旋挖鉆機(jī)鉆孔施工技術(shù)的應(yīng)用

王占友 趙寶東

0 引言

20世紀(jì)80年代開始,鉆孔灌注樁在我國(guó)被廣泛應(yīng)用于高層建筑、地鐵車站、城市立交橋、公路及鐵路橋梁、大壩基礎(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,其成樁工藝技術(shù)得到不斷發(fā)展、改進(jìn),現(xiàn)有沖擊鉆進(jìn)、沖抓鉆進(jìn)、正、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)以及旋挖鉆進(jìn)等多種工藝并存。在眾多成孔工藝中,旋挖灌注樁通過其自身發(fā)展優(yōu)勢(shì)不斷得到業(yè)主的青睞,下面就旋挖鉆旋挖灌注樁在潮州電廠一期工程樁施工中的應(yīng)用情況對(duì)該工藝技術(shù)特點(diǎn)加以闡述。

1 工程實(shí)例

1)樁型、工程量及地質(zhì)情況。潮州電廠廣東省潮州市柘林鎮(zhèn),總樁量4 830根,樁型為端承摩擦灌注樁,樁徑600 mm,800 mm和1 000 mm,樁長(zhǎng)35 m～65 m(設(shè)計(jì)要求入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖不小于5 m)。按從上往下的順序?qū)r土層特征分述如下:①層素填土,層厚0.60 m～3.50 m;②層～⑤層為砂層,層厚12 m～30 m;⑥層淤泥層,層厚0.60 m～6.1 m;⑦層～?層為黏性土層,層厚 8 m～16 m;?層為全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,層厚2.5 m～25.3 m。

2)特別說(shuō)明。該工程前期地基基礎(chǔ)方案經(jīng)論證后,確定了采用沖孔灌注樁作為主要構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)形式,某兩個(gè)公司中標(biāo)。在鍋爐區(qū)域樁基施工完成后,樁基檢測(cè)結(jié)果令人吃驚,單樁承載力為設(shè)計(jì)值的30%,40%和70%。樁基開挖發(fā)現(xiàn)大量樁基出現(xiàn)樁身露筋,泥皮最厚的可達(dá)20 cm。此后,業(yè)主重新召集設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位各方擬在主廠房A列選取9根工程樁做靜載試驗(yàn),分別采用旋挖灌注樁、沖孔灌注樁和沖孔灌注樁后壓漿三種樁型進(jìn)行試驗(yàn)。我公司選用的旋挖灌注樁最終獲得試驗(yàn)成功,致使后期工程樁全部采用旋挖鉆孔工藝。

2 主要施工方法及技術(shù)措施

2.1 護(hù)筒的埋設(shè)

根據(jù)土層情況,鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位后鉆進(jìn)成孔3 m～4 m,然后將護(hù)筒(護(hù)筒用12 mm厚鋼板卷制而成,內(nèi)徑較樁徑大 100 mm,防止鉆頭在升降過程刮蹭護(hù)筒,保護(hù)孔口的穩(wěn)定,同時(shí)頂部開兩個(gè)孔,供提拔護(hù)筒時(shí)使用)放入鉆孔中,并利用引出的4個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行樁位校準(zhǔn)后,利用護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器或鉆桿下壓護(hù)筒至預(yù)設(shè)深度,用鉆桿將護(hù)筒周圍土搗實(shí),避免漏漿。

2.2 成孔鉆進(jìn)方法

鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中,保持鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng),保證取土斗底部土體不被擠壓破壞并順利進(jìn)入斗體中,確保土體鉆進(jìn)過程中局部沒有形成失穩(wěn)的滑弧面,有利于鉆孔護(hù)壁。

鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆頭通氣孔,確保通氣孔暢通,避免形成“活塞”,造成縮頸與孔壁坍塌;同時(shí)應(yīng)控制泥漿在孔內(nèi)的高度,保證泥漿液面不低于地下水位1.5 m,防止孔內(nèi)形成負(fù)壓,地下水涌入孔內(nèi)造成孔壁坍塌。

不同地層注意控制鉆孔速度。鉆進(jìn)過程,回轉(zhuǎn)斗的底盤斗門必須保證處于關(guān)閉狀態(tài),以防止回轉(zhuǎn)斗內(nèi)砂土或黏土落入護(hù)壁泥漿中,破壞泥漿的配比;每個(gè)工作循環(huán)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)尺度,避免埋鉆事故;同時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制回轉(zhuǎn)斗的提升速度。回轉(zhuǎn)斗升降速度宜保持在0.75 m/s～0.85 m/s,提升速度過快,泥漿在回轉(zhuǎn)斗與孔壁之間高速流過,沖刷孔壁,破壞泥皮,對(duì)孔壁的穩(wěn)定不利,容易引起坍塌。

2.3 鉆具配備

改進(jìn)公司鉆機(jī)原有配備的直壁撈砂斗、挖泥斗,改用錐形體的撈砂斗和挖泥斗,側(cè)壁加焊導(dǎo)流槽,相應(yīng)增加斗體中平衡孔的面積,在提升斗體過程中減少對(duì)孔底土體的抽真空作用(負(fù)壓),有利于鉆孔護(hù)壁,也利于斗體卸土。砂層鉆進(jìn)和清孔采用撈砂斗,防止砂大量懸浮在泥漿中,造成沉渣過厚。黏性土、淤泥層和全強(qiáng)風(fēng)化巖采用錐形挖泥斗防止甩土困難,以提高鉆進(jìn)工效。

2.4 護(hù)壁措施

孔口采用鋼護(hù)筒護(hù)壁,護(hù)筒長(zhǎng)度大于6 m,并配備相應(yīng)的備用護(hù)筒。同時(shí),護(hù)筒口應(yīng)高出自然地面不低于30 cm,以防止表面水或地面漏漿、雜物等滑落孔中以及地面水流入,增加孔內(nèi)靜水壓力以維護(hù)孔壁穩(wěn)定,并兼起鉆進(jìn)導(dǎo)向固定樁位作用。

鉆進(jìn)過程中選用泥漿護(hù)壁的施工方法。在泥漿制備上我公司將采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土,集中制備泥漿,嚴(yán)格控制泥漿指標(biāo),保證整個(gè)工程的泥漿性能穩(wěn)定,同時(shí)建立泥漿凈化處理系統(tǒng)防止泥漿惡化。

對(duì)遇到⑥層淤泥質(zhì)土的樁孔,我公司采取軟泥層鋼護(hù)筒跟進(jìn)的鉆掘方法(考慮到護(hù)筒起拔問題,護(hù)筒最多可加長(zhǎng)至17 m),有效避免塌孔和縮頸的問題,達(dá)到保證成孔質(zhì)量的目的。

根據(jù)地層的變化情況,施工過程中應(yīng)隨時(shí)調(diào)整泥漿稠度,經(jīng)常檢測(cè)和控制泥漿比重,保證泥漿性能符合護(hù)壁要求,防止地下水滲入孔內(nèi),造成塌孔。在淤泥層、全強(qiáng)風(fēng)化巖中鉆進(jìn),因該層土自然造漿能力強(qiáng),新制泥漿的稠度不應(yīng)大于1.03,必要時(shí)注清水,砂層中泥漿適當(dāng)調(diào)稠防止塌孔。

2.5 施工順序

本場(chǎng)地局部地層有流塑狀的淤泥層土,靈敏性高,易受擾動(dòng),在安排作業(yè)施工時(shí),保證鉆孔孔距大于5倍樁徑。同時(shí),保證鉆孔跳打,既有效利用已灌注完成樁體來(lái)減少對(duì)未完成樁體的影響,又防止混凝土澆筑串孔。

3 施工常見問題的原因分析與處理措施

3.1 鋼筋籠“主筋集束”

原因分析:在起拔護(hù)筒過程中,由于鋼筋籠凈外徑與護(hù)筒內(nèi)徑間距較小,當(dāng)一位置處鋼筋籠緊貼護(hù)筒內(nèi)壁,護(hù)筒按同一方向快速旋轉(zhuǎn)時(shí),鋼筋籠隨護(hù)筒一起轉(zhuǎn)動(dòng),使得鋼筋籠發(fā)生變形。

預(yù)防處理措施:鉆機(jī)在開始起拔護(hù)筒時(shí)慢速靜拔,然后應(yīng)減小護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)角度,減慢轉(zhuǎn)動(dòng)速度,順時(shí)針、逆時(shí)針方向相結(jié)合(即順時(shí)針45°,逆時(shí)針45°相結(jié)合)拔動(dòng)護(hù)筒;在鋼筋籠第一加勁箍位置內(nèi)側(cè)增設(shè)一道加勁箍;此外,加勁箍筋直徑不宜小于14 mm。

3.2 卡鉆、埋鉆

原因分析:1)較疏松的流砂層、卵石層、流塑淤泥層,孔壁易發(fā)生大面積塌方而造成埋鉆。在鉆遇此地層前,應(yīng)提前制定對(duì)策,如調(diào)整泥漿性能、埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒等。2)黏性土層一次進(jìn)尺太深,孔壁易縮頸而造成卡鉆。所以,在這類地層鉆進(jìn)要控制一次進(jìn)尺量,如在15 m以深鉆進(jìn)時(shí),一次鉆進(jìn)深度最好不超過40 cm。3)鉆頭邊齒、側(cè)齒磨損嚴(yán)重而無(wú)法保證成孔直徑,鉆筒外壁與孔壁間無(wú)間隙,如鉆進(jìn)過深,則易造成卡鉆。4)因機(jī)械事故而使鉆頭在孔底停留時(shí)間過長(zhǎng),導(dǎo)致鉆頭筒壁四周沉渣太多或孔壁縮頸而造成卡埋鉆。

預(yù)防處理措施:1)直接起吊法,即用吊車或液壓頂升機(jī)直接向上施力起吊。2)鉆頭周圍疏通法,即用反循環(huán)或水下切割等方法,清理鉆筒四周沉渣,然后再起吊。3)高壓噴射法,即在原鉆孔兩側(cè)對(duì)稱打兩個(gè)小孔(小孔中心距鉆頭邊緣0.5 m左右),然后下入噴管對(duì)準(zhǔn)被卡的鉆頭高壓噴射,直至兩孔噴穿,使原孔內(nèi)沉渣落入小孔內(nèi),即可回轉(zhuǎn)提升被卡鉆頭。4)護(hù)壁開挖法,即卡鉆位置不深時(shí),用護(hù)筒、水泥等物品護(hù)壁,人工直接開挖清理沉渣。

3.3 塌孔

主要是因?yàn)殂@進(jìn)過程中不使用泥漿,或使用很少的泥漿,護(hù)壁效果差所致。為防止鉆孔坍塌,鉆進(jìn)過程中應(yīng)保持孔內(nèi)水位適當(dāng)高出地下水位,同時(shí)注意控制鉆斗的升降速度,避免壓力激動(dòng)。

4 施工效果評(píng)價(jià)與總結(jié)

該工程采用旋挖工藝成樁4 300余根,工程量達(dá)90 000余立方米混凝土,最終檢測(cè)統(tǒng)計(jì)大小應(yīng)變檢測(cè)全部合格,一類樁比例為95%,工期全部按甲方要求時(shí)間完成并有所提前。根據(jù)該成功的工程實(shí)例,充分體現(xiàn)了旋挖成孔工藝如下優(yōu)越性:1)設(shè)備性能先進(jìn),自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低。2)鉆進(jìn)效率高。3)成樁質(zhì)量好,有利于單樁承載力的提高。4)鉆孔需泥漿少、環(huán)保程度高。

5 結(jié)語(yǔ)

通過本次施工總結(jié),旋挖鉆機(jī)施工方法具有旋挖灌注樁打破傳統(tǒng)鉆孔工藝引入了高濃度、高密度的泥漿介質(zhì)的成孔模式,有效避免因孔底沉渣和泥皮過厚導(dǎo)致承載力折減的質(zhì)量通病,以其設(shè)備性能先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、成樁質(zhì)量好、鉆孔需泥漿少、環(huán)保程度高等特點(diǎn),成為現(xiàn)今灌注樁鉆孔施工技術(shù)的主導(dǎo)發(fā)展方向和主流。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 侯 勇.淺談鉆孔樁護(hù)筒的制作及施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(4):147-148.

[3] 周紅軍.我國(guó)旋挖鉆進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用與發(fā)展[J].探礦工程,2003(3):20-22.