市政高架橋旋挖鉆孔樁施工技術(shù)

/市政高架橋旋挖鉆機(jī)樁基施工技術(shù)1前言旋挖鉆孔施工原理是，由全液壓的動(dòng)力頭產(chǎn)生扭矩，并由安裝在鉆架上的液壓油缸供應(yīng)鉆壓力，這兩部分通過伸縮式鉆桿傳遞至鉆頭，使鉆頭切削土體，鉆下的鉆渣充入底部設(shè)有活絡(luò)擋板的鉆頭，由主卷揚(yáng)提出孔外。通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)、切削挖土、提升、卸土和泥漿置換護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。本文以杭州市重點(diǎn)工程德勝快速路高架樁基施工為例，對旋挖鉆機(jī)施工工藝、留意事項(xiàng)及和傳統(tǒng)回旋鉆機(jī)的比較的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢進(jìn)行分析介紹，以供參考。1.1工程概況杭州市德勝快速路工程為杭州市主城區(qū)東西走向的城市快速路，本工程中段A1標(biāo)總造價(jià)為2.46億元，施工內(nèi)容包括高架橋、跨鐵路引橋、地面道路、橋梁、排水工程和人行天橋等，本段橋梁基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁，總計(jì)949根，其中1.8米樁基126根；1.5米樁基211根；1.2米樁基612根；樁長最長為62米，最短為45米。1.2工程施工特點(diǎn)本工程沿線均為城市繁華地帶，和多條道路交叉，地下管線困難，地面車輛、行人擁擠，具有施工干擾大，施工場地狹窄，噪音及環(huán)保限制要求高的特點(diǎn)；而且本工程的工程數(shù)量大，工期僅360天，工期特殊驚惶。橋梁地質(zhì)軟弱、困難，地下水埋藏淺，鉆孔樁基礎(chǔ)共穿過11個(gè)地質(zhì)層，基巖變更大，樁基施工難度大，其中樁基有382根樁持力層位于卵石層，設(shè)計(jì)接受后壓漿進(jìn)行樁底加固處理，因此樁基施工順當(dāng)和否成為限制工期的關(guān)鍵因素。樁底位于卵石層的鉆孔灌注樁的地質(zhì)狀況如表1所示。表1樁基地質(zhì)分層描述層的位置層號地層名稱地質(zhì)狀況描述第1層①-1雜填土質(zhì)不均，濕～飽和，松散，厚2.1m第2層②-1粉質(zhì)粘土灰黃色，軟塑，土質(zhì)較均，厚1.7m第3層③-1淤泥質(zhì)粘土灰色，流塑，土質(zhì)均一，厚5.4m第4層③-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色，流塑，土質(zhì)不均，厚2.6m第5層③，粉質(zhì)粘土灰黃色，軟塑，土質(zhì)較均，厚2m第6層④-1粉質(zhì)粘土黃灰色，軟塑，土質(zhì)不均，厚3m第7層④-2粉質(zhì)粘土灰黃色，可塑為主，土質(zhì)稍均，厚4.6m第8層⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色，流塑，土質(zhì)均一，厚5.3m第9層⑥粉質(zhì)粘土暗綠色，可塑，土質(zhì)較均，厚4.6m第10層⑦-2粉質(zhì)粘土蘭灰色，可塑，土質(zhì)均一，厚1.5m第11層⑦-3細(xì)砂灰色，飽和，中密，厚3.9m第12層⑧-1粉質(zhì)粘土蘭灰色，可塑，土質(zhì)不均，厚8m第13層⑧-2粉砂灰色，飽和，中密，厚1m第14層⑧-4卵石灰色，中密實(shí)，飽和，次圓狀，次棱角狀，膠結(jié)性一般，厚6m1.3施工方案比選依據(jù)樁基地質(zhì)條件、樁長、樁徑狀況及施工條件，可以接受傳統(tǒng)的正循環(huán)或者反循環(huán)鉆機(jī)成孔，亦可接受旋挖鉆機(jī)成孔，這兩種工藝在國內(nèi)均比較成熟，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)和工期進(jìn)度方面的比較，結(jié)果見表2。表2正反循環(huán)鉆機(jī)成孔及旋挖鉆機(jī)成孔工藝對比結(jié)果（同等條件）序號對比項(xiàng)目正反循環(huán)鉆機(jī)成孔旋挖鉆機(jī)成孔本工程施工條件1泥漿循環(huán)及渣土數(shù)量須要泥漿循環(huán)，產(chǎn)生的渣土和泥漿量較大，泥漿循環(huán)占用場地較大無需泥漿循環(huán)，可泥漿重復(fù)運(yùn)用,排出的渣土和泥漿量大大削減，場地占用較小工地處于鬧市繁華地段，場地狹窄，泥漿和渣土必需剛好清理外運(yùn)2成孔周期相同地質(zhì)條件下30m單根樁成孔時(shí)間(含清孔)大約在10～12小時(shí)。相同地質(zhì)條件下30m單根樁成孔時(shí)間大部分樁在2小時(shí)內(nèi),少部分樁成孔時(shí)間在3小時(shí)內(nèi)。場地和交通條件限制，只能分段局部施工，不能大面積綻開，工期特殊驚惶3設(shè)備狀況須要人工多，用電量大，須要配電箱、敷設(shè)電纜等，鉆機(jī)移動(dòng)不便，須要吊車協(xié)作運(yùn)輸，移動(dòng)自帶動(dòng)力行走，移動(dòng)便利，不需配電裝置，人工需用較少，可自動(dòng)調(diào)平對中施工場地狹小，平安文明施工要求高4機(jī)械費(fèi)用單機(jī)租賃或購買費(fèi)用較低，須要數(shù)量多單機(jī)租賃或購買費(fèi)用較低費(fèi)用相對較高，須要數(shù)量少目前杭州城區(qū)旋挖鉆機(jī)保有量較多，運(yùn)用相對較少，可租賃到5施工質(zhì)量運(yùn)用廣泛，工藝成熟，樁壁泥皮厚，影響承載力，硬巖地層鉆進(jìn)困難，易發(fā)生塌孔、縮徑、傾斜、粘鉆等事故設(shè)備多為進(jìn)口，適應(yīng)性強(qiáng)，鉆進(jìn)效率高，事故少。護(hù)壁泥皮較薄，成孔規(guī)則，可提高樁基承載力市政工程要求逐樁檢測，保證優(yōu)良經(jīng)過以上比較，尤其從工期進(jìn)度和工程質(zhì)量兩個(gè)方面考慮，旋挖鉆機(jī)具有較大的優(yōu)越性，我們確定除跨滬杭鐵路引橋兩側(cè)開闊地帶的樁基接受傳統(tǒng)回旋鉆機(jī)成孔外，進(jìn)入市區(qū)繁華地段的樁基均接受旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基成孔，以加快樁基施工進(jìn)度，確保工程質(zhì)量，為后續(xù)工程施工奠定基礎(chǔ)。1.4施工設(shè)備簡介本工程租用兩臺(tái)德國寶峨公司的BG25C履帶式大直徑旋挖鉆機(jī)，本機(jī)整機(jī)自重55T，整體高度22.38米，帶護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器，可全護(hù)筒跟進(jìn)成孔；該機(jī)就位便利，可自動(dòng)調(diào)平對中，鉆桿為伸縮式鉆桿，較硬巖層鉆桿可鎖定，最大成孔直徑2.0米，最大鉆深72米。另配砂石泵(清孔)、泥漿運(yùn)輸車(泥渣、泥漿外運(yùn))、導(dǎo)管、護(hù)筒、灰漿攪拌機(jī)、壓漿泵、砼運(yùn)輸車、吊車等。2施工工藝方法2.1施工工藝流程旋挖鉆機(jī)灌注樁施工工藝流程：場地平整→測量放線→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位、調(diào)平對中→旋挖成孔→清孔換漿→下鋼筋籠、導(dǎo)管→灌注水下砼→樁底注漿→成樁檢測。2.2工藝要點(diǎn)樁基放線、埋設(shè)護(hù)筒接受全站儀，利用極坐標(biāo)法對樁基進(jìn)行精確定位后，依據(jù)樁定位點(diǎn)拉十字線釘放四個(gè)限制樁，以四個(gè)限制樁為基準(zhǔn)埋設(shè)鋼護(hù)筒，護(hù)筒高度2.5m，為愛惜孔壁，露出地面30cm。護(hù)筒由人工埋設(shè)再由旋挖鉆協(xié)作完成較好。旋挖鉆在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，由人工、機(jī)械協(xié)作完成，主要利用鉆頭的擠壓方法作微調(diào)，精確度高。為防止后壓漿時(shí)跑漿，護(hù)筒四周土要夯實(shí)，最好粘土封邊。泥漿制備在旋挖鉆機(jī)成孔中，泥漿（又稱穩(wěn)定液）的作用主要有愛惜孔壁，平衡地下水位，懸浮鉆渣，防止鉆渣快速沉淀。施工中接受接受優(yōu)質(zhì)膨潤土粉和純堿混合加水?dāng)嚢韬蟠娣旁诨顒?dòng)的鋼制泥漿箱中，其重量協(xié)作比為膨潤土∶純堿∶水=8∶0.6∶100，泥漿比重確定要限制在1.1～1.30之間，粘度在23s～28s，含砂率小于4%，PH值大于7。調(diào)配泥漿太稀，簡潔造成孔壁坍塌；調(diào)配泥漿太稠，使扭矩加大，鉆頭下落困難。必需定時(shí)測試泥漿的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，發(fā)覺問題剛好調(diào)整解決。本工程樁基地層大部位于粉質(zhì)粘土層和淤泥質(zhì)粘土層中，經(jīng)測試自造漿指標(biāo)較好，只是進(jìn)入卵石層才補(bǔ)充少量優(yōu)質(zhì)泥漿。對于對粘性好的巖土層，可接受清水鉆進(jìn)工藝，自行造漿，無需另外制作泥漿護(hù)壁。2.2.3該鉆機(jī)為履帶式，進(jìn)入現(xiàn)場安裝調(diào)試后，可自行就位，并利用機(jī)載自動(dòng)限制系統(tǒng)調(diào)整其鉆桿垂直度，自動(dòng)對中。此時(shí)在護(hù)筒內(nèi)注入泥漿，即可進(jìn)行鉆孔。該鉆機(jī)成孔時(shí)接受旋挖式筒式鉆頭將地層中泥渣載入鉆頭挖出，自動(dòng)顯示筒滿后，提升將土卸于一側(cè)跟隨的泥渣運(yùn)輸車上運(yùn)走，然后接著旋挖至設(shè)計(jì)高程。在成孔過程邊挖邊補(bǔ)充泥漿，保證在提鉆后出土后孔內(nèi)液面始終高于護(hù)筒底面。該機(jī)成孔深度可自動(dòng)顯示，在實(shí)際施工中輔以人工檢測驗(yàn)證，確保成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。終孔后沉淤的限制：旋挖鉆機(jī)的切削、提升上渣的機(jī)理和常見回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的正、反循環(huán)成孔的切削、提升形式完全不同，是通過鉆頭把孔底原狀土切削成條狀載入鉆頭提升出土，孔底底部面緩，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高對土的擾動(dòng)很小，沒有聚淤漏斗，所以要加強(qiáng)泥漿的管理，限制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀；還要限制終孔前的兩鉆頭的旋挖量，防止超挖。2.2.4成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行清孔換漿工作。因?yàn)樾阢@孔不接受正反循環(huán)施工，泥漿是反復(fù)運(yùn)用的，所以一旦泥漿中含有沉渣，那么直到鉆孔終了，沉渣還是隨著泥漿留在了孔底。所以要建立泥漿沉淀池，適時(shí)地把泥漿中的沉渣沉淀后清理一下。另外適時(shí)地添加簇新泥漿。清孔時(shí)邊注邊抽，保證在孔底50cm內(nèi)，泥漿比重小于1.20，粘液不大于28s，砂率不大于4%時(shí)，才可以提鉆轉(zhuǎn)到下一樁孔成孔。2.2.5鋼筋籠在加工場分節(jié)制作，為防止籠運(yùn)輸時(shí)變形，將制作好的鋼筋籠每隔3米設(shè)方形加勁肋，再將預(yù)制的混凝土圓柱形定位塊綁于鋼筋籠上，限制愛惜層，最終將壓漿管固定上，利用吊車將其吊入孔內(nèi)。為防鋼筋上浮，將鋼筋籠和護(hù)筒焊牢。旋挖鉆機(jī)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是成孔快，且成孔后孔底沉渣很少。所以只要在鋼筋籠制作、安裝上實(shí)行合理措施，避開安裝時(shí)鋼筋籠刮傷孔壁，就可以大大地降低沉渣厚度，有效防止塌孔的發(fā)生。這就要求在鋼筋籠制作方面要嚴(yán)格限制，重點(diǎn)是鋼筋籠外徑和直線度，主筋搭接、縱橫筋交叉點(diǎn)的焊接質(zhì)量必需符合設(shè)計(jì)要求。為此，要檢查鋼筋籠愛惜層墊塊的設(shè)置。在這一工程中，墊塊接受圓柱形砼塊，沿鋼筋籠每隔2m放置一組，每組設(shè)置4個(gè)，按90°螺旋形勻整安放，既可避開籠體碰撞孔壁，又可保證混凝土愛惜層勻整及鋼筋籠在樁體內(nèi)的位置正確。鋼筋籠的吊裝應(yīng)3點(diǎn)起吊，保持籠軸線重合。入孔時(shí)，始終需保持垂直狀態(tài)，對準(zhǔn)孔位緩緩輕放，保持穩(wěn)定，避開碰撞孔壁，一旦遇阻立刻查明緣由，禁止晃動(dòng)和強(qiáng)行沖擊下放。安裝導(dǎo)管導(dǎo)管在運(yùn)用前必需作密封性檢查，接頭嚴(yán)密，不漏水、不漏漿。利用吊車將導(dǎo)管放入，導(dǎo)管直徑、長度應(yīng)和孔深配套，管距孔底0.3m，初灌量應(yīng)保證混凝土擴(kuò)散后，導(dǎo)管埋入深度不小于1m，為防止混凝土和泥漿混合，在灌注混凝土前，將預(yù)制好的混凝土圓柱塊用鐵絲固定在料斗底，在混凝土達(dá)到預(yù)定量后，剪斷鐵絲，和混凝土一起下落，用于隔漿。灌注水下混凝土本工程砼接受商品砼，利用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，混凝土應(yīng)連續(xù)澆注，中間不得停頓。由于樁內(nèi)混凝土不能振搗，主要靠混凝土的自重壓密和混凝土的流淌性成型，必需限制好協(xié)作比及澆注速度以確保混凝土的質(zhì)量。隨時(shí)檢查混凝土的塌落度，塌落度應(yīng)限制在16～20cm之間。每注入一車混凝土，利用吊車向上拔管，每提0.3m反插一半，保證混凝土的擴(kuò)散和密實(shí)。如此循環(huán)，直至頂面。后壓漿施工本工程樁基持力層多數(shù)在卵石、卵石層中，設(shè)計(jì)要求進(jìn)行高壓注水泥漿填充密實(shí)。壓漿鋼管和鋼筋籠一起埋入，對稱布置兩根，在下放鉆孔樁鋼筋籠前，在鋼筋籠上對稱的安裝上兩根直徑為25mm的注將鋼管，管底部進(jìn)入卵石層25cm，管頂、管底要封口。依據(jù)設(shè)計(jì)要求等樁澆筑完成7天以后即可進(jìn)行樁底注漿，水泥漿液攪拌時(shí)間不少于5min，以保證勻整，注漿前先注入高壓清水，將壓漿管開通，再行注漿，注漿壓力為3-4MPa。單樁壓漿量設(shè)計(jì)值須要通過現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，假如通過幾根樁的試壓均達(dá)不到設(shè)計(jì)值，其設(shè)計(jì)壓漿量依據(jù)試壓值調(diào)整。壓漿限制標(biāo)準(zhǔn)是將規(guī)定的壓漿量全部壓進(jìn)，可通過一次壓漿或二次壓漿達(dá)到進(jìn)漿量的目的。就是說第一次壓漿假如壓力達(dá)到3MPa而壓漿量達(dá)不到規(guī)定停止壓漿，停12h后進(jìn)行其次壓漿;假如達(dá)到規(guī)定要求，則停止壓漿；假如仍達(dá)不到規(guī)定，則壓力達(dá)到4MPa時(shí)即可終止壓漿。3旋挖鉆機(jī)施工留意事項(xiàng)及質(zhì)量限制措施3.1鉆機(jī)施工操作人員和工程技術(shù)人員要對旋挖鉆機(jī)性能進(jìn)行充分了解，駕馭正確的施工工藝方法，加強(qiáng)工序工藝管理，細(xì)致總結(jié)簇新閱歷，確保樁基質(zhì)量。3.2必需限制鉆頭在樁孔內(nèi)的升降速度，因?yàn)榧偃缟邓俣冗^快，水流將會(huì)以較快速度由鉆頭外側(cè)和孔壁之間的空隙中流過，導(dǎo)致沖刷孔壁，而且慣性作用會(huì)導(dǎo)致鉆頭刮碰孔壁，有時(shí)還會(huì)在上提鉆頭時(shí)在其下方產(chǎn)生負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁坍塌；為防止孔壁坍塌，應(yīng)確保孔內(nèi)水位高出地下水位2m以上；泥漿調(diào)制技術(shù)及指標(biāo)限制必需嚴(yán)格，以保證泥漿對孔壁的支撐實(shí)力。3.3鋼筋籠制作要確保質(zhì)量，不合格嚴(yán)禁出場吊運(yùn)；運(yùn)輸時(shí)防止變形，接長焊接時(shí)要保證垂直度。下放探孔器和鋼筋籠時(shí)要對中豎直，避開晃動(dòng)，緩慢下放、提升，防止破壞孔壁。3.4加強(qiáng)過程觀測，在各工藝環(huán)節(jié)中要隨時(shí)觀測出渣狀況，泥漿性能，水位變更，鉆進(jìn)速度等，剛好全面做好原始記錄，發(fā)覺異樣狀況，剛好實(shí)行正確應(yīng)對措施。4實(shí)際施工效果本工程80%的樁基接受了旋挖鉆機(jī)成孔工藝，依據(jù)市政工程驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行逐樁檢測驗(yàn)收，全部樁基均被評為Ⅰ類樁；樁徑1.5米的62米長樁基，平均8小時(shí)成孔一根，較一般回旋鉆機(jī)成孔時(shí)間快70%。在施工中，此鉆機(jī)噪音極低，對周邊居民的生活影響很小，受到了廣袤市民的好評；且挖出的鉆渣土方能剛好便利的外運(yùn)，無大面積泥漿污染。最終本工程獲得杭州市優(yōu)質(zhì)工程和國家優(yōu)質(zhì)工程銀獎(jiǎng)。5結(jié)論旋挖鉆機(jī)鉆孔樁施工技術(shù)和傳統(tǒng)的回旋鉆機(jī)成孔工藝比較，具有如下優(yōu)越性：5.1成孔效率高，費(fèi)用低。旋挖鉆機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)性能、干脆鉆取原狀土層，提高了施工工效，一臺(tái)旋挖鉆機(jī)的工效相當(dāng)于3-5臺(tái)回旋鉆機(jī)。從經(jīng)濟(jì)效益方面分析，綜合考慮人工、材料和機(jī)械租賃等費(fèi)用，同條件下每米成樁總費(fèi)用要比一般回旋鉆機(jī)降低10%左右。5.2成孔質(zhì)量高。旋挖鉆鉆斗對孔壁擾動(dòng)小、孔底沉渣少、泥皮薄，單樁承載力高。在全部施工中未發(fā)生過塌孔、埋鉆及孔壁傾斜等質(zhì)量問題。接受鉆斗鉆取原狀土，便于直觀地驗(yàn)證樁端持力層。5.3自帶動(dòng)力，可緩解供電壓力，削減了用電平安生產(chǎn)隱患，減輕施工現(xiàn)場管理工作難度，增加了施工生產(chǎn)的平安性。安裝簡潔，自行就位，調(diào)平對中，大大縮短了施工準(zhǔn)備時(shí)間。5．4不接受泥漿循環(huán)，削減了泥漿溝槽設(shè)置，避開泥漿溢出污染城市道路，噪音低、振動(dòng)小，不擾民，有利于現(xiàn)