头:
依靠螺旋叶片之间的空间收集从孔底切削的土体,主要用于钻进胶结层,由小及大,循序渐进,达到破坏胶结层的整体性,从而达到进尺的目的。
与桶钻配合使用效果更佳。
另外,对于粘性土,特别适宜干法钻进。
弃渣外运与钻进同步进行,每从孔内出几桶钻渣,就用装载机及时的外运至弃渣场,以减少现场施工干扰,减少弃渣对桩孔的压力,确保施工现场的文明和质量安全。
6材料与设备
本工法无需特别说明的材料,采用机具设备见表6
表6机具设备表
序号
机械名称
型号
数量
用途
1
旋挖钻机
三一SR250R
2台
钻孔
2
全站仪
TC1800
1台
桩定位
3
水准仪
DS3
测护筒标高
4
钢卷尺
T12-3
2把
测桩深度
5
装载机
ZL50
装运渣土
6
挖掘机
PC320
挖土、清泥浆等
7
泥浆泵
3pn1
3台
成孔排污
8
自卸汽车
后八轮
余土外运
7质量控制
7.1防止塌孔、提高成孔质量
旋挖成孔灌注桩施工大多在第四纪松散地层,塌孔是灌注桩施工中最为常见的事故。
主要原因有:
泥浆稳定液选择不当,护筒埋设不当,水头压力不够等。
预防措施有:
钻进前即选择与地层相适应的泥浆稳定液护壁钻进。
护筒应埋置在稳定地层,周围黏土捣实,埋设位置应与孔位同心。
松散的粉砂层钻进时,应适当控制进尺速度,轻进慢进。
终孔后,做灌注混凝土准备时,应保证足够的补水量。
7.2防止孔斜、保证桩孔垂直度
孔斜产生的原因是钻进松散地层中遇到较大圆滑孤石或探头石,将钻具挤离孔轴线,钻具由软地层进入硬地层或粒径差别太大的砂砾层,钻头所受阻力不均,导致钻具倾斜,造成孔斜。
或者钻机位置发生串动,或底座产生局部下沉使钻孔倾斜。
预防的措施是:
用好泥浆稳定液,保持孔壁稳定,放慢钻进速度,加固钻机底座,提高地耐力,采用导向性好,桅杆刚性强的旋挖钻机进行施工。
7.3防止黏土层缩径、糊钻
黏土层具有较强的造浆能力和遇水膨胀的特性,钻进时除应严格控制泥浆黏度增大外,还应适量向孔内投部分砂砾,防止糊钻,钻进时不宜用捞砂斗钻进,应选择扩孔器稍大的单底钻头钻进。
7.4质量检测手段
7.4.1桩位偏移用直尺进行测量。
7.4.2桩的成孔深度用测绳测量。
7.4.3桩的垂直度用检孔器测量。
7.4.4泥浆比重用比重计测定,泥浆稠度用漏斗粘度计测定,含砂量用含砂计量器测定,沉渣厚度用测绳来相对测定。
7.4.5桩身完整性和桩基砼质量采用探测器超声波检测。
表5-1成孔质量标准
项目
允许偏差
孔径
不小于设计孔深
孔深
孔位中心偏心
50mm
倾斜度
≤1%孔深
桩底沉渣厚度
≤200mm
8环保原理
因旋挖钻机属低噪音、无振动环保型钻机,在钻进过程中噪音在65分贝以内,且在成孔过程中为原始土挖掘状态,通过钻斗提升直接装卸在自卸土方车上,从而使成孔过程实现无泥浆排放。
如挖掘的原始土含水率太大或呈流塑状态,如果再配有现场流塑土减水固化处理装置,对挖上来的流塑土进行减水固化处理后变成干土,然后通过自卸车进行装运,满足了城市环保要求。
9效益分析
旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强,废浆少、低噪音、污染小等特点。
保护了环境,克服了机械成孔时孔底沉淤土多,桩侧摩阻力低,泥浆管理差的缺点,极大地提高了施工质量。
采用本工法施工的综合楼桩基工程,平均每日成孔4根,大大缩短了工期,且成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低,是一种理想的施工工艺。
赢得了业主、监理的一致好评,为我公司创造了良好的经济效益和社会效益。
阳煤集团综合楼桩基施工图
10应用实例
阳泉煤业集团有限责任公司综合楼:
建筑面积为37857.3m²
,地下二层,地上三十二层,钢筋混凝土剪力墙结构,桩成孔采用了旋挖机钻孔灌注桩施工,桩数122根,桩径1000㎜(部分1500㎜),于2009年10月3日开工,2009年11月5日完成了全部灌注桩的施工。
2009年11月10日~2009年11月20日由徐州中岩工程检测有限公司对综合楼3根灌注桩进行了单桩竖向抗压静载试验以及122根灌注桩的桩基进行了低应变动力检测,检测结果全部满足设计及规范要求。
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