摘要：本文结合南京市宁溧路快速化改造工程,对3种类型钻机进行钻孔工艺比选,在该工程中钻孔灌注桩采用旋挖钻施工。介绍旋挖钻机钻孔的工作原理及施工工艺,阐述旋挖钻在市政工程应用,对以后同类工程具有一定的参考价值。
关键词：旋挖钻机 施工工艺 钻孔灌注桩
1 工程概况
宁溧路快速化改造工程位于南京市主城东南部,起于双桥门立交南端,终于麦德龙路,改造里程约2.5公里。其中SG1标段主要包括新建主线双向四车道高架及地面双向六车道改造,新建两条单向三车道匝道、四条单向单车道匝道等。共有钻孔灌注桩总计约335根,桩径1.2～1.5m,桩长20～39m。
该工程桩基处地质情况相对较复杂,岩土层为杂填土、素填土、粘土、粉质粘土、粉质粘土混卵砾石、强风化泥岩、泥质粉砂岩、中风化泥岩、泥质粉砂岩。工程场地位于突起带之间的基岩盆地中,沉积有厚层的泥质粉砂岩、泥岩和细砂岩,覆盖层厚度变化较大,且基岩岩面起伏变化也比较大。作为桩基持力层的中风化泥岩、泥质粉砂岩,属软岩-极软岩,遇水易软化。
2 工程难点
本工程施工主要难点:①南京市区施工,交通压力大,施工区域极其狭小;②工期较紧,桩基数量较多;③地处闹市区和绿化带,环保要求较高;
3 钻机选型
针对施工现场的施工环境及上述施工难点,为满足工期及施工质量要求,主要对3种类型钻机钻孔工艺进行了研究比选[1-3],3种类型钻机钻孔工艺区别见,表1。
根据上述比较结果以及桩基施工的特点、工程地质条件和该工程对环境保护的要求,本工程选用BG200旋挖钻机,要求旋挖机同时配备筒钻头和螺旋钻头,在上层土层中使用筒钻头并控制钻进速度;在进入较硬的基岩或砾石层后,用筒钻头难以钻进后,可采用螺旋钻头与筒钻头交替使用的方法钻进。
4 旋挖钻机施工工艺
4.1 工作原理
旋挖钻成孔首先是通过钻机自有的行走功能和桅杆变幅机构使钻具迅速达到桩位,利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的筒式钻头置放到孔位,钻机动力头装置为钻杆提供扭矩,加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆、钻头,钻头回旋破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,这样循环往复,不断取土、卸土,直至钻到设计孔深。
4.2 护筒埋设
护筒埋设是旋挖作业中的关键。护筒采用12mm厚钢板卷制而成,护筒内径较桩径大20cm。在焊接接头处均加设15cm宽的钢带,护筒底加设50cm宽的钢带作为刃脚,以为加强钢护筒的整体刚度。首先采用人工风镐破除既有道路沥青面层及路基层,然后利用旋挖钻机的桶型钻头进行开孔,开孔完毕后,利用钻杆桅杆上的副卷扬机起吊护筒,辅助人工推移,进行护筒埋设,护筒顶口高出地面约30cm。沿护桩拉十字线复核护筒中心,使护筒中心竖直线与桩中心线重合,并在护筒口用红油漆标识护桩方向线位置。经确认护筒平面位置的偏差不超过50mm,竖直线倾斜度不大于0.5%,则将其四周用粘土夯实。
4.3 泥浆制备
由于旋挖钻成孔极快,对于护壁要求就更为严格,在泥浆制备上一定要严格要求,否则极易造成塌孔。造浆材料选择优质膨润土,不能使用孔内原土造浆护壁,膨润土作为泥浆原料一般为用水量的8%,造浆前应根据泥浆性能指标的要求做泥浆配合比的试验,现场按照泥浆配合比用制浆机拌制泥浆并存入储浆池。特殊情况下,在使用黏土作为造浆材料时应符合下列要求:①自然风干后,用手不易掰开捏碎。②干土破碎时,断面有坚硬的尖锐棱角。③用刀切开时,切面光滑、颜色较深。④水浸湿后有粘滑感,加水合成泥膏后,容易搓成1mm的细长泥条,用手指揉捻,感觉砂砾不多,浸水后能大量膨胀。
4.4 钻进出渣
旋挖钻机钻孔施工中,泥浆为单向供应,在孔口注浆即可,与常规钻机泥浆循环系统有较大的区别,部分泥浆随筒钻出渣而排出,损耗较大,需要随时观察孔内泥浆标高,一般应高出护筒底口1m以上。由于旋挖钻机钻渣由筒钻直接取出孔口,需要装载机及运渣车辆配合,及时将钻渣转移至指定堆放场地。钻进至钻机显示深度在设计深度以上1m左右时,采用经检定过的钢丝测绳进行精确测量,避免出现后期超钻深度过大。
4.5 清孔
由于旋挖钻的施工特点,能够采用掏渣法进行清孔,对于后期二次清孔是有利的。到达设计孔深前,最后一次下钻时采用减压吊钻,并扫孔2～3圈,将孔底钻渣尽可能取出,并保证孔底大致平整。旋挖成孔后利用旋挖钻机掏渣钻斗进行掏渣,保证桩底沉淀层厚度符合设计及验标要求(摩擦桩不大于20cm)。在水下砼浇筑前,应复查桩底沉渣厚度,不满足要求时进行二次清孔,二次清孔采用高压风或泥浆置换法,泥浆置换法为常规施工方法,而高压风或者高压泥浆喷射,即在混凝土灌注前,对孔底进行高压射风或射泥浆数分钟,使沉淀物漂浮满足沉渣厚度要求后,立即灌注水下混凝土。
5 旋挖钻在市政工程中的应用
旋挖钻机具有成孔速度快、环境污染小、操作灵活方便、适用性强的优点,结合该市政工程中桩基施工特点,在施工中需特别注意以下几点:
重视开挖探沟。市政工程的地下管线情况极其复杂,涉及到自来水、国防、电信、煤气、电力等诸多方面,尽管开钻前就取得了地下管线的布置图,但有些老管线在图上可能漏标,管线图的精度也不能满足实际施工需要。如果贸然钻进,有可能会造成严重损失,同时影响进度。所以在桩位放样完成后,就必须开挖探沟,深度根据实际需求宜为1～3m。同时在埋设护筒的钻进过程中,一定要缓速钻进,遇到异常情况立即停钻,提钻后查看情况。 制作可移动式钢板泥浆池。在市政工程中,由于施工区的狭小,施工线较长,对环境保护要求较高,制作可移动式钢板泥浆池,提高泥浆循环利用率,降低污染,加快施工进度。
根据不同的地质条件,选择不同的成孔方式。针对本工程中地质较差的世纪广场旁桩基,从泥面至泥面下10m左右均为松散的建筑垃圾回填,采用传统的方法不能满足其稳定性,避免塌孔事件发生,从而选择使用长度8～10m,壁厚1cm左右长护筒钻进成孔,再使用泥浆护壁,取得了比较好的效果。对于地质条件比较好的,采用螺旋钻+干成孔的方式,最后采用筒钻扫孔,同时必须遵循“3个提前”(即提前制作钢筋笼,提前运至现场,提前在现场焊接),争取钢筋笼一次性吊装完成,做好浇筑混凝土的前期准备工作。按放钢筋笼到浇筑完混凝土整过过程不超过40分钟,这样,避免塌孔,再次清理孔底的工作,加快了施工进度,同时也保证了桩身的质量。对于较复杂的覆盖层情况时,此时操作人员需根据出渣土质以及进尺情况,合理控制钻进速度和提钻速度,避免对孔壁造成较大的扰动,防止在钻进过程中发生坍孔事故。对于实际地质情况与地堪报告相差较大时,采用不同旋挖钻进都无法钻进,钻齿磨损极大时,应及时停钻,防止伤害旋挖钻机,此时可选择其他方式成孔,从而避免推迟工期,减小经济损失。
BG200旋挖机具有回位定位功能,每次提钻抛土后就不需要进行对中,从而提高钻进效率,也保证桩位的准确。但由于市政工程的高强度要求,应当避免在钻进过程中为节约桩位复测时间,没有钻到设计标高就移动钻机埋设护筒,一旦发生,必须重新利用护桩对中,在钻进的过程中必须保护护桩,不得一开钻就破坏护桩。
6 结语
在施工高峰期间共安排5台旋挖机,日均成桩4根,最高日成桩8根。相比普通回旋钻机,工效提高了将近1倍。由于采用可移动式钢板泥浆池等方法,并及时运出桩基渣土,降低了对周边环境的影响,有效地保护周围环境,实现清洁、文明施工。同时结合市政工程的特点,因地制宜的采取各种施工措施,其钻孔过程顺利,成孔质量良好,经过第三方检测,各项检测指标均满足规范和设计的要求,并取得了较好的钻孔经验,对以后同类型的旋挖钻施工具有一定的参考价值。
