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1、旋挖钻孔灌注桩施工工法 前言:旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史,在中国也是在最近四五年才被逐渐认识和应用,成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法,旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺” ,其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备,可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量;旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔。吊放钢筋笼、灌注砼、后压浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺。此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快
2、速穿过各种复杂地层,在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。1 旋挖钻孔桩的施工特点1.1可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。1.2自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动,电脑控制,能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度,最大限度地保证钻孔质量。其工效是循环钻机的20倍,最重要的是,工程的质量和进度得到了充分的保证。目前在我国的公路、铁路、桥梁和大型的建筑物的基础桩施工中均有采用。1.3伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力,而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降,快速卸土,以缩短钻孔辅助作业的时间,提高钻进效率。1.4环
3、保特点突出,施工现场干净。这是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。1.5履带底盘承载,接地压力小,适合于各种工况,在施工场地内行走移位方便,机机动灵活,对桩孔的定位非常准确、方便。1.6旋挖钻机的地层适应能力强旋挖钻机可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层等地层。1.7在孔壁上形成较明显的螺旋线。有助于提高桩的的摩阻力。1.8吊放钢筋笼、灌注砼等施工场
4、地较其他工艺容易布置。1.9自带柴油动力,缓解施工现场电力不足的矛盾,并排除了动力电缆造成的安全隐患2 适用范围旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层,借钻具自重和钻机加压力,耙齿切入土层,在回转力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具,适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。根据不同的地质条件选用不同的钻杆、钻头及合理的斗齿刃角。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机,可以适应微风化岩层的施工。目前,旋挖钻机的最大钻孔直径为3m,最大钻孔深度达120m,(主要集中在40m以内),最大钻孔扭矩620kNm。3 工艺原理主要是
5、其成孔工艺与其它桩基不同,旋挖钻机的钻进工艺旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺(当然也有干土直接取土工艺,视工地现场地层条件而定),是一种无冲洗介质循环的钻进方法,但钻进时为保护孔壁稳定,孔内要注满优质泥浆(稳定液)。旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时,依靠钻杆和钻头自重切入土层,斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土;遇硬土时,自重力不足以使斗齿切入土层,此时可通过加压油缸对钻杆加压,强行将斗齿切入土中,完成钻孔取土。钻斗内装满土后,由起重机提升钻杆及钻斗至地面,拉动钻斗上的开关即打开底门,钻斗内的土依靠自重作用自动排出。钻杆向下放关好斗门,再回转到孔内进
6、行下一斗的挖掘。旋挖钻机行走机动、灵活,终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。钢筋笼加工制作、吊放,后压浆工艺同其它桩基施工。4 工艺流程及操作要点4.1施工工艺流程4.2施工要点4.2.1泥浆的配比与制备4.2.1.1泥浆的配比泥浆配比中所用材料作用:水:稳定液的主要成份;粘土、膨润土:稳定液的主要材料;工业用碱:调节泥浆PH值;重晶石:增加相对密度;CMC:增加粘性,增加泥皮强度;渗水防止剂:防止渗水。粘土用量:配制1m3泥浆按泥浆比重要求,所需粘土重量q(kg)为式中 粘土的比重;泥浆的比重;水的比重。配浆水用量:配制1m3泥浆所需水用量V(L) 加重剂用量:配制加重泥浆时,加重剂的重量W
7、(kg)为:式中 加重剂比重;加重泥浆比重;原浆的比重。降底泥浆比重所需含水量X(m2)式中 原浆体积;原浆比重;加水稀释后的泥浆比重;水的比重。4.2.1.2泥浆制备现场设泥浆池(含回浆用沉淀池及泥浆储备池)一般为钻孔容积的1. 52. 0倍,要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区,沉渣采用反铲清理后放在渣土区,保证泥浆的巡回空间和存储空间。制务泥浆的的设备有两种,一是用泥浆搅拌机,一是有用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器;使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。护壁泥浆再生处理:施工中采用重力沉降除渣法,即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池
8、用作回收护壁泥浆使用,泥浆经沉淀净化后,输送到储浆池中,在储浆池中进一步处理(加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能)经测试合格后重复使用。4.2.2埋设护筒桩基定位后,根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩,以四个控制桩为基准埋设钢护筒,为了保护孔口防止坍塌,形成孔内水头和定位导向,护筒的埋设是旋挖作业中的关键。护筒选用10mm厚钢板卷制而成,护筒内径为设计桩径+20cm,高度2.0m,上部开设2个溢浆孔,护筒埋设时,由人工、机械配合完成,主要利用钻机旋挖斗将其静力压入土中,其顶端应高出地面20cm,并保持水平,埋设深度1.8 m,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设要保持垂直,倾斜率应
9、小于1.5。4.2.3钻孔定位在桩位复核正确,护筒埋设符合要求,护筒、地坪标高已测定的基础上,钻机才能就位;桩机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后,利用自动控制系统调整其垂直度,钻机安放定位时,要机座平整,机塔垂直,转盘(钻头)中心与护筒十字线中心对正,注入稳定液后,进行钻孔。4.2.4钻进成孔成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程对钻头磨损超标的及时更换;根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度;根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长,计算出桩底标高,以便钻孔时加以控制。成孔中,按试桩施工确定的参
10、数进行施工,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。钻机就位时,必须保持平整、稳固,不发生倾斜。为准确控制孔深,应备有校核后百米钢丝测绳,并观测自动深度记录仪,以便在施工中进行观测、记录。钻进过程中经常检查钻杆垂度,确保孔壁垂直。钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速
11、度,防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进成孔过程中,根据地层、孔深变化,合理选择钻进参数,及时调制泥浆,保证成孔质量。在进入沙层和卵石层时,应适当减慢进尺速度,提高泥浆的稠度,减小每个钻进回次的进尺量,保证孔壁稳定。钻进施工时,利用正铲及时将钻渣清运,保证场地干净整洁,利于下一步施工。钻进达到要求孔深停钻后,注意保持孔内泥浆的浆面高程,确保孔壁的稳定。孔底沉淤控制。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土,后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓,钻至设计标高对土
12、的扰动很小,没有聚淤漏斗,所以要加强稳定液的管理,控制固相含量,提高粘度,防止快速沉淀,还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。成孔深度达到设计要求后,应尽快进行钻机移位、终孔验收工作;从清孔停止至混凝土开始浇灌,应控制在1.5-3h,一般不得超过4h,否则应重新清孔。4.2.5钢筋笼制作、吊放旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快,且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在钢筋笼制作、安装上采取合理措施,避免安装时钢筋笼刮伤孔壁,就可以大大地降低沉渣厚度,有效防止塌孔的发生。4.2.5.1钢材规格、材质、焊条型号符合设计和规范要求,进料要有材质单、合格证。4.2.5.2钢筋连接采用剥肋直螺纹连接,为了保证接头套丝质量
13、,钢筋采用剪切机下料,剥肋滚压直螺纹机加工丝头,使用螺纹环规进行检测,用力矩扳手拧紧。接头质量、性能符合级接头的性能要求,制作好的丝头要用钢筋保护帽进行保护,防止螺纹被碰伤或被污物污染。4.2.5.3钢筋笼制作允许偏差:主筋间距10mm,箍筋间距20mm,直径10mm,长度100mm。4.2.5.4主筋保护层50mm,用钢筋耳控制,允许偏差20mm,要确保钢筋笼居于钻孔中间;沿钢筋笼每隔2m放置一组,每组设置4个,按90均匀安放,既可避免笼体碰撞孔壁,又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。4.2.5.5钢筋笼存放、运输、吊装时,要谨防变形。4.2.5.6通长钢筋笼采用一次吊放。钢
14、筋笼起吊及运输过程中用一台履带吊和一台汽车吊六点起吊法起吊,应保证整体、平直起吊。钢筋笼扶直过程中使用两台吊车,笼子吊离地面后,利用重心偏移原理,通过起吊钢丝绳在吊车钩上的滑运并稍加人力控制,实现扶直,起吊转化为垂直起吊,以便入孔。用吊车吊放,入孔时应轻放慢放,人孔不得强行左右旋转,严禁高起猛落、碰撞和强压下放。钢筋笼安装完毕以后,必须立即固定;笼子到位(孔底)时要复核笼顶标高。4.2. 6 安装导管安放前认真检查导管,保证它有良好的密封性。试验水压为 1Mpa,不漏水的导管方可使用。导管要定期进行水密性试验,下导管前要检查是否漏气、漏水和变形,是否安放了“O”形密封圈并涂抹润滑油等。利用吊车
15、将导管放入,导管直径、长度应与孔深配套(距孔底0.5m左右);全部下入孔内后,应放到孔底,以便核对导管长度及孔深,然后提起3050cm,进行二次清孔。初灌量应保证混凝土扩散后,导管埋入深度不小于0.8m,为防止混凝土与稳定液混合,在灌注混凝土前,用充气球胆浮于管内。下放导管时,丝扣要对正、扭紧,不得碰撞钢筋笼,导管直径300 mm,标准节长3 m,调整长度0.5m、1.5m、2.0m各一节。 4.2.7水下浇注混凝土水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序,施工质量将严重影响灌注桩的质量,所以在施工中必须注意。4.2.7.1灌注前首先检查漏斗、测试仪器、量具、隔水塞等各项器械的完好情况。4.2.7.2采用商品砼,强度等级为C40,粗骨料最大粒径不得大于25mm,坍落度20020mm,扩散度为34cm45cm。4.2.7.3导管埋深:要保持在2-6m,严禁导管提出砼面,设专职人员测量导管内外砼高差,确保灌注连续并填写水下砼灌注记录。4.2.7.4在确认初存量备足后,即可开始灌注,借助砼重量排除导管内的泥浆,首次浇灌时,初灌量应将导管底端能一次埋入0.81.2m并且导管内存留的混凝土高度,足以抵制钻孔内的泥浆侵入导管。4.2.7.5在实际浇灌混凝土过程中,经常检查导管埋置深度。要连续浇灌混凝土,不得中断,导管埋置深度最小不得小于2m,最大不得大于8m,超过8m容易造成钢筋笼上浮,堵管、埋