特殊地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)

1、成都理工大學 特殊地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)學 院： 環(huán)境與土木工程學院專業(yè)班級：15級地質(zhì)3班 姓 名： 尹金輝 學 號： 2015050143 特殊地質(zhì)條件下旋挖鉆施工技術(shù)摘要：本文針對旋挖鉆成孔技術(shù)的特點，研究總結(jié)了其相應的施工技術(shù)，特別是針對在高水位、軟土層、流砂和硬層等不利地質(zhì)情況下的旋挖鉆成孔技術(shù)進行研究，形成了相關(guān)技術(shù)。關(guān)鍵詞：旋挖鉆 特殊地質(zhì) 施工技術(shù)隨著鐵路和高速公路建設的不斷發(fā)展，鉆孔灌注樁在橋梁基礎中日益增多。在鉆孔灌注樁施工過程中，具有成孔率高，孔徑偏差小，移動快速靈活等優(yōu)點的旋挖鉆機作為一種新型的鉆孔設備，正在被越來越多的采用在橋梁工程鉆孔樁施工中，并且有逐步取代傳統(tǒng)的

2、正、反循環(huán)鉆機、沖擊鉆機的趨勢。樊家溝大橋位于西商高速公路k25+840里程，橋梁基礎為混凝土灌注樁，鉆孔樁32根共計1200m，絕大部分樁基孔位處于原水庫底面上，表面以下5m范圍內(nèi)為黑色河泥，再往下18m范圍內(nèi)為粘土層和砂礫層交替，接著為一層厚度為5m左右的砂礫層，最后為卵石土層。因為受原水庫水浸泡，地下水位高（約為原地面向下1m），故表面底層土質(zhì)松軟，而最后卵石土層中又含有大塊粒徑（約為50cm直徑）卵石。綜合考慮地質(zhì)條件、工期等各方面因素，決定全部采用旋挖鉆機成孔。1 鉆挖鉆機的主要技術(shù)性能及特點旋挖鉆機的工作原理是通過底部帶有活門的筒式鉆頭回旋破碎巖土，并將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機提

3、升裝置和伸縮桿將鉆斗提出孔外卸土，并且可以把粒徑較小的卵礫巖塊帶出孔外，這樣反復循環(huán)，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。最適合粘土、亞粘土、砂層、砂卵石和單軸抗壓強度小于80mpa的巖石。主要技術(shù)性能及特點如下：1.1 成孔速度快，是普通的循環(huán)鉆機的5倍以上，有效地保證了工程進度。旋挖鉆機采用全液壓設計，自動化程度高，工作速度快，直徑2.2m，孔深35m的基樁通常在2小時成孔。1.2 移動方便，旋挖鉆全液壓履帶式伸縮底盤，可將鉆機方便地移動到所要到達的位置，具有良好的整機穩(wěn)定性及良好的機動性能。1.3 定位速度快且定位準確度高，開孔前通過人工指揮鉆頭中心對準樁位，再由操作員將對應坐標設置軸心坐

4、標，施工過程中操作員在駕駛室內(nèi)利用先進的電子設備可以精確的實現(xiàn)對位和以后的校正操作，使得鉆機達到最佳鉆進狀態(tài)，定位完成后直接由鉆筒加護筒鏟旋挖護筒基坑，比起傳統(tǒng)機械省時省力，而且精度高。1.4 鉆孔深度、垂直度可以自動檢測及控制，鉆孔深度和垂直度可以由電子系統(tǒng)控制并在熒屏實時顯示。1.5 鉆機自帶動力，不受場地供電限制，在電力緊張的工地施工作業(yè)時，旋挖鉆更能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。1.6 安全、環(huán)保特點突出，旋挖鉆操作靈活輕快，震動小、噪音低，而且還設置了主、副卷揚機的高度限位與動壁幅度限位以及駕駛室內(nèi)液控開關(guān)等安全保護裝置，鉆孔過程中不循環(huán)泥漿，使用的泥漿可以循環(huán)利用，鉆渣可以通過提升鉆斗時和泥漿分

5、離后，用裝載機運輸至指定位置，減少了污染，施工現(xiàn)場較為清潔干凈。1.7 成孔后沉渣少，旋挖鉆機采用靜態(tài)泥漿護壁，鉆渣是通過旋挖斗直接提出，沉渣量很小。2 旋挖鉆鉆孔施工技術(shù)由于樊家溝溝底施工場地，地下水比較豐富，形成對樁孔側(cè)壁的壓力，為了保持樁孔內(nèi)壓力大于等于孔外壓力，采用澎潤土加標準粘土（不含砂）拌制泥漿，采用泥漿護壁法施工工藝。以下簡述正常情況下的旋挖鉆成孔施工技術(shù)：2.1 施工準備。2.1.1 鉆機就位：根據(jù)樁孔中心位置，將鉆機就位，調(diào)整鉆機處于水平狀態(tài)，使鉆機桅桿處于垂直位置，保證鉆頭中心對準樁位中心。2.1.2 埋設護筒：旋挖鉆鉆筒加設旋挖鏟旋挖護筒基坑，由鉆機自帶鋼絲繩吊設護筒，人

6、工配合埋置護筒，此操作比起傳統(tǒng)的循環(huán)鉆或者沖擊鉆要便捷、精確許多。2.1.3 泥漿制備，泥漿由水、膨潤土和碳酸鈉、纖維素等添加劑組成，視不同土層確定泥漿比重、稠度和用量，造漿后，按要求測試泥漿性能指標，并在鉆孔時檢查泥漿比重。泥漿性能指標符合表要求。注:(1)地下水位高或其流速大時,指標取高限,反之取低限;(2)地質(zhì)狀態(tài)較好,孔徑或孔深較小的取低限,反之取高限。鉆孔附近設置制臨時漿池、蓄漿池、沉淀池，臨時漿池在清孔時與樁孔內(nèi)泥漿連通，形成循環(huán)系統(tǒng)，用于清孔排出孔內(nèi)沉渣；沉淀池與蓄漿池通過溝槽連通，用于鉆孔過程中排出孔外的含有鉆渣的泥漿循環(huán)凈化，沉淀后重復使用。鉆孔時通過泥漿泵將泥漿從蓄漿池抽出

7、注入樁孔，保持孔內(nèi)壓力，以防塌孔；灌注砼時再將樁孔內(nèi)排出的泥漿從臨時漿池抽到沉淀池。開鉆前，根據(jù)樁長計算出所需泥漿用量，準備足夠數(shù)量的泥漿，保證鉆孔工作的順利進行。2.2 鉆孔。護筒埋好后,經(jīng)過檢樁確認誤差在允許范圍內(nèi),將泥漿輸進樁孔中，開始鉆進出渣。鉆進過程中要經(jīng)常注意土層變化，每進尺2m或在土層變化處應查看鉆渣，判斷土層地質(zhì)情況，記入鉆孔記錄表，并與地質(zhì)柱狀圖核對，同時根據(jù)鉆進難易程度選擇適合的鉆頭型號或更換斗齒。操作人員必須認真貫徹執(zhí)行崗位責任制，隨時填寫鉆孔施工記錄，交接班時應詳細交代本班組鉆進情況及下一班組需要注意的事項。鉆孔過程中要保持孔內(nèi)1.5-2m的水頭高度，鉆孔作業(yè)應分班連續(xù)

8、進行，經(jīng)常對鉆孔泥漿進行檢測和試驗，泥漿如有損耗、漏失，及時補充。遇土層變化，可適當調(diào)整泥漿指標，特別是穿越沙層地質(zhì)時，要控制好泥漿比重和黏度，以防塌孔發(fā)生。鉆進過程中經(jīng)常觀察鉆機上的水平儀是否水平，如有傾斜或位移，及時調(diào)整。鉆孔達到設計標高后，對成孔的孔位、孔深、孔形、孔徑、垂直度等幾何尺寸進行全面檢查，確定滿足設計要求后，進行下道工序。3 不利地質(zhì)條件下鉆進方法及鉆頭選擇3.1 施工中由于施工平臺土松軟，鉆機因自重下沉，會導致孔位偏移、孔斜和擴孔現(xiàn)象。首先，因為旋挖鉆機開孔對位時所設置的孔中心坐標是相對于鉆機履帶相對穩(wěn)定的基礎上而言，如果鉆機發(fā)生位移或者傾斜，則孔的位置，垂直度和擴孔程度都

9、得不到有效的控制，導致孔質(zhì)量達不到規(guī)范要求，因此采取了如下措施：3.1.1 為了保證施工平臺有足夠滿足鉆機需要的承載力，確保施工過程中施工平臺穩(wěn)定，在填筑施工平臺時，采用強度高的砂性土、含水量適宜的粘土混合土，填筑時候分層壓實。3.1.2 在旋挖鉆履帶底部鋪設鋼板，使旋挖鉆機自重力分散作用在平臺上。3.1.3 施工過程中及時用裝載機清除鉆頭提上來的渣土，減少挖掘渣土中的水分滲出后浸泡施工平臺，保證鉆機底部及周邊土不被泡軟。3.1.4 鉆機一旦定位開鉆后，施工過程中盡量避免鉆機在水平位置移動。3.1.5 開鉆前將點位用護樁引到不易遭到破壞的地方，同時在兩側(cè)履帶帶有明顯標志的外側(cè)地面設參照點，在施

10、工過程中經(jīng)常觀察其平面位置和水平位置變化，一點發(fā)生變化，根據(jù)映出的護樁恢復中樁，重新調(diào)整鉆頭中心坐標，并調(diào)整鉆機電子設備中的孔位坐標。3.2 樊家溝樁基地層中第一層為厚度為5m左右的黑色河泥，因含有大量的有機物，呈腥臭味，該層在清表時處理，并換填素土，由于淤泥層較深，土側(cè)壓力隨深度增大而增大，鉆機機身自重近50t，桅桿高度為20m，如果發(fā)生塌孔，鉆機會有傾覆的危險，因此該層能否處理好，直接影響鉆機安全，而淤泥下面為粘土和砂礫土混合層，只要穿越淤泥層，下面的土層就容易滿足鉆機承載要求。經(jīng)過研究，綜合考慮安全性、經(jīng)濟性和施工速度后，采用加長鋼護筒，具體方案如下：3.2.1 經(jīng)過計算，將3mm厚鋼板

11、圈成筒狀，鋼板縫滿焊，筒外壁采用20螺紋鋼間距50cm焊接在鋼護筒外側(cè)加固，鋼護筒長度以穿過淤泥層進入粉質(zhì)粘土層50cm長度為準。3.2.2 鋼筒用吊車吊在樁位上，校正位置和垂直度。3.2.3 把2條槽鋼放在鋼筒上邊，在槽鋼中間放一部平板振動器，并堆滿2t重砂袋，砂袋可用簡易的鋼筋籠固定，鋼筋籠直徑和鋼護筒相同，鋼筋籠豎筋剛好插在鋼護筒壁上。3.2.4 開動平板振動器，在振動器和砂袋的共同作用下，鋼筒逐漸下沉并且穿過淤泥層。只要注意鋼筒垂直度，砂袋均勻堆放，鋼筒一次穿越淤泥層后，用鋼絲繩固定在地面上，在鋼絲繩和淤泥土層側(cè)壓力的共同作用下，鋼筒不會自動下沉，沉筒后旋挖鉆很快就可以把淤泥層挖穿。3

12、.3 第二層土為粘土，含有少量小塊砂礫，并且有豐富的地下水，土層呈黃色或者黃褐色，因為施工時為冬季，該土層中輕微凍結(jié)現(xiàn)象，第三層為砂礫土層，在水的浸泡下極易坍塌。旋挖鉆泥漿護壁為靜態(tài)泥漿護壁，孔壁泥皮薄，故護壁效果較差，尤其在砂礫土層中更為突出，在旋挖鉆鉆進和出土過程中孔壁會被鉆筒不斷擾動，加之旋挖鉆挖孔孔壁較松散，和沖擊鉆相反，故孔壁土層穩(wěn)定性較差，對質(zhì)量和安全造成了極大的威脅。對應這些問題采取了如下措施：3.3.1 根據(jù)粘土和砂礫土交替這種地質(zhì)情況，選擇合適的鉆進速度，如果出砂多，則在該深度處加重泥漿比例，放慢挖進速度。3.3.2 施工時選用水化性能好，造漿率高，成漿快，加入澎潤土和標準黏

13、土，成孔后到灌注前一直循環(huán)孔內(nèi)泥漿。3.3.3 旋挖鉆出渣盡量卸土至鉆機能達到的最遠處，避免裝載機在運渣過程中擾動孔口，并避免機械在成孔后孔口周圍走動。3.3.4 將不可能避免的施加在孔口周邊的力盡量分散，避免局部受力，杜絕外部力直接作用在護筒上，采用了4塊6m木板放在孔口四周，供工人施工作業(yè)時走動。3.3.5 施工過程中，盡量避免鉆斗和吊設固定加長鋼護筒的鋼筋籠摩擦碰撞，傷及孔壁。3.3.6 在粘土中鉆進時，增大切削刃角，防止黏泥糊鉆。3.4 最后一層為較硬的卵石土層，在該層鉆進時會帶出較大的卵石，切鉆筒底的鉆頭摩損較嚴重，旋挖鉆鉆筒一般比設計孔徑小8cm左右，通過鉆頭及鉆筒外調(diào)節(jié)塊來調(diào)整，

14、在該卵石層中鉆進，鉆頭和調(diào)節(jié)塊磨損的速度很快，最嚴重時調(diào)節(jié)塊被磨損4cm多，這就使樁徑達不到設計要求，在這種地層中鉆進，我們采取了如下措施：3.4.1 時刻觀察鉆筒鉆頭及調(diào)節(jié)塊的磨損程度，及時更換鉆頭補焊調(diào)節(jié)塊，以確保樁體直徑滿足要求。3.4.2 在鉆進硬層時，鉆機出現(xiàn)了嚴重的擺動現(xiàn)象，鉆機位置也會發(fā)生較大的位移，故必須時刻注意調(diào)整鉆機位置，重新輸入孔位，確?？孜缓蛢A斜度滿足要求。3.4.3 在遇較大的石塊層時，更換巖層螺旋鉆頭，將孔中巖石層攪碎，在換回鉆筒將其撈出，如此用筒鉆和螺旋鉆不斷交替作業(yè)，在更換后作業(yè)時仍需注意鉆機位置變化。3.4.4 這種硬層施工時還可以調(diào)整桅桿傾斜角度，給鉆桿增加摩阻力，當鉆頭進尺后立即將桅桿調(diào)垂直，繼續(xù)鉆進卸土后，循