摘要:旋挖钻机施工是近几年出现的一种较为先进的桩基施工方法,其主要特点是施工效率高,适用于工期要求紧的工程项目。但受其施工原理决定,若施工中不严格控制,易影响桩基施工质量。钻孔灌注桩基础是建筑工程中极其重要的隐蔽工程,其质量的优劣将直接影响到建筑物的使用效果和寿命,影响到工程项目能否实现精品工程的目标。文章阐述了旋挖机施工特点,工程的质量保证措施,以及采用此工艺的优点。
关键词:旋挖机;施工工艺;桩基施工;质量控制
近二十多年来,国家实行改革开放政策,快速地推动了经济发展和社会进步,发展基础设施是社会生产和强国富民的基本物质条件,也是众多发达国家的必行之路,由此可见基础设施对国家的发展、经济、民众的生活起着举足轻重的作用。在众多基础工程中,旋挖钻机以其优越的性能、方便安全、节能环保等特点,在基础设施领域广泛应用。由于旋挖钻机扭矩大,轴向压力大,适合我国众多地区施工,所以这种工艺在国内的基础建设中得到了越来越广泛的推广。
一、工艺原理
旋挖钻机的成孔工艺与其他桩机不同,旋挖钻机的钻进工艺采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺(当然也有干土直接取土工艺,视工地现场地层条件而定),是一种无冲洗介质循环的钻进方法,但钻进时为保护孔壁稳定,孔内要注满优质泥浆(稳定液)。旋挖钻机工作时能原地做整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时,依靠钻杆和钻头自重切入土层,斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土;遇硬土时,自重力不足以使斗齿切入土层,此时可通过加压油缸对钻杆加压,强行将斗齿切入土中,完成钻孔取土。钻斗内装满土后,由起重机提升钻杆及钻斗至地面,拉动钻斗上的开关即打开底门,钻斗内的土依靠自重作用自动排出,钻杆向下放关好斗门,再回转到孔内进行下一斗的挖掘。
二、施工工艺及操作要点
(一)场地布置
根据设计要求合理布置施工场地,先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后,组织有资格的测量放样人员,在没有桩位的地方放出施工道路位置,并记录放样数据备案;规划行车路线时,使便道与钻孔位置保持一定的距离,以免影响孔壁稳定。
(二)泥浆制备
泥浆的作用是满足施工的需求。泥浆的质量取决于地质情况,如果地质情况较好可干成孔,那就无须制作泥浆。如果地质较为复杂,需泥浆的作用协助施工,泥浆的作用大致可概括成四点:压强、护壁、悬浮和润滑。制作泥浆的设备有两种,一是用泥浆搅拌机,二是用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器;使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。
(三)桩位放样
桩位放样选用高精度的经纬仪和50m钢卷尺,工程测量基准点用混凝土浇筑固定,并安装防护标志,防止重车辗压和重物碰撞而产生的移位,基准点安设在视线范围内的不产生变形物上,测设点加以混凝土保护。
在测定桩位前,先复校建筑物基点,闭合测量。搞清基点与红线关系,符合误差允许要求后,再测定桩位。测定桩位分三次,在挖埋护筒前测量一次,在埋设护筒后复测一次使护筒中心与桩位偏差不大于设计允许偏差,并做好桩位标志,然后用水准仪测量护筒标高,做好测量记录,第三次测量,在旋挖钻机就位后进行。
(四)埋设护筒
桩的孔口护筒是保护孔口,隔离上部杂填松散物,是防止孔口塌陷的必要措施,也是控制定位,标高控制的基准点。因此,每根桩施工前必须埋设护筒,钢护筒的内径应大于钻头直径,具体尺寸按设计要求选用,埋入深度以满足隔离杂填土,防止孔口塌陷为准,护筒外周间隙粘土回填并捣实,以确保护筒稳定牢靠。钢护筒平面位置与垂直度应准确,钢护筒周围和护筒底脚应紧密,不透水。
(五)钻机就位
在桩位复核正确,护筒埋设符合要求。护筒、地坪标高已测定的基础上,钻机才能就位;钻机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后,利用自动控制系统调整其垂直度,钻机安放定位时,要机座平整,机塔垂直,钻盘(钻头)中心与护筒十字线中心对正。
(六)钻孔施工
成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程中对钻头磨损超标的及时更换。根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度;根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长,计算出桩底标高,以便钻孔时加以控制。成孔中,按试桩施工确定的参数进行施工,设专职记录员记录成孔过程的各种参数。
(七)成孔检查
成孔达到设计标高后,对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查,不合格时采取措施处理。成孔检查方法根据孔径的情况来定,当钻孔为干孔时,可用重锤将孔内的虚土夯实,采用直接用测绳及测孔器测,若孔内存在地下水,可采用泵吸反循环抽浆的方法清孔,则采用水下灌注混凝土施工的方法进行钻孔的测孔工作。
(八)清孔
清孔是桩施工中保证成桩质量的重要一环,通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求,采用正循环回转钻进技术的清孔方法为:桩孔终孔后,将钻具提高20~50m,采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆,并维持正循环30min以上,直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于4%为止。工程桩孔因有较厚的松散易坍土层,清孔后不能立即终孔,而在孔内下入钢筋笼,安装好灌浆导管后施行二次清孔作业,以使砼灌注前孔底沉渣厚度符合要求,保证砼成桩质量。
三、工程质量的保证措施
(一)钻进时出现卡埋钻的控制措施
卡埋钻是旋挖钻机最易发生的施工事故,因此,施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。当钻机施工时出现卡埋钻现象时,采取切实可行的措施及时进行处理施工事故。处理卡埋钻的方法如下:
1.直接起吊法:采用吊车直接向上起吊即可。
2.钻斗周围疏通法:即用水下切割或反循环等方法,清理钻筒周围沉渣,然后起吊即可。
(二)针对不同地质的施工方法
由于钻机施工与地质变化密切相关,所以了解并认识地质尤为重要。地质的种类繁多,对于钻机施工而言不必分得过于详细,旋挖钻机扭矩大,轴向压力大,地质的细微变化是可以忽略不计,下面就以下几种地层进行论述:
1.泥层:泥层还有软泥和硬胶泥区分。由于软泥含水量较高,细腻柔滑,具有高压缩性和低承载力,钻进时阻力小负荷轻,钻进平稳等特点;但由于软泥较软,孔内10米以上的泥浆压力较轻,钻进时会出现缩孔现象,以及钻进时负荷轻等原因,钻进时注意钻进深度。硬胶泥的密度适中,钻进时钻机会有一定的负荷,硬胶泥对泥浆的质量要求不高,是一种比较常见的较好钻进的地质,钻进时注意钻进深度即可,多钻会导致钻斗斗底不能关闭,掉下的渣土会引起打滑现象。
2.沙层:可分为中沙、粗沙和细沙,沙层对泥浆要求较高,由于沙层摩擦系数高,所以在钻进沙层时阻力较大。
3.卵石层:卵石层以它的直径、密度及卵石层的厚度来区分,其中直径较大的卵石,钻进时需用特殊钻具钻进;卵石层中的卵石密度决定其硬度,密度越高的卵石层越难钻入。卵石层的厚度也很关键,当然厚度越薄越好。由于卵石层中的卵石排列无规则、大小不一,造成断面凹凸不平,钻进时斗齿受力不均匀、震动大、反作用力强容易断齿及憋住等特点。
4.岩层:具有抗蚀性,承载能力强,呈棕红色,另一方面,由于它具有坚硬的物质特性,所以较难钻进;在太阳辐射、气温、水、植物等对岩石的破坏作用叫做风化岩。由于沙岩和中风化岩层具有较强的胶结性,对泥浆的质量要求不高,成孔后无塌方迹象,钻进负荷重等特点。如果钻具有缺陷或操作不当较难钻进。