市政高架桥旋挖钻孔桩施工技术.pdf

1 市政高架桥旋挖钻机桩基施工技术 1 前言 旋挖钻孔施工原理是,由全液压的动力头产生扭矩，并由安装在钻架上的液压油缸提供钻压力，这两部分通过伸缩式钻杆传递至钻头，使钻头切削土体，钻下的钻渣充入底部设有活络挡板的钻头，由主卷扬提出孔外。通过钻头的旋转、切削挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。本文以杭州市重点工程德胜快速路高架桩基施工为例，对旋挖钻机施工工艺、注意事项及与传统回旋钻机的比较的技术经济优势进行分析介绍，以供参考。1.1 工程概况 杭州市德胜快速路工程为杭州市主城区东西走向的城市快速路,本工程中段A1 标总造价为 2。46 亿元，施工内容包括高架桥、跨铁路引桥、地面道路、桥梁、排水工程和人行天桥等,本段桥梁基础均为钻孔灌注桩,总计 949 根，其中 1。8 米桩基 126 根；1。5 米桩基 211 根；1.2 米桩基612 根；桩长最长为 62 米，最短为 45 米.1.2 工程施工特点 本工程沿线均为城市繁华地带，与多条道路交叉，地下管线复杂，地面车辆、行人拥挤，具有施工干扰大,施工场地狭窄，噪音及环保控制要求高的特点；而且本工程的工程数量大，工期仅 360 天，工期非常紧张。桥梁地质软弱、复杂，地下水埋藏浅，钻孔桩基础共穿过 11 个地质层，基岩变化大,桩基施工难度大，其中桩基有 382 根桩持力层位于卵石层,设计采用后压浆进行桩底加固处理，因此桩基施工顺利与否成为控制工期的关键因素。桩底位于卵石层的钻孔灌注桩的地质情况如表 1 所示。表 1 桩基地质分层描述 2 层的位置 层号 地层名称 地质情况描述 第 1 层-1 杂填土 质不均，湿饱和，松散，厚2.1m 第 2 层-1 粉质粘土 灰黄色，软塑，土质较均，厚1。7m 第 3 层-1 淤泥质粘土 灰色，流塑，土质均一，厚5.4m 第 4 层-2 淤泥质粉质粘土 灰色，流塑，土质不均，厚2。6m 第 5 层，粉质粘土 灰黄色,软塑,土质较均，厚 2m 第 6 层 1 粉质粘土 黄灰色，软塑，土质不均，厚3m 第 7 层 2 粉质粘土 灰黄色，可塑为主，土质稍均,厚 4.6m 第 8 层 淤泥质粉质粘土 灰色,流塑，土质均一，厚 5.3m 第 9 层 粉质粘土 暗绿色，可塑，土质较均，厚4。6m 第 10 层-2 粉质粘土 兰灰色，可塑，土质均一,厚 1.5m 第 11 层 3 细砂 灰色，饱和，中密，厚 3.9m 第 12 层 1 粉质粘土 兰灰色,可塑，土质不均，厚 8m 第 13 层-2 粉砂 灰色，饱和,中密，厚 1m 第 14 层-4 卵石 灰色，中密实,饱和，次圆状，次棱角状，胶结性一般，厚 6m 1。3 施工方案比选 根据桩基地质条件、桩长、桩径情况及施工条件，可以采用传统的正循环或者反循环钻机成孔，亦可采用旋挖钻机成孔，这两种工艺在国内均比较成熟,通过技术经济和工期进度方面的比较，结果见表 2。表 2 正反循环钻机成孔及旋挖钻机成孔工艺对比结果(同等条件）序号 对比项目 正反循环钻机成孔 旋挖钻机成孔 本工程施工条件 1 泥浆循环及渣土数量 需要泥浆循环,产生的渣土和泥浆量较大，泥浆循环占用场地较大 无需泥浆循环，可泥浆重复使用，排出的渣土和泥浆量大大减少，场地占用较小 工地处于闹市繁华地段,场地狭窄,泥浆和渣土必须及时清理外运 2 成孔周期 相同地质条件下30m单根桩成孔时间（含清孔）大约在 1012 小时.相同地质条件下 30m单根桩成孔时间大部分桩在 2 小时内，少部分桩成孔时间在 3小时内。场地和交通条件限制，只能分段局部施工，不能大面积展开，工期非常紧张 3 设备情况 需要人工多，用电量大，需要配电箱、敷设电缆等，钻机移动不便，需要吊车配合运输,移动 自带动力行走，移动方便，不需配电装置,人工需用较少,可自动调平对中 施工场地狭小,安全文明施工要求高 4 机械费用 单机租赁或购买费用较低，需要数量多 单机租赁或购买费用较低费用相对较高，需要数量少 目前杭州城区旋挖钻机保有量较多,使用相对较少，可租赁到 3 5 施工质量 使用广泛,工艺成熟，桩壁泥皮厚，影响承载力，硬岩地层钻进困难,易发生塌孔、缩径、倾斜、粘钻等事故 设备多为进口，适应性强，钻进效率高，事故少。护壁泥皮较薄,成孔规则，可提高桩基承载力 市政工程要求逐桩检测，保证优良 经过以上比较，尤其从工期进度和工程质量两个方面考虑，旋挖钻机具有较大的优越性，我们决定除跨沪杭铁路引桥两侧开阔地带的桩基采用传统回旋钻机成孔外，进入市区繁华地段的桩基均采用旋挖钻机进行桩基成孔,以加快桩基施工进度,确保工程质量,为后续工程施工奠定基础.1。4 施工设备简介 本工程租用两台德国宝峨公司的 BG25C 履带式大直径旋挖钻机，本机整机自重 55T，整体高度 22。38 米,带护筒驱动器，可全护筒跟进成孔；该机就位方便，可自动调平对中，钻杆为伸缩式钻杆,较硬岩层钻杆可锁定，最大成孔直径 2.0 米，最大钻深 72 米。另配砂石泵(清孔)、泥浆运输车(泥渣、泥浆外运）、导管、护筒、灰浆搅拌机、压浆泵、砼运输车、吊车等。2 施工工艺方法 2.1 施工工艺流程 旋挖钻机灌注桩施工工艺流程:场地平整测量放线护筒埋设钻机就位、调平对中旋挖成孔清孔换浆下钢筋笼、导管灌注水下砼桩底注浆成桩检测。2。2 工艺要点 2。2。1 桩基放线、埋设护筒 采用全站仪，利用极坐标法对桩基进行准确定位后，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制桩为基准埋设钢护筒,护筒高度 2。5m,为保护孔壁，露出地面 30cm。护筒由人工埋设再由旋挖钻配合完成较4 好。旋挖钻在埋设护筒时，由人工、机械配合完成，主要利用钻头的挤压方法作微调,精确度高.为防止后压浆时跑浆,护筒周围土要夯实，最好粘土封边。2.2.2 泥浆制备 在旋挖钻机成孔中，泥浆（又称稳定液）的作用主要有保护孔壁,平衡地下水位，悬浮钻渣，防止钻渣快速沉淀。施工中采用采用优质膨润土粉和纯碱混合加水搅拌后存放在活动的钢制泥浆箱中，其重量配合比为膨润土纯碱水=80。6100，泥浆比重一定要控制在 1.11.30之间,粘度在 23s28s，含砂率小于 4%,PH 值大于 7。调配泥浆太稀，容易造成孔壁坍塌；调配泥浆太稠，使扭矩加大,钻头下落困难。必须定时测试泥浆的各项技术指标，发现问题及时调整解决。本工程桩基地层大部位于粉质粘土层和淤泥质粘土层中,经测试自造浆指标较好，只是进入卵石层才补充少量优质泥浆。对于对粘性好的岩土层,可采用清水钻进工艺，自行造浆，无需另外制作泥浆护壁。2。2。3 旋挖成孔 该钻机为履带式,进入现场安装调试后，可自行就位,并利用机载自动控制系统调整其钻杆垂直度，自动对中。此时在护筒内注入泥浆,即可进行钻孔.该钻机成孔时采用旋挖式筒式钻头将地层中泥渣载入钻头挖出，自动显示筒满后,提升将土卸于一侧跟随的泥渣运输车上运走，然后继续旋挖至设计高程。在成孔过程边挖边补充泥浆，保证在提钻后出土后孔内液面始终高于护筒底面。该机成孔深度可自动显示，在实际施工中辅以人工检测验证，确保成孔深度达到设计要求。终孔后沉淤的控制：旋挖钻机的切削、提升上渣的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同,是通过钻头把孔底原状土切削成条状载入钻头提升出土，孔底底部面缓，钻至设计标高对土5 的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强泥浆的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀；还要控制终孔前的两钻头的旋挖量，防止超挖。2.2。43 清孔换浆 成孔深度达到设计要求后，进行清孔换浆工作。因为旋挖钻孔不采用正反循环施工,泥浆是反复使用的，所以一旦泥浆中含有沉渣，那么直到钻孔终了，沉渣还是随着泥浆留在了孔底。所以要建立泥浆沉淀池，适时地把泥浆中的沉渣沉淀后清理一下。另外适时地添加新鲜泥浆。清孔时边注边抽，保证在孔底 50cm 内，泥浆比重小于 1。20，粘液不大于28s,砂率不大于 4时，才可以提钻转到下一桩孔成孔。2.2。5 安放钢筋笼 钢筋笼在加工场分节制作，为防止笼运输时变形,将制作好的钢筋笼每隔 3 米设方形加劲肋,再将预制的混凝土圆柱形定位块绑于钢筋笼上，控制保护层，最后将压浆管固定上，利用吊车将其吊入孔内。为防钢筋上浮，将钢筋笼与护筒焊牢.旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在钢筋笼制作、安装上采取合理措施，避免安装时钢筋笼刮伤孔壁，就可以大大地降低沉渣厚度,有效防止塌孔的发生。这就要求在钢筋笼制作方面要严格控制，重点是钢筋笼外径和直线度,主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量必须符合设计要求.为此,要检查钢筋笼保护层垫块的设置。在这一工程中，垫块采用圆柱形砼块,沿钢筋笼每隔 2m 放置一组，每组设置 4 个，按 90螺旋形均匀安放，既可避免笼体碰撞孔壁，又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。钢筋笼的吊装应 3 点起吊，保持笼轴线重合。入孔时，始终需保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放，保持稳定，避免碰撞孔壁,一旦遇阻立即6 查明原因，禁止晃动和强行冲击下放。2.4。6 安装导管 导管在使用前必须作密封性检查，接头严密，不漏水、不漏浆。利用吊车将导管放入,导管直径、长度应与孔深配套,管距孔底 0.3m，初灌量应保证混凝土扩散后，导管埋入深度不小于 1m,为防止混凝土与泥浆混合，在灌注混凝土前，将预制好的混凝土圆柱块用铁丝固定在料斗底，在混凝土达到预定量后，剪断铁丝，和混凝土一起下落，用于隔浆。2。4。7 灌注水下混凝土 本工程砼采用商品砼，利用搅拌运输车运输,混凝土应连续浇注，中间不得停顿。由于桩内混凝土不能振捣，主要靠混凝土的自重压密和混凝土的流动性成型，必须控制好配合比及浇注速度以确保混凝土的质量。随时检查混凝土的塌落度，塌落度应控制在 1620cm 之间。每注入一车混凝土,利用吊车向上拔管,每提 0。3m 反插一半，保证混凝土的扩散和密实.如此循环,直至顶面.2。4。8 后压浆施工 本工程桩基持力层多数在卵石、卵石层中,设计要求进行高压注水泥浆填充密实.压浆钢管和钢筋笼一起埋入，对称布置两根，在下放钻孔桩钢筋笼前，在钢筋笼上对称的安装上两根直径为 25mm 的注将钢管，管底部进入卵石层 25cm,管顶、管底要封口。按照设计要求等桩浇筑完成 7 天以后即可进行桩底注浆，水泥浆液搅拌时间不少于 5min，以保证均匀,注浆前先注入高压清水，将压浆管开通，再行注浆，注浆压力为 34MPa。单桩压浆量设计值需要通过现场实验验证，如果通过几根桩的试压均达不到设计值，其设计压浆量根据试压值调整。压浆控制标准是将规定的压浆量全部压进，可通过一次压浆或二次压浆达到进浆量的目的.就7 是说第一次压浆如果压力达到3MPa而压浆量达不到规定停止压浆，停12h后进行第二压浆;如果达到规定要求，则停止压浆；如果仍达不到规定,则压力达到 4MPa 时即可终止压浆。3 旋挖钻机施工注意事项及质量控制措施 3.1 钻机施工操作人员和工程技术人员要对旋挖钻机性能进行充分了解，掌握正确的施工工艺方法，加强工序工艺管理,认真总结新鲜经验，确保桩基质量。3.2 必须控制钻头在桩孔内的升降速度，因为如果升降速度过快，水流将会以较快速度由钻头外侧与孔壁之间的空隙中流过，导致冲刷孔壁,而且惯性作用会导致钻头刮碰孔壁，有时还会在上提钻头时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌;为防止孔壁坍塌，应确保孔内水位高出地下水位2m 以上；泥浆调制技术及指标控制必须严格，以保证泥浆对孔壁的支撑能力。3.3 钢筋笼制作要确保质量，不合格严禁出场吊运;运输时防止变形，接长焊接时要保证垂直度.下放探孔器和钢筋笼时要对中竖直，避免晃动，缓慢下放、提升,防止破坏孔壁.3。4 加强过程观测，在各工艺环节中要随时观测出渣情况，泥浆性能,水位变化，钻进速度等，及时全面做好原始记录，发现异常情况，及时采取正确应对措施。4 实际施工效果 本工程 80%的桩基采用了旋挖钻机成孔工艺，按照市政工程验收规范进行逐桩检测验收，全部桩基均被评为类桩；桩径 1.5 米的 62 米长桩基，平均 8 小时成孔一根,较普通回旋钻机成孔时间快 70。在施工中,此钻机噪音极低,对周边居民的生活影响很小，受到了广大市民的好评；且挖出的钻渣土方能及时方便的外运，无大面积泥浆污染.最终本工程获8 得杭州市优质工程和国家优质工程银奖.5 结论 旋挖钻机钻孔桩施工技术与传统的回旋钻机成孔工艺比较，具有如下优越性：5。1 成孔效率高，费用低。旋挖钻机具有良好的机动性能、直接钻取原状土层，提高了施工工效，一台旋挖钻机的工效相当于 35 台回旋钻机。从经济效益方面分析，综合考虑人工、材料和机械租赁等费用,同条件下每米成桩总费用要比普通回旋钻机降低 10%左右。5.2 成孔质量高。旋挖钻钻斗对孔壁扰动小、孔底沉渣少、泥皮薄，单桩承载力高.在所有施工中未发生过塌孔、埋钻及孔壁倾斜等质量问题.采用钻斗钻取原状土，便于直观地验证桩端持力层。5.3 自带动力，可缓解供电压力，减少了用电安全生产隐患，减轻施工现场管理工作难度，增强了施工生产的安全性。安装简单，自行就位，调平对中，大大缩短了施工准备时间。54 不采用泥浆循环，减少了泥浆沟槽设置,避免泥浆溢出污染城市道路，噪音低、振动小，不扰民,有利于现场的文明施工管理。5。5 由于工效高，从而大大减少现场投入钻机设备的数量，最大限度地减少施工场地的占用,降低对道路交通的影响.从以上分析看出，旋挖钻机成桩技术非常适于在繁华闹市区狭小范围内的桩基施工，是市政桩基施工的发展方向.参考文献 1 天津市市政工程局主编.市政工程设计与施工实例应用手册。北京：中国建筑工业出版社，2001。2桂业昆 邱式中编.桥梁施工专用技术手册。北京：人民交通出版社，2005。3张震。旋挖钻机施工工艺及控制。山西建筑.2004，第 9 期。4段志文。旋挖钻孔桩的技术经济优势。铁路工程造价管理。2003，第 6 期。