复杂地质及周边环境全回转全套管技术工程应用课件

全回转全套管设备在特殊环境复杂全回转全套管设备在特殊环境复杂地层中的应用地层中的应用江苏通州基础工程有限公司江苏通州基础工程有限公司徐州盾安重工机械制造有限公司徐州盾安重工机械制造有限公司许金星许金星2018年年4 月月 上海上海全回转全套管设备在特殊环境复杂地层中的应用江苏通州基础工程目录目录一、引言一、引言二、机械设备二、机械设备三、工艺原理三、工艺原理四、工艺流程四、工艺流程五、工程应用五、工程应用六、总结六、总结目录一、引言第一部分第一部分引引 言言第一部分引言1引引 言言桩基工程施工时，当遇到紧临地下建筑物周边，对位移敏感的特殊构筑物，或者遇到坚硬深厚卵石层、砾石层，桩位下方存在高承压水，或设计桩位下方存在废桩、垃圾土等障碍物时，会对桩基施工的顺利成孔、进度与质量造成较大影响。针对上述问题，采用常规的泥浆护壁回转钻进成孔、旋挖钻进成孔、冲击成孔的施工方法受到限制，同时也存在护壁用的泥浆污染环境、成孔质量差及垂直度不易控制等缺点，尤其是成孔产生的振动，对敏感建筑物造成的影响不容忽视（如地铁周边）。近年来出现的全回转全套管配合旋挖钻机钻进或配合履带吊冲抓钻进技术，可以有效进行地下清障或成桩施工，尤其套管超前工况下更适用于地铁周边或周边环境及地质条件复杂的场合，近年来已被工程界广泛采用。1引言桩基工程施工时，当遇到紧临地下建筑物周边，对位移敏第二部分第二部分机械设备机械设备第二部分机械设备2机械设备机械设备全回转全套管技术的设备包括全回转驱动装置、液压动力装置、钢套管、冲抓斗等。此外，为实现对大体积钢筋混凝土块体、老桩等进行破碎，还配有液压重锤和铅锤。2机械设备全回转全套管技术的设备包括全回转驱动装置、液压动力2机械设备机械设备全回转主机和液压动力站全回转主机和液压动力站2机械设备全回转主机和液压动力站2机械设备机械设备钢套管钢套管冲抓斗冲抓斗刀筒节刀筒节机械设备机械设备2冲锤冲锤刀头刀头2机械设备钢套管冲抓斗刀筒节机械设备2冲锤刀头第三部分第三部分工艺原理工艺原理第三部分工艺原理3工艺原理工艺原理原理：全回转钻机动力设备夹紧套管进行360回转钻进，在压入力和扭矩的共同作用下将套管压入土层深部，首节套管带合金刀头，在钻进同时切割硬质土层或障碍物。楔形块通过上部回转支承安装在夹紧装置平台上，并均布在套管的周围。当安装在套管夹紧装置上的夹紧油缸收缩时楔形块被挤进套管与大齿圈之间，夹紧套管。驱动装置中带行星减速机的液压马达回转工作时，回转扭矩通过大齿圈和楔形块传递给套管，进行钻孔掘削作业。当夹紧油缸伸长时，楔形块被抬起，松开套管。通过压拔装置中液压油缸的伸缩将套管压入或拔出土中。套管中的岩土可用冲抓斗或旋挖钻机取出。遇到大的漂石或孤石可先用十字冲锤砸碎再取出。套管钻至设计标高位置后，即可进行后续成桩或回填作业。全回转全套管工艺原理全回转全套管工艺原理3工艺原理原理：全回转钻机动力设备夹紧套管进行360回转钻3工艺原理工艺原理装置示意图装置示意图装置俯视图装置俯视图3工艺原理装置示意图装置俯视图第四部分第四部分工艺流程工艺流程第四部分工艺流程工艺流程工艺流程1、施工准备施工准备的主要工作为平整场地，由于该钻机设备较大且相关辅助较多，对进出通道及作业平台有一定的要求，故施工准备需考虑如桩基钢筋笼加工制作、渣土转运、钢筋笼起吊安装、桩基混凝土灌注等作业所必须的施工通道和作业平面。2、测量放线首先对设计图纸提供的坐标、高程等有关数据进行认真复核，确认无误后采用全站仪进行桩位放样，桩中心放样完毕后，沿桩中心拉十字线至1.8m以外并作好护桩标记。测量定位全回转钻机就位1、施工准备测量定位全回转钻机就位3、全回转主机就位点位放出后，吊放全回转底盘，底盘中心要和桩中心点重合。再吊放主机，安装在底盘上，最后安装反力叉。4、吊装安放钢套管主机就位后，吊放安装钢套管。吊装套管与接管3、全回转主机就位4、吊装安放钢套管吊装套管与接管5、测量调整垂直度全回转钻机就位后，进行回转钻进，回转驱动套管的同时下压套管，实现套管快速钻入地层，钢套管钻进时，在XY两个方向使用线锤调整套管垂直度。成孔中监控调整垂直度5、测量调整垂直度成孔中监控调整垂直度6、套管钻进取土套管钻入地层的同时，利用吊机沿套管内壁释放冲抓斗至孔底实现冲抓取土或利用旋挖钻机进行取土。四川茂县太平大桥冲抓斗取出岩石南京大光路K6盾构接收井冲抓斗取土6、套管钻进取土四川茂县太平大桥冲抓斗取出岩石南京大光路K67、钢筋笼制作安装成孔至设计标高后，清孔。经地勘、监理、甲方验收合格后。进行钢筋笼安装。大胜关5号井制作吊装安放孔口焊接钢筋笼7、钢筋笼制作安装大胜关5号井制作吊装安放孔口焊接钢筋笼8、混凝土浇筑、拔套管、浇筑成桩钢筋笼安装完毕后，浇筑混凝土，混凝土浇筑到一定高度后，起拔套管。浇筑砼拔除套管8、混凝土浇筑、拔套管、浇筑成桩浇筑砼拔除套管第五部分第五部分工程应用工程应用第五部分工程应用5工程应用工程应用一、四川茂县新建成兰铁路太平站四一、四川茂县新建成兰铁路太平站四线大桥全回转钻孔灌注桩施工线大桥全回转钻孔灌注桩施工5.1、高承压水松软土地区超长大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、高承压水松软土地区超长大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例5工程应用一、四川茂县新建成兰铁路太平站四线大桥全回转钻孔灌5工程应用工程应用 四川茂县成兰铁路太平站四线大桥桩基，桩径1.5米，成桩孔深最大达143.8米，是国内目前全回转全套管施工最深的灌注桩，也是全回转钻机工法在世界上最深的钢套管灌注桩，下覆埋深超过90米的1MPa高承压水水位；施工采用盾安重工DTR2605HDTR2605H全回转钻机套管跟进工艺隔断承压水，套管分级设置全回转钻机套管跟进工艺隔断承压水，套管分级设置，外套管采用直径2m钢套管（60余m)，内套管采用直径1.5m的钢套管施工（不拔除），施工桩基七十余根，成功率100%。5工程应用四川茂县成兰铁路太平站四线 本工程地下水主要为沟床碎石土内的孔隙水潜水，其次为埋藏于土层中的承压水，根据19-09钻探情况，钻探至约94.7m时，孔内涌水，水桩喷出地表约68m，水量约25m3/d，承压水压力约1MPa。工程应用工程应用5本工程地下水主要为沟床碎石土内的孔隙水潜水，其次为埋藏5工程应用工程应用143.8深孔施工深孔施工冲抓取土冲抓取土5工程应用143.8深孔施工冲抓取土5工程应用工程应用高承压水自然喷涌高承压水自然喷涌桩基合格检测报告桩基合格检测报告5工程应用高承压水自然喷涌桩基合格5工程应用工程应用二、沪昆铁路桂林段甘塘江大桥全回转钻孔灌注桩施工二、沪昆铁路桂林段甘塘江大桥全回转钻孔灌注桩施工 该工程加固采用1.5m直径钢套管桩，桩深40-80m；地层分布有砂层、卵砾石层和呈串珠状发育溶洞等，且地下水位较高。施工过程严禁对高铁运行产生干扰、中铁十二局局指挥部采用了全回转全套管全回转全套管施工工艺，我公司盾安重工DTR2605H全回转钻机参与了抢险施工，抢险前高铁运行经过此里程段下沉3mm，实际施工过程中，高铁运行下沉降监测仍为3mm，经十二局局指挥部确认全回转套管施工对运行的高铁未产生任何干扰，成功的完成了中铁十二局分配的施工任务。5.1、喀斯特地区的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、喀斯特地区的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例5工程应用二、沪昆铁路桂林段甘塘江大桥全回转钻孔灌注桩施工5工程应用工程应用 全回转钻机施工中5工程应用全回转钻机施工中5工程应用工程应用三、三、杭州凤凰公园地铁站全回转钻孔灌注桩施工杭州凤凰公园地铁站全回转钻孔灌注桩施工 杭州凤凰公园地铁站钻孔灌注桩直径1.0m，桩长约80m，总数24根。由于本工程地下发育有大型溶洞，采用盾安重工DTR2005H全回转钻机成孔施工方案，套管采用1000mm钢管，壁厚30mm，穿过溶洞，进入桩基持力层中风化石英砂岩或硅质灰岩，套管不拔除，采用冲抓作业成孔工艺。5.1、喀斯特地区的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、喀斯特地区的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例5工程应用三、杭州凤凰公园地铁站全回转钻孔灌注桩施工5工程应用工程应用 从地下从地下80m抓出来的硅质灰岩抓出来的硅质灰岩和石英砂岩和石英砂岩钻孔柱状图钻孔柱状图5工程应用从地下80m抓出来的硅质灰岩和石英砂岩5工程应用工程应用 全回转灌注桩施工中全回转灌注桩施工中5工程应用全回转灌注桩施工中5工程应用工程应用四、杭州备塘路改建工程全回转钻孔灌注桩施工四、杭州备塘路改建工程全回转钻孔灌注桩施工 备塘路（艮山西路-德胜路）改建工程，实施里程长约1.9公里，其中桥梁长度1235.6米，最大跨径120米。本桩基施工地点位置为23号和24号桥墩，共计24根。桩基孔深78米，桩长70米。桩身上部采用直径2.0m壁厚32mm的钢套管进行护壁，套管长度44m，下部34m采用旋挖泥浆护壁成孔。桥墩之间为杭州地铁一号线，离地铁最近的桩为5m,为了保证地铁在桩基施工期间的运行安全，采用盾安重工DTR2005H全回转全套管钻机+BG38旋挖钻机成孔工艺，最大程度减小施工过程对周围土体的扰动，桩基施工结束后地铁沉降10mm。5.1、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例5工程应用四、杭州备塘路改建工程全回转钻孔灌注桩施工5工程应用工程应用 钢套管焊接钢套管焊接冲抓取土冲抓取土BG38旋挖钻机旋挖钻机5工程应用钢套管焊接冲抓取土BG38旋挖钻机5工程应用工程应用 两台全回转同时在一个承台上施工两台全回转同时在一个承台上施工混凝土灌注混凝土灌注5工程应用两台全回转同时在一个承台上施工混凝土灌5工程应用工程应用五、南京五、南京龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工本工程临近地铁隧道的桩基共110根，桩径1.5米，桩长80米。隧道外皮15m保护范围内桥梁桩基工程采用钢套简施工，避免施工期间对地层扰动过大，且施工完成后禁止拔除钢套筒。钢套简长度33m，钢套筒规格为直径1.6m壁厚16mm，交叉范围内地铁宁和城际隧道中间6根桩，钢套简长度60m，钢套简规格为直径1.6m壁厚26mm。施工工艺采用盾安重工DTR2605H全回转钻机+BG38旋挖钻机取土。下钢套筒时采用全回转式旋挖钻，不允许采用有震动性的器械。在施工过程中严格保证每次沉管的管底低于抓土面不小于5m，且桩基成孔过程中采取注水或泥浆反压措施，严格控制成孔造成的地层影响。5.1、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例5工程应用五、南京龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工5工程应用工程应用五、南京五、南京龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工5.1、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例、临近地铁施工的的大口径全套管钻孔灌注桩的应用实例桩基与地铁位置桩基与地铁位置关系，最近距离关系，最近距离2.9m。5工程应用五、南京龙王大街南延道路建设工程跨线桥桥桩施工5.5工程应用工程应用 全回转灌注桩施工中全回转灌注桩施工中旋挖钻机配合全回转施工旋挖钻机配合全回转施工5工程应用全回转灌注桩施工中旋挖钻机配合全回转施5工程应用工程应用 5.2、全回转咬合桩施工、全回转咬合桩施工5.2.1施工工艺流程图施工工艺流程图套 管 机 移 位施工准备、破除路面桩位测量放线咬合桩混凝土导墙施工套管机就位吊装安放套管测量调整垂直度套管钻进抓斗取土清除孔底、检查孔底吊放钢筋笼（B桩）安放导管、浇注混凝土测量混凝土、拔除导管及套管制作钢筋笼混凝土运输验孔签认隐蔽验收制作混凝土试块5工程应用5.2、全回转咬合桩施工5.2.1施工5.2.2咬合桩施工顺序咬合桩分A桩和B桩，A桩为无钢筋笼的素桩，B桩为有钢筋笼的桩，先施工A桩。采用软切割的咬合桩B桩施工，在两A桩初凝前施工，采用硬切割的咬合桩B桩施工，等A桩强度达到30%后再施工两A桩之间的B桩。施工顺序见下图：5 5 工程应用工程应用5.2.2咬合桩施工顺序5工程应用咬合桩施工顺序图施工顺序可根据实际施工进度进行调整，采用全回转套管机施工，不管素桩强度高低，都可进行咬合切割施工。1500-1800咬合桩施工顺序图施工顺序可根据实际施工进度进行调整，采用全回5.2.3A桩（素桩）成孔施工A桩为素桩无需咬合，根据工程的实际情况，如上部有不同程度的混凝土、抛石、木桩等障碍物的，在施工时全回转钻机结合清障一次性成孔，如上部土层情况较差，都为淤泥质黏土或粉土，在咬合桩施工时必须使钢套管的深度比套管内的土面深35m，防止出现土体管涌现象，施工中边旋转钢套管边抓土至孔底标高后浇筑混凝土。5.2.3A桩（素桩）成孔施工A桩为素5.2.4B桩（荤桩或钢砼桩）成孔施工 B桩成孔，因A桩为素桩混凝土，可在A桩混凝土强度达到一定强度后或在混凝土初凝前进行B桩咬合施工，同样考虑土质情况，在咬合桩施工时必须使钢套管的深度比套管内的土面深35m，切割咬合时，当相临两根素桩强度相差较大时，要控制好垂直度，放慢钻进速度，同时防止钻进时钛合金磨损太快而无法切割至桩底部。5.2.4B桩（荤桩或钢砼桩）成孔施工B桩成孔，5工程应用工程应用一、南京一、南京扬子江大道大胜关桥扬子江大道大胜关桥220kv秦淮滨南盾构井咬合桩秦淮滨南盾构井咬合桩施工施工 5.2、全回转咬合桩施工、全回转咬合桩施工5工程应用一、南京扬子江大道大胜关桥220kv秦淮滨南盾构5工程应用工程应用一、南京城市地下管廊一、南京城市地下管廊大胜关桥大胜关桥220kv秦淮滨南盾构井咬合桩秦淮滨南盾构井咬合桩施工施工 基坑开挖深度28.0m，采用1.2m，间距0.8m咬合桩(软咬合)支护，桩长44m，共设8道支撑。咬合桩经河海大学超声波垂直度检测，垂直度达到0.8。大胜关k5井周边邻近大胜关大桥、长江，近有地下管网、河道。设计单位设计全回转套管护壁灌注桩，以避免传统施工工艺灌注桩在高水位条件下施工，使周边地下管网产生变形，出现意外事故，在施工过程中加强对周边管网监测，施工采用冲抓取土及旋挖配合取土的成孔施工工艺，钢套管超前护壁，有利减小周边土体的变形，工程完工后地下管网几乎无任何变形。5.2、全回转咬合桩施工、全回转咬合桩施工5工程应用一、南京城市地下管廊大胜关桥220kv秦淮滨南盾5工程应用工程应用 旋挖钻机配合全回转施工旋挖钻机配合全回转施工冲抓取土冲抓取土5工程应用旋挖钻机配合全回转施工冲抓取土5工程应用工程应用开挖效果图开挖效果图河海大学桩基河海大学桩基垂直度检测垂直度检测5工程应用开挖效果图河海大学桩基垂直度检测5工程应用工程应用二、南京二、南京220kV青龙山光华青龙山光华6#盾构井咬合桩盾构井咬合桩施工施工5.2、全回转咬合桩施工、全回转咬合桩施工5工程应用二、南京220kV青龙山光华6#盾构井咬合桩施工5工程应用工程应用二、南京二、南京220kV青龙山光华青龙山光华6#盾构井咬合桩盾构井咬合桩施工施工 K6盾构工作井(接收井)为内径12m的圆井，采用明挖法施工建设，最大开挖深度约31.75m。K6盾构工作井基坑围护结构采用直径1.2m，间距0.8m套管咬合桩（硬咬合）支护，加钢筋砼内支撑的形式，有效桩长40米，共62根。5.2、全回转咬合桩施工、全回转咬合桩施工5工程应用二、南京220kV青龙山光华6#盾构井咬合桩施工5工程应用工程应用 接管接管咬合桩导墙咬合桩导墙5工程应用接管咬合桩导墙5工程应用工程应用 混凝土灌注混凝土灌注冲抓取土冲抓取土5工程应用混凝土灌注冲抓取土5工程应用工程应用 开挖后效果图开挖后效果图5工程应用开挖后效果图5工程应用工程应用5.3、全回转清障施工、全回转清障施工全回转拔桩清障立面示意图5工程应用5.3、全回转清障施工全回转拔桩清障立面示意图 1、应用领域：城市旧城改造、桥梁改建、城市轨道交通等主要针对于清除旧桩及地下障碍物进行施工，利用全套管全回转钻机强大的下压力和回转扭矩，将旧桩周围的土体及障碍物切削分离，用吊车及冲抓斗将分离后的旧桩体及障碍物清除。2、施工特点 1 1）旧桩整体拔除：）旧桩整体拔除：全回转钻机产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动将套管钻入地下，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物进行切削，将套管钻入地下至桩底部以下1m以上，然后利用液压起拔功能将桩拔除。2 2）旧桩分段拔除：）旧桩分段拔除：全回转钻机产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动将套管钻入地下，套管完全套住桩体进行切削作业，利用套管内壁和桩体间的摩擦力把桩体扭断，或用楔形锤沿着套管内壁锤击，使锤头嵌入桩体及套管间，回转作业使桩体扭断，断后的桩体用冲抓斗或吊车捆扎取出，依次作业，直至整根桩清除。3 3）破碎清除：）破碎清除：即套管套住桩体直接切削，钻进。然后用重锤对桩体进行冲击破碎，破碎后的桩体和套管内杂土一起用抓斗取出，反复作业，直至清除至桩底。3、施工原理 利用全回转钻机产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动将套管钻入地下，外侧套管回旋钻进作为护壁，内侧采用内套管配合楔型锤反向钻进，将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩，在拔除旧桩时只需考虑桩的自重无需再考虑桩周围的摩阻力。1、应用领域 4、施工要点1、测量施工质量控制：测量施工质量控制：找准孔位，钢套管、钻机垂直度控制好。2 2、成孔施工质量控制：、成孔施工质量控制：包括成孔垂直度、孔径、孔深等，仔细观察拔出的桩和障碍物，严格控制清桩深度，清桩要彻底，残留混凝土块及钢筋要抓取干净。3 3、回填施工质量控制：、回填施工质量控制：包括回填土含水量、水泥含量等，拔桩作业完成后应及时回填，填充材料采用掺入7%水泥的粉质粘土进行回填。回填结束后再对原孔位进行分层注浆施工，注浆压力0.4mpa，水灰比1.0。4、施工要点5工程应用工程应用一、一、宁波市轨道交通宁波市轨道交通4号线号线TJ4015标拔桩工程标拔桩工程地铁站基坑支护为地下连续墙，因地下连续墙施工现有部分老桩需要拔除。拔除桩基为钻孔灌注桩，桩径1000mm，桩长50m，共8根。5.3、全回转清障施工、全回转清障施工5工程应用一、宁波市轨道交通4号线TJ4015标拔桩工程5工程应用工程应用二、二、南京青少年宫拔桩工程南京青少年宫拔桩工程基坑支护为地下连续墙，因地下连续墙施工现有部分老桩需要拔除。需拔除的桩基为钻孔灌注桩，桩径900mm，桩长约20m，约30根。5.3、全回转清障施工、全回转清障施工5工程应用二、南京青少年宫拔桩工程基5工程应用工程应用三、江苏省高级人民法院审判业务楼清障工程三、江苏省高级人民法院审判业务楼清障工程 本工程二层老地下室圆环支撑有桩的位置采用全回转钻机清障，二层老地下室部分老地下室的顶板、底板、侧墙的清障，切割作业。先在地下室顶板上开洞，下套管，然后采用旋挖钻机成孔。5.3、全回转清障施工、全回转清障施工5工程应用三、江苏省高级人民法院审判业务楼清障工程第六部分第六部分总结总结第六部分总结6总结总结1、能解决特殊场地、特殊工况、复杂地层的桩基施工，无噪音、无振动，安全性能高；2、不使用泥浆，作业面干净，可避免泥浆进入混凝土中的可能性，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力；防止土体回涌、提钻和下钢筋笼时不会刮擦孔壁，钻渣较少；3、施工钻进时可以很直观的判别地层及岩石特性；4、钻进速度快，对于一般土层，可以达到14m/h左右；5、钻进深度大，根据土层情况，最深可达到140m左右；6、成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/1000；7、不易产生塌孔现象，成孔质量高，清底干净，速度快，沉渣可清至30mm左右；8、成孔直径标准，充盈系数小，于其它成孔方法相比，可节约大量的混凝土用量。6总结1、能解决特殊场地、特殊工况、复杂地层的桩基施工，无噪汇报完毕汇报完毕请各位专家批评指正！请各位专家批评指正！汇报完毕请各位专家批评指正！