沿海软土地区旋挖钻机施工论.doc

沿海软土地区旋挖钻机施工摘 要：文章简述了旋挖钻在沿海软土地区的实际应用，从泥浆制备到清孔以及每个环节容易出现的问题如何防治均进行介绍，并针对旋挖钻机及普通钻机的施工特点进行了分析比较。关键词：钻孔灌注桩 旋挖钻机 施工 一、 前言钻孔灌注桩在公路桥梁基础工程施工中的普遍应用促进了钻孔灌注桩成孔工艺技术及设备的不断更新改进。近年来，旋挖钻进施工在我国迅速发展起来，代表了当今的先进水平。该施工方法最突出的特点在于“高效”，适用于工期要求紧，施工场地受限的项目。但旋挖钻机施工仍具有一定的局限性，沿海地区软土地质就是旋挖钻施工的不利因素，由我公司承建的项目克服了地质因素的不良影响，成功地采用了旋挖钻机成孔，现将主要成孔工艺说明如下：二、 工程概况本合同段主要包括疏港主线，中央大道互通立交桥梁，A、B、C、D线匝道桥。其中中央大道立交为本段的重点工程。基础采用钻孔灌注桩，桩径分别为1.2m、1.5m、1.8m，桩长自46m68m不等，全桥共计588根。根据施工进度计划，桩基施工安排2个月内完成，工期紧、任务重。为抢工期，桩基成孔采用了旋挖钻机。三、 主要地质条件本工程所在地属于沿海软土地区。上部人工填土层层厚0.803.20m，新近沉积层层厚1.302.80m，由粘土、亚粘土和软土组成，呈软塑流塑状态。第三层为第海相层，层厚14.0017.00m左右，主要为亚粘土，含有软土夹层，该软土夹层为淤泥质土，局部为淤泥，成流塑状态。第四层为第陆相层，本层为河流相沉积，层厚16.0022.00m左右，由亚粘土、粉细砂、亚砂土组成，成软塑状态。第五层为第海相层，层厚4.008.00m左右，本层分布不均，土性变化较大，部分钻孔以亚粘土为主，部分钻孔又以砂性土为主，部分钻孔亚粘土和砂性土各有揭示，砂性土又主要以粉细砂、亚砂土为主。第六层为第陆相层，本层为河流相沉积，层厚10.0016.00m左右，本层分布不均匀，土性变化较大，主要由亚粘土和砂性土组成。四、旋挖钻机成孔工艺流程及施工注意事项1、“造浆”因钻机施工中泥浆有防止孔璧坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，加之现场地基粘土中夹有粉细砂、亚砂土，地面水位较高，因此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。经过现场反复试验，本合同段的化学泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素及自来水等制成。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。它具有相对密度低、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）：用于调节泥浆的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，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量，同时避免了因PH值过小而引起的钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘土的胶体率和稳定性，也避免了PH值过大而引起的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。自来水：所用以制备泥浆的水之所以为自来水而不是抽取现场的地下水或地表水，是由于该处与泰达化工区毗邻，周围水体被化学废液污染，使得该区域水呈酸性，与膨润土、烧碱等发生化学反应，造成浆液出现分层现象，不能达到泥浆性能各项指标。经过现场多次试验并与膨润土厂家联系决定，虽然成本提高，但为保证钻孔桩质量，该处仍采用自来水造浆。施工中泥浆配合比采用8膨润土掺100L水，各项性能指标如下：粘度20-28Pas，泥浆比重1.1-1.2，含砂率4，应当注意的是，由于旋挖钻没有自动造浆功能，护壁性能较常规钻机差，故泥浆比重需控制稍大，达到良好的护壁效果。2、泥浆池的选址根据现场实际情况，泥浆池一般布置在两个墩位之间的中心线上，容量以能满足两个灌注桩同时施工为宜。另外，考虑到后期现浇箱梁施工需搭设满堂支架，为使支架不发生不均匀沉降，产生质量隐患，泥浆池的选址必须在桥区投影以外。3、护筒埋设及钻机就位护筒多用48的钢板加工制作成型，总长度应满足比地下水高出2m。根据现场施工经验及地质情况，一般采用34m长的护筒，如遇地面以下碎石层，则应适当加长。埋设护筒时由人工和旋挖钻配合进行，主要利用钻头的挤压方法来调整，精确度高。 旋挖钻底盘为伸缩式自动整平装置，其整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，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，勿需再做调整。4、钻进当泥浆制备合格、钻机就位准确后即可开钻。钻进时应控制钻进速度。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，易造成孔壁缩颈、坍塌现象，经现场实践得知钻斗升降进度宜保持在0.75-0.80m/s，放斗要稳、提斗要慢、少钻勤提。粘土层钻进时每回次进尺一般控制在300-500；亚砂层或粉细砂层钻进时，其升降速度应更加缓慢。特别是在地面以下12m左右的位置，该处软土夹层为淤泥质土，局部位淤泥，极易发生塌孔。旋挖过程中还要时刻注意通过控制盘来监控垂直度。虽然旋挖钻机靠电脑调平，但仍有一定缺陷。当孔壁有突起的小而坚硬又不致使钻头有触碰感而弹起的硬物时，则硬物很有可能将钻头顶偏，引导钻头斜向钻进，而不易察觉，因此应时刻监控钻进垂直度，如有偏差及时纠正，保证钻孔桩质量。同时还应关注孔内水头，必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保证在地下水以上11.5m，以增加水头压力，起到静压护壁作用。特别应当注意的是泥浆初次注入时，须垂直向桩孔中间进行注浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底土质松散，发生扩孔。另外，钻机手应做好整个过程的钻进记录，尤其是地质情况的记录，并随时根据地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。5、钻头在钻孔过程中，由于地质情况的不同，可采用不同的钻头和处理方法。根据现场地质情况，本工程所采用的钻头一般为旋挖斗，钻进时在液压油缸的加压下，利用剪压作用切削土体，并压入钻斗内，进尺结束后双层底板反向旋转一个角度，进土口关闭，此时钻头成完全密封状态，然后由钻杆提出孔口后甩土。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。当遇有坚硬地层时，可改用螺旋钻头，依靠螺旋叶片之间的空间收集从孔底切削土体，循序渐进。钻进过程中如发生多次挖出但不进尺的状况时，要立即停止钻进，待查明原因进行处理后再继续施工，避免造成地层大面积流陷。该处旋挖钻机施工初期，钻至地面以下40m左右出现难以进尺的现象，经分析该地层为粉细砂，根据现场实际经验，决定采用向孔内投抛石块的方法。被钻头切削过的石块具有一定的粘结力，能够起到携带泥砂的作用，从而使砂土入仓，达到进尺目的。6、清孔旋挖钻由于沉渣少，具有清孔速度较快的特点。清孔时向孔内注入纯度较高的化学泥浆，置换出孔内的钻孔泥浆，保证清孔后的各项指标符合设计即规范要求。7、旋挖钻与常规钻机特点的比较编号区别特点比较旋挖钻机循环钻机1就位方式履带式行走体系移动方便，就位仅需几分钟，钻机整体置于履带上进行钻孔作业通过吊车或人工简易方法就位，对原地面要求高，辅助工作时间长2自身稳定性的可调程度自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，机体、钻杆及成孔垂直度由电脑控制，操作手可直接读取，操作简易自身稳定性和垂直度依靠垫在钻机下面的方木和楔块通过人工来调整，成孔垂直度只有在成孔后可测设3所使用的泥浆由膨润土、烧碱、纤维素根据不同地质按一定比例组成化学泥浆，泥皮薄并可重复利用，环境污染小造浆材料一般为桩体自身土质，遇到砂性土加些粘土或膨润土4施工需求 能源由自带的柴油发动机输出动力来完成钻机的行走移动和钻进工作，柴油需求量大依靠现场提供大功率电源来完成钻孔工作5钻进工艺钻杆为液压伸缩式，与钻头相连，可快速下钻和提钻，钻进速度快、效率高钻杆间通过栓接或销接，每钻进到一定深度，就必须人工加一节钻杆，速度慢、效率低6成孔工艺用筒式钻头成孔，将斗齿切削下来的土挤进容器内，然后提出用梳齿钻头、滚刀钻头等将土切削，通过循环泥浆带出孔口五、结语本合同段中旋挖钻机的应用，不仅达到了加快施工进度的目的，更积累了旋挖钻机在沿海软土地区施工的宝贵经验。与常规钻机相比，旋挖钻机回转扭矩大并可根据地层情况自动调制，钻进时对地层扰动小，孔壁泥皮薄，形成的孔壁粗糙，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基承载力。孔底沉渣少，易于清孔，提高了桩端承载力。在灌桩过程中由灌注记录得知旋挖钻机成孔无明显的扩孔或缩颈现象，成孔质量良好，根据小应变及超声波桩基检测结果显示旋挖钻所施工的桩基均为一类桩。可以说，旋挖钻机施工在此充分体现了“钻孔速度快、钻桩质量好、成孔沉渣少、环境污染小”的巨大优势。随着城市发展步伐的加大，高速公路的快速发展，以及旋挖钻施工技术的成熟，旋挖钻机在桥梁基础建设中将得以更大的推广。参考文献：1.赵鹏飞,王占友;旋挖钻进工艺在广东潮州电厂桩基工程中的应用J;探矿工程(岩土钻掘工程);2005年08期2.邹正明;夏东华;旋挖钻机在亳阜高速公路桩基施工中的应用J;山西建筑;2007年06期3.周红军;我国旋挖钻进技术及设备的应用与发展J;探矿工程(岩土钻掘工程);2003年02期4.刘建国;桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用J;岩土工程界;2002年12期