旋挖桩机在某住宅砼灌注桩工程中的应用和体会

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  [摘要]本文结合工程实例,在介绍旋挖桩机在某住宅工程中的运用基础上,对其施工质量、工效和施工环境等优缺点进行了分析。
  [关键词] 旋挖桩机 灌注桩 住宅工程 体会
  1、前言
  近年来,随着房地产项目的飞速发展,住宅小区的开发规模越来越大,工期要求越来越紧;但是,由于房屋施工质量控制的要求,其主体结构及装饰阶段的工期已经没有太多的压缩空间。于是,人们将期望的目光逐渐转移到地基的处理阶段,因此,往日只在大中型桥梁工程中运用的旋挖钻机受到施工者的关注,走进了房屋建筑工程。
  江阴长江国际住宅小区工程,总面积21万平方米,占地6万平米,由10幢18—20层住宅和一座联体地下室组成,其中地下室面积约5万平米,工程桩1985根,桩径¢800和¢900,有效桩桩长17~30米,要求2个月内完成(正常条件工期需要5个月)。施工现场东高西低,高差约1.5米;地下水位较高,埋深约在0.8~1.2米;工程桩依次穿越杂填土、素填土、粉砂土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉质粘土、含卵砾石粉质粘土、砂质泥岩,最后进入泥岩(中风化)层。根据试桩的成桩速度,在 24小时连续施工且机械设备、砼灌注等不耽误的情况下,施工现场应需要水钻孔桩机至少30台,方能保证每天成桩33根,按期完成施工任务。30台水钻桩机施工,所需用电量至少为2100KW,用水量至少有6个50水口。但是,现场只有2只总负荷630KW厢式变压器和2个50水口。因此,经过各参建单位共同会商,决定采用5台水钻桩机和5台旋挖钻机进行施工作业,以解决现场拥挤、供电、供水不足等问题。
  2、旋挖桩机简介
  2.1设备特点
  旋挖机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备,外形如图1,其工作原理是:由全液压动力头产生扭矩,由安装在钻架上的油缸提供钻压力,并通过伸缩式钻杆传递至钻头,钻下的钻渣充入钻头,由主卷扬提拔出孔外,属于一种半干作业成孔方法。
  湖南山河智能公司生产的旋挖钻孔设备有SWDM10、15、20、25、28等10个型号,最大钻径2500MM,最大钻深72M,具有功率大,钻孔速度快,自动化程度高等特点,是目前国产同类设备中较好的一种新型旋挖设备。工作时采用自发电设备,成孔阶段无需循环泥浆。本项目采用SWDN20型,该机械性能适中,最大钻径1800MM,最大钻深60M,能够满足本工程的需要。旋挖钻机外形如图1:
  2.2旋挖机的钻具和钻杆
  钻具是旋挖机切土和取土的重要部件,其性能关系到成孔的速度与质量,不同的地质条件合理地选择不同结构形式的钻具,是能否保证顺利施工的关键。旋挖钻机使用的钻具形态很多,但主要类型有回转斗(又分单底土斗和双底捞砂斗)、螺旋钻具和岩石钻具(又分嵌岩筒钻具和牙轮钻具)。其中旋挖回转斗的使用最为广泛,主要用于不含砂石或者含很小颗粒砂石较软地层的施工;螺旋钻具主用于风化基岩和粒径不大的砾石层;岩石钻具用于大的漂石层和硬质岩石层的施工。本工程采用的是双门底开式回转斗。回转斗、螺旋钻具、嵌岩筒钻具和牙轮钻具分别见图1,2,3,4.
  钻杆是连接动力头和钻具之间的重要传力机构,其作用是把动力头油缸(马达)产生的压力(扭矩)传递给钻具,实现旋挖钻进的目的。常用的钻杆分为两种类型:摩阻式和机锁式(又分为分段机锁式和多点机锁式)。摩阻式钻杆以钻斗提供的反作用力形成的摩阻力来传递加压,当钻具出现打滑没有阻力时,将失去传递加压的作用,钻具难以钻进。机锁钻杆通过钻杆上的机锁点把每根钻杆锁住,完全把动力头产生的压力传递给钻斗,能将钻具钻进坚硬的地层。
  
  
   图1图2图3图4
  3、施工过程的质量控制重点
  3.1施工工艺流程
  砼灌注桩是一种地下隐蔽工程,施工工序很多且连续不间断,因此,施工前应根据现场情况编制合理的施工方案,方能合理安排施工,保证工程质量。
  采用旋挖钻机取土成孔,成桩工艺为:定桩位→埋护筒→注泥浆→钻进取土→一次清孔→放钢筋笼→插入导管→二次清孔→砼灌注→拔出护筒。虽然旋挖机成桩工艺与水钻成桩基本相同,但是,成孔孔期间的工序质量控制要求与水钻又有所不同,本文对此着重在以下方面一一表述。
  3.2场地的布置
  旋挖桩机的作业半径较大,最小需要3.5~4.0米;整机重量很大,约有60吨左右。因此,在行走和施工时对场地面的承载力要求较高,常伴有挖土机和钢质箱梁板的配合。场地布置时,应根据场内的地形情况进行合理安排,在确定各台桩机的施工区域和施工路线后,重点做好以下方面:平整场地,铺设施工便道,钢筋笼的制作场地及运输,泥浆的配制与排放等,各项工作都要进行综合考虑,方能全面满足施工的要求。
  3.3.护筒的埋设
  护筒的大小:护筒的直径一般比孔径大200mm~300mm。护筒的内径大,能贮存足够的泥浆,在钻杆提出桩孔时,可确保护筒内的水压,维护孔壁泥皮的稳定;同时可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒,保护孔口的稳固。本工程采用护筒直径为1200 mm.
  护筒的长度:护筒用8 mm~12mm 的钢板加工成型,总长度应能够穿越地表以建筑垃圾为主的杂填土,同时应高出地下水位2m。因此,长度应视现场情况而定。本工程主要采用2.5m、局部采用4.0 m的护筒。
  护筒的埋置:传统的埋置方法是由人工、旋挖机、挖土机等配合完成,机械就位并定位后,利用比护筒稍大的钻具先取土,再用辅助支腿挤压护筒就位,最后用挖土机将护筒周边空隙填平压实。该方法埋置的护筒精确度高、垂直度好,但劳动强度大、效率低,通常需要1~2小时。有的旋挖钻机配备了一种护筒专用驱动器,固定在动力头下端的承撞体上,通过销轴,将护筒直接安装在驱动器上,利用动力头边旋转边加压的功能,将护筒压至规定的埋设位置,再取土成孔。该方法埋设的护筒跟土壤的结合度好,抗外界振动、冲击的能增强,在注浆或提升回转斗时有效防止渗水、漏浆现象的发生,降低孔口坍塌的概率,提高了效率,只需传统方法的一半时间。
  护筒离地高度:应控制在150~300毫米,除保护孔口防止坍塌外,还用以防止表面水或地面漏浆、杂物等滑落孔中。
  3.4静态泥浆的配制与使用
  泥浆作为成孔过程的稳定液,主要作用是在孔壁处形成一薄层泥皮,使水无法从内向外或从外向内渗透,从而对孔壁进行防护。与水钻孔使用的泥浆相比,旋挖成孔中所需的泥浆是一种静态泥浆,需事先在泥浆池中配制并注入护筒中,同时随着成孔的加深而逐渐添加。泥浆的配制方法和要求与水钻相同,但相對密度和黏度应稍高一些,经验表明:相对密度在1.05~2.0、黏度大于17比较合适。
  初次注入泥浆,应尽量竖直向下冲击在桩孔中间,避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部,造成护筒根部基土的松软。正式钻进前,先启动钻机的高速甩土功能,使筒内泥浆离心旋转增大护筒底部同基土结合处护壁泥皮的厚度,防止钻进过程孔口渗漏坍塌。
  3.5钻机的钻进控制
  钻进过程,回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态,以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中,破坏泥浆的配比;每个工作循环严格控制钻进尺度,避免埋钻事故;同时应适当控制回转斗的提升速度。施工实践表明,φ800毫米的桩径,升降速度宜保持在0.75~0.85m/s,提升速度过快,泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过,冲刷孔壁,破坏泥皮,对孔壁的稳定不利,容易引起坍塌。
  3.6清孔
   旋挖机取出的是土(岩)块,因此成孔后,留在孔底的是土(岩)块,而非一般的沉渣。因此,一清时,主要采用钻具将余土(岩)打成碎渣,以便二清时随泥浆排出。钢筋笼安放后,应立即使用循环泥浆进行二清。二清的工作量并不大,比水钻成孔少得多,二清后的泥浆比重不得大于1.05。实践表明,在进行二清时,虽然循环泥浆能使护壁更加稳定,但是,当砼长时间不能及时灌注时,仍会增加塌孔的发生机率,
  3.7.砼浇筑的控制
  开始二清时,应随时做好砼的灌注准备,否则易造成塌孔事故。水下灌注砼,应加强对坍落度的控制,砼坍落度应控制在18 cm~22cm。灌注过程中经常测量灌注砼的标高和导管的埋置深度(应不小于2m)。砼应连续灌注,完成后每根桩留取砼试件1 组,进行标养检测。
  4、旋挖钻机成孔的优点
  SWDM20旋挖机最大钻孔深度为60 m, 本工程的基桩深度一般在20 m~35 m, 直径0.8和0.9 m,实际使用中有以下优点:
  4.1地質适应性强,成孔效率高。该设备对各种不同地质状况适应性强,如粘土层、卵砾石层、强风或中风化泥岩层等钻进效率都很高,每根2h~3h 成孔,每天可成孔6个~7个,是水钻工作效率的6倍之多。如与砼运输、灌注设备配合完好,更能加快施工速度,节省人力资源,提高成桩效率,降低施工成本。
  4.2清孔彻底,成孔质量好,能提高桩的承载能力。由于旋挖钻孔灌注桩的特殊成孔工艺,它仅需要静态泥浆护壁,在孔壁不形成厚的泥皮;此外,钻头多次上下往返,使孔壁粗糙,增强了桩土之间的咬合,大大提高桩的侧摩阻力;同时,由于旋挖钻头可形成平底钻孔,有利于桩端阻力的发挥。
  4.3自动化程度高。旋挖钻机配备电脑控制程序,全中文人机界面友好,移机并定位后,如确定了桩体的各项技术指标,能够自动保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等各项技术指标全部达到规范和设计要求。
  4.4环境适应性强。旋挖机大多采用可伸缩式履带行走装置,场内移动方便;且由于自身功率大(SWDM20型为194KW),特别适用于供电不足的现场施工。
  4.5节能减排,环境污染小。成孔时不需要循环泥浆护壁,也不产生大量的泥浆。当地层需要时,也仅采用预制的泥浆补充孔内,该泥浆重复利用率高,因此对环境污染小。
  5、旋挖施工中的不足与解决方法
  5.1钻具选择不合理,易发生缩颈和埋钻事故。回转斗如采用圆柱型盛料桶,侧壁无泥浆导流槽,底盘无侧齿,回转斗提升力明显增大,桩径缩孔现象较为严重。如将回转斗盛料桶改为圆锥式,侧壁加焊导流槽,将有利于在桩孔内的导向及泥浆的导流,减小桩孔内的负压。施工时,如发现扭矩增加而钻杆仍不转动时,应暂停施工并分析原因,强行施工易造成钻具破坏或埋钻事故;当钻具埋置较深无法取出时,该桩孔将不能继续使用。因此,应根据不同的地质情况选择合适的钻具。
  5.2钻杆选择不合理,易发生打滑不进尺等现象。机锁式钻杆较摩阻式钻杆适应性强,能对钻具产生正压应力,克服打滑问题,应优先选用。实践表明,同样的机械,使用机锁杆较摩阻杆的成孔速度快得多。
  5.3由于成桩速度快,护壁泥皮较薄,易造成坍塌事故。因此,应正确埋置护筒以防孔口渗漏,提高静态泥浆的粘度,放缓钻进和提升速度,钢筋下放时避免碰撞孔壁,及时灌注砼。
  5.4由于机械自重较大(60T左右),对场地承载力要求高,易发生倾斜或侧翻的安全事故。因此,机械行走时,应将桅杆放倒,进入运输状态;房屋主楼等工程桩较密集部位,施工后的桩孔回填时应采取措施提高承载力,同时辅以钢梁板作机械行走(或停止)时的垫板。
  5.5旋挖桩虽然泥浆用量少,能减少环境污染的优点,但是,由于旋挖土并非干燥的,还伴有少量的泥浆,集中堆放后如不及时外运,对场地也会产生污染,严重时将会影响施工机械的行走,进而影响施工进度。
  6、结束语
  旋挖钻机施工具有成孔质量好、速度快、无噪音、无污染等优势是明显的,将会得到越来越广泛的运用;但是,密集桩施工时的质量隐患和安全隐患也是存在的。因此,应针对不同的场地情况、地质情况,制定相应的施工工艺,以确保钻进成孔的顺利进行,避免施工事故的发生。
  
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