冲击钻和旋挖钻机结合成孔技术在灌注桩施工中的应用
2018-11-16 10:14:14 点击：
用冲击钻机和旋挖钻机结合成孔技术，弥补了单独用一种设备施工的缺点。 【摘要】有些钻孔灌注桩工程由于地质原因，仅用冲击钻机成孔，即耗费材料又延长了工期；仅用旋挖钻机成孔，还难以完成，这样用旋挖钻机和冲击钻机合成孔，弥补了单独用一种设备施工的缺点，即节省了施工成本又缩短了工期，大大提高了施工效率。
【关键词】冲击钻机；旋挖钻机；化学泥浆
工程概况
拟建工程位于攀钢西昌钒钛资源综合利用项目工程场地1514平台南部（烧结项目南侧），占地面积约723×438m2(部分通廊、转运站等设施伸入烧结、炼铁等场地)。场地原始地貌为安宁河二、三级阶地，地形起伏不平，东高西低，高差较大，原始地表有冲沟、水塘分布，场地北部和北东部分布有一条较大的冲沟，当地村民截流后作为水塘，现在场地已经整平，整个场地大部分为填方区，回填厚度0.5～33.0米不等，总体上自东向西回填土厚度逐渐增大，回填料主要为昔格达组粘土岩、粉砂岩以及白垩系下统飞天仙组紫红色砂岩块（碎）石和粘性土。填土回填后经强夯处理并进行了填土密实度检测。
该工程桩基深度为50～60米，采用钻孔灌注桩。由于桩基须穿过块石填土层，而对于块石填土，旋挖钻机成孔效率低，而且损坏设备严重。经过不断摸索，用冲击钻机施工上部较块石填土层，下部粘性土层采用旋挖钻机施工，这样既减少了施工费用，还大大提高施工效率。 2.作业前的施工准备2.1技术准备。工艺流程如下：钻机进场通道及钻机作业平台处理 → 桩孔放线定位 → 泥浆池施工 → 泥浆制备→ 钻机入场就位 →钻机开孔及钢护筒安装 →注泥浆 → 继续钻进、排渣、成孔 → 清孔 → 吊放桩基钢筋笼 → 检查尘渣厚度并达到要求→ 插入混凝土浇注导管→ 水下浇注桩基混凝土 → 完成混凝土浇注后拔出导管 → 截桩头 → 声测管检测桩质量
施工前必须进行交接桩，复测控制点及控制网和导线，布设施工控制导线点和水准点，测放墩位和桩位。2.2现场准备。场地平整、清楚杂物，施工前先在孔位处挖2米深的检查坑，检查孔位地下是否有管线其他地下障碍物。挖泥浆池、沉淀池，准备好合格粘土。由于旋挖钻机设备为履带底盘，机动灵活，对进出通道及作业平台没有特殊要求，适合于各种施工现场。但施工需考虑如桩基钢筋笼加工制作、渣土转运、钢筋笼起吊安装、桩基水下混凝土灌注等作业所必须的施工通道和作业平面。
所以每处桩基作业面应保证：
・钢筋笼加工作业面；
・3m宽进出通道，用于运输车进出及架安吊车；
・不小于50m2的临时出土场；2.3机具设备。根据现场地质情况复杂的特点，采用旋挖钻机和冲击钻两种设备施工。施工前必须对施工设备、泥浆制造设备等进行调试维修。3.钻进前注意事项 3.1护筒埋设。 钻孔桩护筒采用钢护筒，护筒采用δ=10mm的钢板制作，其内径大于设计桩径40cm，深度2～2.5m，护筒比地面高200～300mm，护筒四周要用粘土碾压密实。钢护筒埋设时要求竖直，且定位准确，其顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。埋设好护筒后，测定护筒高程。 3.2泥浆拌制。 3.2.1泥浆选用优质粘土或膨润土造浆，并在泥浆中掺入适量火碱或碳酸钠等外加剂，其掺入量由试验决定。泥浆池大小一般为钻孔容积的1.2~1.5倍，泥浆池位置应在桩孔位置外10m左右，避免泥浆池太近影响正常施工作业，泥浆池的池壁池底要有较好的防渗能力，防渗不好的应作相应处理使之达到要求。 3.2.2泥浆处理：桩基水下混凝土浇筑施工时，桩孔内的泥浆会被反压溢出并排进泥浆池，为了减水泥浆排放对环境造成污染，施工现场应应充分进行泥浆再生利用。方法是在泥浆回流进入泥浆池时设置格栅网将浆液中的砂石滤除，进入泥浆池的泥浆进一步利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除。将该泥浆抽入泥浆搅拌机并添加膨润土再次进行搅拌并制成经测试满足施工要求的泥浆。
经过几次使用后的泥浆技术指标会越来越差并最终不能继续使用，此时应将不能继续使用泥浆排进泥浆池中进行放置，使其浆液中的水分逐渐渗透和蒸发，当泥浆最后失水结块后用于可使用的地方或外运弃置、填埋等。 3.2.3泥浆的性能3.2.3.1旋挖钻机钻孔时，泥浆比重为1.1 -1.15 g/m3。 黏度：为16-20s。 含砂率：不大于2%。 PH值：应大于6.5。 3.2.3.2冲击钻使用管型钻头钻孔时，入孔泥浆比重为：1.1 -1.3 g/m3；冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于1.3，大漂石、卵石层不宜大于1.4，岩石不宜大于1.2。根据本工程地质情况，冲击钻采用实心十字钻头，泥浆比重不宜大于1.2。 黏度：一般地层16-22s，松散地层为19-28s。 含砂率：不大于4%。 PH值：应大于6.5。4. 钻机施工工艺4.1冲击式钻机施工工艺 4.1.1钻机就位。冲击钻机是利用钻机本身的动力，将钻机大致移动就位，再用千斤顶顶起支架准备就位，使起重滑轮，钻头与护筒中心在同一垂直线上，以确保钻机的垂直度。 4.1.2钻进操作。冲击钻机操作程序是：钻进→抽渣→投泥（或泥浆）→钻进的反复循环以及辅助作业（检查孔径、钻具、修理机械设备、补焊钻头等）的交错过程，关键问题是掌握冲程大小和抽渣时机。 注意的问题：孔内水位应高于护筒脚0.5m以上，或地下水位1.5~2.0m，在冲击钻进取渣或停钻时，应及时向孔内补泥浆，以保持必要的水头高度。 当钻至设计孔深，取渣等工作符合技术要求后，由现场的技术人员和监理检查合格后，再进入下步工序。4.2旋挖钻机施工工艺4.2.1钻机安装就位。钻机就位前，须将场地垫平填实，钻机按指定位置就位，调整桅杆及钻杆的角度。钻机安装就位后，要精心调平，使得底座和端座平稳，在钻进运行中定期用仪器或挂吊锤检查和校正，确保钻机不产生位移和沉陷。钻机的钻头或钻杆和护筒中心在同一铅垂线上，偏差不大于5cm。4.2.2旋挖钻孔。全液压旋挖钻机整机自动化程度很高，其水平、垂直度和钻孔中心由指示灯控制，操作室配置钻进深度指示仪。根据旋挖成孔的成孔原理及其工艺要点，抓好关键工艺过程控制，本工程采用泥浆护壁成孔灌注工艺。钻斗升降速度：旋挖成孔靠钻斗挖装岩土直接提升卸到地表，护壁采用稳定液（泥浆）。稳定液（泥浆）护壁情况下，问题的要点在于钻斗的升降运动会带动泥浆运动，从而冲刷与粘附作用于孔壁。控制钻斗升降速度，是成孔控制的关键。钻斗钻进截面积A与钻斗外侧切削刀具回转的截面积a之比例A/a，随桩径增大而增大，提升钻斗时，泥浆在钻斗与孔壁之间的流动速度加快，并产生压力激动，易造成孔壁坍塌。因此需要根据不同桩径控制钻斗升降速度，且桩径愈大愈应加强控制。旋挖作业其他要点：尽可能根据土层正确选择钻斗类型结构，软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大；硬土层则选用较大切削角、较窄的弯曲齿套；粘土层的齿间距宜大些，以免糊钻，影响进尺。钻进硬层，每次进尺深度小，斗内钻渣少，可换用小直径的钻斗，先钻一小孔，然后再下钻斗扩孔捞渣。也可换用短螺旋钻进或松动硬岩土层，然后下钻斗捞渣。现场钻进姜石层时，即采用短螺旋钻进又反转回钻，以减少对孔壁的扰动，起松动作用。 当旋挖钻机钻至强风化和中风化地层，不易再继续钻进时，把泥浆调各指标调至适合冲击钻机施工的指标，并把孔内泥浆换置成新调制的泥浆，再由冲击钻继续钻进。
【关键词】冲击钻机；旋挖钻机；化学泥浆
工程概况
拟建工程位于攀钢西昌钒钛资源综合利用项目工程场地1514平台南部（烧结项目南侧），占地面积约723×438m2(部分通廊、转运站等设施伸入烧结、炼铁等场地)。场地原始地貌为安宁河二、三级阶地，地形起伏不平，东高西低，高差较大，原始地表有冲沟、水塘分布，场地北部和北东部分布有一条较大的冲沟，当地村民截流后作为水塘，现在场地已经整平，整个场地大部分为填方区，回填厚度0.5～33.0米不等，总体上自东向西回填土厚度逐渐增大，回填料主要为昔格达组粘土岩、粉砂岩以及白垩系下统飞天仙组紫红色砂岩块（碎）石和粘性土。填土回填后经强夯处理并进行了填土密实度检测。
该工程桩基深度为50～60米，采用钻孔灌注桩。由于桩基须穿过块石填土层，而对于块石填土，旋挖钻机成孔效率低，而且损坏设备严重。经过不断摸索，用冲击钻机施工上部较块石填土层，下部粘性土层采用旋挖钻机施工，这样既减少了施工费用，还大大提高施工效率。 2.作业前的施工准备2.1技术准备。工艺流程如下：钻机进场通道及钻机作业平台处理 → 桩孔放线定位 → 泥浆池施工 → 泥浆制备→ 钻机入场就位 →钻机开孔及钢护筒安装 →注泥浆 → 继续钻进、排渣、成孔 → 清孔 → 吊放桩基钢筋笼 → 检查尘渣厚度并达到要求→ 插入混凝土浇注导管→ 水下浇注桩基混凝土 → 完成混凝土浇注后拔出导管 → 截桩头 → 声测管检测桩质量
施工前必须进行交接桩，复测控制点及控制网和导线，布设施工控制导线点和水准点，测放墩位和桩位。2.2现场准备。场地平整、清楚杂物，施工前先在孔位处挖2米深的检查坑，检查孔位地下是否有管线其他地下障碍物。挖泥浆池、沉淀池，准备好合格粘土。由于旋挖钻机设备为履带底盘，机动灵活，对进出通道及作业平台没有特殊要求，适合于各种施工现场。但施工需考虑如桩基钢筋笼加工制作、渣土转运、钢筋笼起吊安装、桩基水下混凝土灌注等作业所必须的施工通道和作业平面。
所以每处桩基作业面应保证：
・钢筋笼加工作业面；
・3m宽进出通道，用于运输车进出及架安吊车；
・不小于50m2的临时出土场；2.3机具设备。根据现场地质情况复杂的特点，采用旋挖钻机和冲击钻两种设备施工。施工前必须对施工设备、泥浆制造设备等进行调试维修。3.钻进前注意事项 3.1护筒埋设。 钻孔桩护筒采用钢护筒，护筒采用δ=10mm的钢板制作，其内径大于设计桩径40cm，深度2～2.5m，护筒比地面高200～300mm，护筒四周要用粘土碾压密实。钢护筒埋设时要求竖直，且定位准确，其顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。埋设好护筒后，测定护筒高程。 3.2泥浆拌制。 3.2.1泥浆选用优质粘土或膨润土造浆，并在泥浆中掺入适量火碱或碳酸钠等外加剂，其掺入量由试验决定。泥浆池大小一般为钻孔容积的1.2~1.5倍，泥浆池位置应在桩孔位置外10m左右，避免泥浆池太近影响正常施工作业，泥浆池的池壁池底要有较好的防渗能力，防渗不好的应作相应处理使之达到要求。 3.2.2泥浆处理：桩基水下混凝土浇筑施工时，桩孔内的泥浆会被反压溢出并排进泥浆池，为了减水泥浆排放对环境造成污染，施工现场应应充分进行泥浆再生利用。方法是在泥浆回流进入泥浆池时设置格栅网将浆液中的砂石滤除，进入泥浆池的泥浆进一步利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除。将该泥浆抽入泥浆搅拌机并添加膨润土再次进行搅拌并制成经测试满足施工要求的泥浆。
经过几次使用后的泥浆技术指标会越来越差并最终不能继续使用，此时应将不能继续使用泥浆排进泥浆池中进行放置，使其浆液中的水分逐渐渗透和蒸发，当泥浆最后失水结块后用于可使用的地方或外运弃置、填埋等。 3.2.3泥浆的性能3.2.3.1旋挖钻机钻孔时，泥浆比重为1.1 -1.15 g/m3。 黏度：为16-20s。 含砂率：不大于2%。 PH值：应大于6.5。 3.2.3.2冲击钻使用管型钻头钻孔时，入孔泥浆比重为：1.1 -1.3 g/m3；冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重不宜大于1.3，大漂石、卵石层不宜大于1.4，岩石不宜大于1.2。根据本工程地质情况，冲击钻采用实心十字钻头，泥浆比重不宜大于1.2。 黏度：一般地层16-22s，松散地层为19-28s。 含砂率：不大于4%。 PH值：应大于6.5。4. 钻机施工工艺4.1冲击式钻机施工工艺 4.1.1钻机就位。冲击钻机是利用钻机本身的动力，将钻机大致移动就位，再用千斤顶顶起支架准备就位，使起重滑轮，钻头与护筒中心在同一垂直线上，以确保钻机的垂直度。 4.1.2钻进操作。冲击钻机操作程序是：钻进→抽渣→投泥（或泥浆）→钻进的反复循环以及辅助作业（检查孔径、钻具、修理机械设备、补焊钻头等）的交错过程，关键问题是掌握冲程大小和抽渣时机。 注意的问题：孔内水位应高于护筒脚0.5m以上，或地下水位1.5~2.0m，在冲击钻进取渣或停钻时，应及时向孔内补泥浆，以保持必要的水头高度。 当钻至设计孔深，取渣等工作符合技术要求后，由现场的技术人员和监理检查合格后，再进入下步工序。4.2旋挖钻机施工工艺4.2.1钻机安装就位。钻机就位前，须将场地垫平填实，钻机按指定位置就位，调整桅杆及钻杆的角度。钻机安装就位后，要精心调平，使得底座和端座平稳，在钻进运行中定期用仪器或挂吊锤检查和校正，确保钻机不产生位移和沉陷。钻机的钻头或钻杆和护筒中心在同一铅垂线上，偏差不大于5cm。4.2.2旋挖钻孔。全液压旋挖钻机整机自动化程度很高，其水平、垂直度和钻孔中心由指示灯控制，操作室配置钻进深度指示仪。根据旋挖成孔的成孔原理及其工艺要点，抓好关键工艺过程控制，本工程采用泥浆护壁成孔灌注工艺。钻斗升降速度：旋挖成孔靠钻斗挖装岩土直接提升卸到地表，护壁采用稳定液（泥浆）。稳定液（泥浆）护壁情况下，问题的要点在于钻斗的升降运动会带动泥浆运动，从而冲刷与粘附作用于孔壁。控制钻斗升降速度，是成孔控制的关键。钻斗钻进截面积A与钻斗外侧切削刀具回转的截面积a之比例A/a，随桩径增大而增大，提升钻斗时，泥浆在钻斗与孔壁之间的流动速度加快，并产生压力激动，易造成孔壁坍塌。因此需要根据不同桩径控制钻斗升降速度，且桩径愈大愈应加强控制。旋挖作业其他要点：尽可能根据土层正确选择钻斗类型结构，软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大；硬土层则选用较大切削角、较窄的弯曲齿套；粘土层的齿间距宜大些，以免糊钻，影响进尺。钻进硬层，每次进尺深度小，斗内钻渣少，可换用小直径的钻斗，先钻一小孔，然后再下钻斗扩孔捞渣。也可换用短螺旋钻进或松动硬岩土层，然后下钻斗捞渣。现场钻进姜石层时，即采用短螺旋钻进又反转回钻，以减少对孔壁的扰动，起松动作用。 当旋挖钻机钻至强风化和中风化地层，不易再继续钻进时，把泥浆调各指标调至适合冲击钻机施工的指标，并把孔内泥浆换置成新调制的泥浆，再由冲击钻继续钻进。
- 上一篇：旋挖钻在泥加石地层桩基施工中的问题及处理 2018/11/18
- 下一篇：奈普顿聚合物泥浆网站新版进入调试阶段【公司新闻】 2012/5/23
