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1、旋挖钻机施工工艺及控制 2009-03-03 14:33一 前言 随着高速公路的迅速发展，钻孔灌注桩运用在公路桥梁基础工程中日益增加，在大中桥梁中的运用显得愈来愈重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术的快速发展。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。在成章互通主线跨省道239桥桩基施工中发挥了充分的作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加块了施工进度，确保了工程质量。 二 工程概况 成章互通主线跨省道239桥位于常州市武进区嘉泽镇成章南，桥梁角度90，桥梁全长692.85m。基础采用钻孔灌注桩，桩径分别为1.4m
2、、1.5m，桩长45m、47m、50m、不等，数量为124根。地基岩土主要以可塑或硬塑状中偏低压缩性粘土、亚粘土、中间夹有中密密实状态的粉砂层及中密密实状态的亚砂土层为主。 三 设备特点 用于桩基施工的旋挖钻机是东明TRM140型，其最大扭矩140KN.m，最大旋挖速度6-23rpm，发动机功率192KW，最大桩径1500mm。适用于粘性土、粉质土、砂土等土层施工，该钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保的特点。 四 工程施工 （一） 施工方案确定 根据该桥址处地质情况、施工工期要求紧、施工场地受到限制、环保
3、等因素，易选用旋挖钻机成孔。 （二） 施工准备 施工图纸的会审，测量放样，施工场地平整，机械设备、材料的进场。组织施工人员对施工现场进行深入的调查和研究，收集与施工相关资料，采用合理的施工组织方法，使桩基施工保持连续、均衡、有节奏地进行。 机械设备投入旋挖钻机2台（东明TRM140型），配备泥浆泵，1625T汽车吊2台等设备。 （三）施工工艺 1. 机械就位、护筒埋设 施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。 桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。 护筒埋设：护筒由厚度46mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大10015
4、0mm，每节护筒长度1.5-3.0m，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。 旋挖钻机在埋设护筒时，应由人工进行辅助配合，护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。 2. 泥浆调制 因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层，地 面水位较高的特点，调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。 泥浆相对密度：1.021.10，粘度：1822s，砂率4，泥皮厚度：2mm，PH值：大于7。 施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用，避免发生施工事故。 3. 钻孔施
5、工 旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。如下图所示。 4. 改善钻斗护壁能力 旋挖钻机施工初期，提升料筒时，发现提升力显著增大，有孔壁颈缩现象。经过详细分析，由于筒式钻斗完全无护壁作用，在提升钻斗时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩现象。因此，必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁
6、上加焊4块双曲面护壁钢板（或增设导流槽），两两对称布置，为防止升降时碰怀孔壁，钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场实践得知，改善后的钻斗在提升过程中液压系统压力显著减小，钻孔颈缩现象得到改善。 5. 控制钻斗钻进、提升速度 (1) 旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。 (2) 若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.750.80m/s。当钻斗粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。 五 钻进施工时
7、出现卡埋钻的控制措施 卡埋钻是旋挖钻机最易发生的施工事故，因此，施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。当钻机施工时出现卡埋钻现象时，采取切实可行的措施及时进行处理施工事故。 处理卡埋钻的方法如下： (1) 直接起吊法：采用吊车直接向上起吊即可。 (2) 钻斗周围疏通法：即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。 六 施工注意事项 (1) 由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。 (2) 钻机施工中检查钻斗，发现侧齿磨怀，钻斗封闭不严时必须及时整修。 (3) 泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土
8、质松散。 (4) 因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象，在钻机施工时应严格一次钻进深度。 (5) 钢筋笼或探孔器向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。 (6) 根据不同地质情况，必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用。 (7) 其他施工工艺事项，应严格按照桥涵施工技术规范和标准进行施工。 七 旋挖钻机TRM140型成孔优点 (1) 因该钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。 (2) 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，
9、是该桥回旋钻机成孔的5-6倍，因此使用于工期要求紧的工程项目。 (3) 孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快。 (4) 施工噪音低，不污染环境，使用于环境保护要求高的施工地区。 八 结束语 通过本次施工，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。由于旋挖钻机所形成的孔壁较粗糙，增加了桩侧摩阻力，克服了回旋钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差的缺点。尽管旋挖钻机投资较高，但适应性强，最终的经济效益综合指标还是远大于回旋钻机，可见旋挖钻机是一种理想的施工工艺。 旋挖钻机施工工艺探讨 近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度及施工环保等要求的不断
10、提高，一些中小型旋挖钻机已悄然兴起，越来越受到施工者的关注。旋挖钻机成桩亦称回转斗成桩、取土成桩，英文称“EarthDrill”，在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、无污染或小污染等优势，对于干硬性粘土，可不用静态泥浆稳定液护壁，一般覆盖层，采用泥浆护壁。由于中国地域广阔，地质条件较为复杂，旋挖钻机施工中成孔工艺的制定要有针对性，以防止发生埋钻、坍塌等施工事故，避免造成损失。本文结合呼和浩特市金山开发区金山电厂烟囱桩基工程成孔的施工案例，就旋挖钻机成孔过程中如何避免坍塌、埋钻等事故谈谈施工经验，以供广大施工者参考借鉴。 一、工程概况 金山电厂位于呼市金山开发区，总桩量2180根，桩型灌
11、注桩，桩径800毫米，桩深36米。沼泽地区，2米左右为少量建筑垃圾回填层，25米为粘土层，513米为亚粘土层，1315米为沙层，1529米为亚粘土层，2934米为沙层，3436米为粘土层。 二、成孔工艺 采用旋挖钻机取土成孔，成桩工艺：定桩位 埋护筒 注泥浆 钻进取土 一次清孔 放钢筋笼 插入导管 二次清孔 砼灌注 拔出护筒。施工中最大的难题：钻孔作业至513米为亚粘土层时，桩孔缩径现象严重及成桩过程中孔的坍塌，湖北某基础公司钻进10根桩，竟有6根坍塌，损失巨大。经研究发现除操作手在控制钻进尺度及回转斗提升速度等方面显得经验不足外，最大的影响在于静态泥浆的配比、钻具的结构及护筒的埋护不合理，易
12、造成护壁泥皮过薄、钻具下方负压过高及孔口渗透，从而引起坍塌事故。 三、静态泥浆的配比 旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁，可在孔壁处形成一薄层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透。针对金山电厂的地质情况，加强泥浆技术，重新调整泥浆配比，控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑感，适当添加处理剂，增强絮凝能力，确保护壁泥皮的厚度及强度。泥浆的配比成份具体如下： 静态泥浆主要材料配比表 材料名称 成分配比 主要使用上手 水 100 静态泥浆的主体 膨润土 以蒙特土为主 的粘土矿物 静态泥浆的主要材料， 便于形成泥皮，增强润滑感 纯碱 5% 处理剂，提高泥粉质 量，增加相
13、对密度 C.M.C羟甲基纤维素钠盐 0.3 处理剂，提高泥粉 量，增加粘性，增加泥皮强度 渗水防止剂 纸浆、棉子、锯屑适量 防止渗水 初次注入泥浆，尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部，造成护筒根部基土的松软，正式钻进前，再倒入23袋膨润土，启动钻机的高速甩土功能，进行充分搅拌，提高膨润土的含量，增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度，防止钻进过程孔口渗漏坍塌。在成孔过程中，确保泥浆高于地下水位2m，以有利于孔壁的稳定。 四、护筒的埋护 针对现场地质情况，专门定制高4米、厚10毫米、直径1.2米的护筒。护筒内径尺寸 较大，能贮存足够的泥浆，在钻杆提出桩孔时，可确保护筒
14、内的水压，维护孔壁泥皮的稳定。同时单边铡隙达到200毫米，可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒，保护孔口的稳固。钻进过程，操作手凭经验目测对孔定位，工作强度加大，易于疲劳，且精度低，容易造成孔的偏差及砼的超方。东明公司的钻机具有快速回转自动定位功能，每个工作循环均能精确对孔定位，即降低了操作手的劳动强度，同时能保证成孔质量，有效解决了大护筒带来的负面影响。 特制4米超高护筒，可以埋至粘土层以下500毫米，能有效防止孔口渗漏坍塌及周围环境振动、冲击对桩孔的影响。护筒埋设的传统方法：先用800毫米的回转斗钻至护筒深度，侧壁安装边刀扩至护筒外径尺寸，副卷吊起，放入护筒，校正，层层填埋夯实。因本次选用的护筒较长，且单边侧隙较大，采用传统方法，劳动强度大，效率低，耗时长，埋设护筒通常需要34小时，几乎占到总成孔时间的一半。东明公司根据现场施工情况，有针对性的研发一种超长护筒专用驱动器，固定在动力头下端的承撞体上，通过销轴，将护筒直接安装在驱动器上，利用动力
