化学泥浆泥浆护壁
2018-8-22 13:49:59 点击：
化学泥浆-（泥浆护壁）旋挖成孔灌注桩的施工 中铁十四局集团三公司 梁钊 周长进 王建文 272000 摘要： 本文扼要介绍了旋挖钻机泥浆护壁成孔混凝土灌注桩施工。概述中简明的历史性比较阐明了旋挖成孔的原理，也寓意于传统工艺与现代技术的结合方向。文中较大篇幅系结合工程实践，对旋挖钻成孔工艺特点做了介绍，特别是重点提出控制钻斗升降速度，关注钻斗与孔壁间水动力状态，减少泥水对孔壁的竖向冲刷及粘附作用，从而确保成孔质量。文中结合现场实际，提出了部分参数参考值，有可借鉴之处。 主题词： 旋挖 灌注桩 施工 1．概述 旋挖钻成孔施工法，又称钻头施工法或土钻施工法。据笔者了解它在国内有着悠久的历史，它在上世纪六十年代应用时：是采用人力推动十字扭杠作为旋挖动力，采用滑轮升降钻斗钻杆。下钻钻进时，增接钻杆节段，达到一定深度；提钻卸土时，减卸钻杆节段，使钻斗出地表。因而成孔速度慢，施工效率低。而正反循环泥浆护壁钻孔施工法作为新技术，具有主导地位还是后来的事情。现时随着机械技术的巨大进步，传统的工艺得到了继承发展，正是现代科学技术的巨大进步使它获得了新的生命力。 现时采用的旋挖钻成孔施工法，其成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀具，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻斗装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。现时一般认为：该方法成孔施工具有低噪音、低振动、扭距大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘土、淤泥土层中施工，回转阻力大，钻进效率低，容易糊钻。该施工法适用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵砾石层、软—中硬基岩等地层，桩
孔沉渣少，孔壁泥皮薄，桩侧摩阻力发挥好。 常用的旋挖钻斗有圆锥底（锅底）式、多刃切削式、抓岩式等。它又分为泥浆护壁成孔灌注和干作业成孔灌注两类工艺。干作业成孔灌注工艺系采用套管跟进干式旋挖成孔，并边拔套管边灌注混凝土，施工工艺控制一般认为比较容易。相对而言，泥浆护壁旋挖成孔灌注工艺较复杂一些，笔者根据江苏宿（迁）淮（安）高速公路淮安南枢纽立交工程现场施工经验，特做总结分析如下，以期同行指正。 2．工程事例 淮安南枢纽互通式立交工程位于江苏淮安市清浦区武墩镇北侧，该标段长2.02Km，为宿淮高速公路与宁淮公路交叉，并与宁连高速、205国道相接而设置的。桥梁基础Ф1200mm、Ф1500mm钻孔灌注桩共590根。该地区为平原河网区，处黄泛区平原和淮河冲湖积平原地貌内，地势总体上较为平坦，属于黄淮平原中东部，是黄河冲积平原地貌的主要组成部分。工程址区人工河流、沟渠纵横交错，池塘星罗棋布，水田比邻。地表土质主要为河湖冲积、淤积形成，地表土质多为高液限粘土，具有膨胀性，局部路段有浅层软土，地下水位高。典型地质柱状图描述如下： 根据工期要求与地质情况，现场共投入了TH14-35、HR180两种共5台全液压旋挖钻机。从现场使用效果看：设备易操作性突出、整机移动方便，施工进度快，旋挖深度（m） 地质情况 0 —1.5 粘土：棕黄色，含钙质结核 1.5 —7.5 粘土：棕黄色，含钙质、铁锰质结核 7.5 —10.5 粘土：硬塑—半坚硬 10.5—21 粘土：棕黄色，铁锰结核增多，坚硬 21 —25.2 粘土：灰褐色，结核丰富，出现砂质 25.2—27.4 粘土：棕红色夹淡兰色条纹，结核丰富，含砂量增大，坚硬 27.4—29 姜石层：岩石肉红色，坚硬，岩石间夹杂粘土 29 —29.7 细砂层：褐黄色，主要成分为长石、石英，含少许砾石 29.7—31.6 中粗砂：褐黄色、灰黄色，含砾石 31.6—35 砂粘土：灰白色，夹褐色条纹，硬塑—半坚硬，含砾石 35 —39.7 砂粘土：灰白色，质地均匀，含铁锰质结核，坚硬，含砾石
成孔质量好，全部灌注桩均达到了A类桩标准。与同现场、同时施工的循环钻机相比较：单桩总能耗低；无（需要做处理的）大量废泥浆；特别是钻进速度快，是国产200型循环钻机的20倍以上。 3．施工工艺 全液压旋挖钻机整机自动化程度高，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。由于其工作效率高，施工过程自始至终，均应做好各方面协调配合，确保工艺流程的连续均衡。并应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。 3．1旋挖成孔（泥浆护壁）灌注桩施工工艺流程（见下图）： 3．2钻斗升降速度 旋挖成孔与循环钻孔的成孔原理明显不同：循环钻孔的成孔是依靠泥浆循环护壁，依靠泥浆携带渣土沉淀于地表而实现；而旋挖成孔则靠钻斗挖装岩土直接提升卸到地表，护壁采用稳定液（泥浆）或套筒（主要是干挖工艺采用）。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浆水运动，从而冲刷与粘附作用于孔
壁。从水动力学的角度而论，边壁（水力学意义的，而非指孔壁）急剧变形发生边界层分离，引起能量损失，且边壁变形程度不可改变的情况下，即钻斗大小、形状无法可变，则控制钻斗升降速度，是很自然的选择。 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。 钻斗截面积A与外切刀回转面积a之比A/a 钻斗升降速度参考值 桩径 （mm） 空钻斗升降（m/s） 装满渣土钻斗升降（m/s） 粘土 砂层 粘土 砂层 1200 1.0 0.8 0.65 0.5
1500 1.0 0.8 0.55 0.4 3．3稳定液（泥浆） 旋挖成孔采用稳定液（泥浆）护壁工艺时，为保证孔壁稳定和孔底沉渣符合设计要求，需采用优质化学泥浆护壁。旋挖作业时，保持泥浆液面高度，以形成足够的泥浆柱压力，并随时向孔内补充泥浆；而灌注混凝土时，宜适时做好泥浆回收，以再利用并防止造成环境污染。 本工程配浆材料及配比为：水：膨润土：碳酸纳=1：0.04：0.0002 配制程序为：水 膨润土粉 碳酸纳 性能：粘度18—22秒，比重10.5—11.5，含砂率<2%，PH=8—9 成孔后泥浆指标基本如下： a) 24小时后泥浆指标： 底部 比重: 1.07 粘度: 19 中部 比重:1.065 粘度: 19 顶部 比重:1.06 粘度: 19 b) 泥浆流失量： 终孔8小时泥浆面下降20—25厘米；终孔16小时泥浆面下降30—35厘米。 c) 泥浆的粘着力：采用18米长螺纹钢放入成孔泥浆中，24小时后取出未发现有粘着泥浆。 3．4 旋挖作业其他要点 尽可能根据地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。 钻进硬层，回次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，可换用小直径筒形齿状钻斗，先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进。也可换用短螺旋钻钻进或松动硬岩土层，然后再下钻斗捞渣。现场钻进姜石层时，我们即采用短螺旋钻钻进又反转回钻，以减少对孔壁挠动，起松动作用。 钻进砂砾石层，为保证孔壁稳定可事先向孔内投入适量粘土球；下入孔内的钻斗，装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落。 3．5清孔 旋挖钻进至设计终孔标高后，将钻斗留在原处继续旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需在孔底虚土进行清理。下入钢筋笼后，再测孔底沉渣是否超标，如超标则进行二次清孔。从工程实际看，一般成孔24小时后，沉渣厚度为25厘米左右。 4．现场管理 诚然，全液压旋挖钻机设备自动化水平高，但同样离不开有效的现场管理。首先要重视施工的前期准备工作。特别是由于设备自重较大，总动力大，现场桩位的地基加固是一个重要的问题。其次，应重视现场的各项检测与记录，特别是地质层的判定与记录。由于钻进快，而各种资料是迅速调整其各工艺细节的当然依据。另外，钻斗升降速度的严格管理，稳定液（泥浆）的管理，钢筋笼及混凝土的作业管理都是现场管理的重点。
5．几点体会 通过泥浆护壁旋挖成孔灌注桩的施工实践，笔者深有体会： 1．现时旋挖成孔法，不仅具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点，硬土地质条件下，单桩总能耗也较小。由此，可推论其推广前景极佳。 2．泥浆护壁旋挖成孔施工中，根据桩径与地质层情况，控制钻斗升降速度是成败的关键。 3．旋挖钻机作为现时性能突出的新设备，在使用时应做好相配套的现场管理，方可使其性能得到充分发挥。 4．旋挖成孔法，现时能再领风骚，可谓是传统工艺与现代科技结合的典范，确有方法论意义。
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