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市政桥梁旋挖钻技术施工应用及质量问题防控措施
时间: 2016-6-29 来源: 智慧市政网 作者: 黄伟明

前言


  桥梁整体工程中,桩基础起着非常重要的支撑作用,桩基础工程质量,对整体桥梁安全运行有着重要影响。旋挖钻技术是桩基础施工中常见的一种施工方法,它能保证桥梁桩基施工质量和安全的前提下,加快施工进度,提升施工效率。但其也存在一定的施工问题,如卡钻、塌孔、不进尺等,需要在实际中做好防控措施,使旋挖钻技术不断优化,更好地为桥梁工程施工服务。


一、旋挖钻技术应用及特点


  1.旋挖钻技术在桥梁桩基工程施工应用分析
  某市政桥梁工程,位于南方省份,工程中包括桥梁3座。桥梁上部结构采用先张法预应力砼空心板梁,下部结构为桩柱式墩,为钻孔灌注桩,桩的直径为1.2m。桩的长度在28~44m之间。
  由于施工工期紧,为保证按时完工,在制定施工方案时,确定采用旋挖钻技术进行桩基工程施工,并科学组织施工,加快施工进度。
  2.旋挖钻技术特点及注意问题
  桥梁桩基施工中采用旋挖钻技术,其特点是成孔快、操作简便,施工速度快,有效节省施工时间。此外,采用旋挖钻技术,能保证成孔质量和钻孔垂直度,对泥浆破坏程度减少,有效保证桩基工程施工质量。
  但在实际应用过程中,会存在一定问题,如钻孔出现异常、坍孔、弯孔、缩孔、不进尺等,使施工进度和质量受到影响,甚至可能会出现埋钻问题,不仅影响施工进度,还会损毁施工机械。为此,要做好问题防控措施。(见图1)
  3.旋挖钻技术的应用
  结合本工程项目实际情况,采用旋挖钻技术进行施工,并在施工中不断优化,保证桩基稳定性,有效提高施工质量。 


二、旋挖钻技术主要施工


  2.1施工工艺
  2.1.1桩机就位
  旋挖钻机进入现场施工前,应先平整场地,软土地主要用填料压实,施工便道的水要排清,防止桩机位移倾斜。
  通过测量放线明确桩的准确位置,通过两根垂直线的相交点确定桩点,定好十字控制点。
  旋挖钻机就位后,要调整桅杆,保证垂直,钻头中心必须对准桩位,要设置好相关的数据参数。
  2.1.2埋设护筒
  埋设护筒工序要通过人工与旋挖钻机共同配合完成,一般情况下钢护筒的长度为1.5~2米,壁厚为10毫米。通过旋挖钻机把钢护筒压进土层里,要保证护筒底埋入土层里0.5米处。护筒顶面要超出20厘米,内径应比钻头直径大0.1米以上,上部开有溢浆孔2个。埋设护筒时,要保证位置正确,护筒中心与桩位中心相同,偏差要控制在5厘米以内,倾斜度误差要控制在1%以内。护筒外侧出现空隙时,要填实,测量筒顶水平面标高度数据。
  2.1.3旋挖成孔
  旋挖钻机在进行成孔作业时,需要回转钻头方能削到土层,削下的泥土会被机器装入钻斗内,钻机将钻斗从孔外取出卸土,之后再次进行回转作业,进行下一循环施工。
  对于已挖出的碎土,应通过运渣车辆和装载机运走,不能随便乱弃。旋挖钻机进行成孔作业,一般情况下采取静态泥浆护壁钻进工艺,泥浆主要成分为优质膨润土。
  随着旋挖钻作业的推进,钻孔深度的增加,应不断补充孔内泥浆,泥浆高度应高于护筒底口1m以上。
  在钻进作业期间,要及时留意土层的变化情况,并进行取样和先前的地质资料进行比对,确认其是否一致,做好钻井相关资料的记录工作。
  当钻机钻进深度距离设计深度差1m时,要进行实时测量,保证钻进深度符合设计要求。
  2.1.4清孔
  当旋挖深度达到设计要求后,需掏渣清孔,可用筒式钻头在原位置连续旋转几圈后,完成清孔作业。清孔时注意速度不能太快,控制好速度,并控制孔内泥浆的水头高度。
  下钢筋笼后,应检查孔底沉渣,如检测出厚度超标,要开动吊机,用旋挖钻机进行二次清孔,直至孔底沉渣符合规定要求后,停止清孔作业。
  2.1.5安装钢筋笼
  安装钢筋笼时,要分节进行下放,焊接孔口。采用三点起吊装钢筋笼,放入孔内时防止碰触孔壁,要垂直放下。先把下节笼放在孔口,然后吊起第二节开始焊接,焊接好后开始下放,焊接前先要对上下节主筋位置进行校正,为保证它们的垂直性。如节段比较多,可以在安装现场先水平焊接两节,再一起起吊,可有效节省焊接时间。
  2.1.6浇注水下混凝土
  钢筋笼安装完成后,要马上下放导管浇注混凝土。
  根据施工要求浇注水下浇灌混凝土,浇注过程中可通过移动式钢板箱泥浆池回收泥浆,避免造成浪费,利于环保。
  2.2不同土层施工方法和注意事项
  2.2.1松散杂填土层
  如桩基所在地质表层为人工填埋而成的杂填土,呈现松散状,主要组成部分包括碎石、建筑垃圾和生产垃圾等。这种土层强度不大、压缩较好,渗透容易,开挖后容易造成土层坍塌,引发塌孔问题。
  在这种土质条件下施工,如采用泥浆护壁,则效果达不到要求,应该采用壁厚10毫米、长度约10米的长护筒刺穿松散土层,会取得明显效果。
  2.2.2粉质黏土层
  如桩基所在地质为粉质黏土层,土层最下层为岩层,在这种地质条件下,采用旋挖钻机施工时,可加快钻进速度,泥浆也不需要特别配制,根据常规要求即可,甚至一些地段可应用螺旋钻+干成孔相结合,再通过筒钻扫孔,会取得较好的成孔效果。
  在粉质黏土层应用旋挖钻机施工,可充分体现其技术优势,孔底成渣较小,成孔效率较高,桩身质量好。
  2.2.3中风化泥质粉砂岩
  这层地质岩层也被称为桩基设计持力层,这层岩石中单轴抗压强度变化明显,碰到坚硬岩石时,旋挖钻机钻进较为困难,甚至会出现打滑问题,在这种地质条件下施工,一定要使用螺旋钻头和回转钻头。
  先采用短螺旋钻头,将岩石粉碎,后应用回转钻头钻入岩石,最后成孔。如岩层过于坚硬,钻机不能钻进,并造成钻齿严重磨损时,需停止旋挖钻机作业,转为采用冲击钻机继续施工。


三、旋挖钻机施工质量控制措施


  3.1桩位放样
  施工现场场地整平工序完成后,要做好桩位的测量和准确定位,要记录好有关放样数据,要保证施工桩位正确,避免出现错误。
  3.2埋设护筒
  进行钻进作业前要先把护筒埋设好,保证成孔质量;在桩位处拉线检查,保证桩位达到施工要求。
  回填散性土质部位时也要埋设深护筒,防止钻进过程中出现孔壁坍塌。
  3.3泥浆制备
  采用旋挖钻机施工,因其成孔速度较快,因此,对护壁和泥浆制备有严格要求。
  应选用优质膨润土作为造浆材,不能反复使用孔内的土层来造浆护壁,采用膨润土制作泥浆时,要加入8%的用水量,配作浆液前应检查泥浆性能,并进行相关试验,配制泥浆量要科学合理,必须根据已定比例用制浆机拌制泥浆,并放入储浆池储存。
  在特定情况下,如需要采用黏土作为造浆材料时,应满足以下条件:自然风干后,黏土坚硬,很难用手捏碎掰开;破碎干土时,所出现的断面,呈尖锐棱角状;用刀子切开后,切面具有较好的光滑性;黏土经水浸透后,产生明显膨胀,有较强的粘滑感。
  3.4钻进出渣
  采用旋挖钻机钻孔作业时,如泥浆出现只进不出的问题,注浆到孔口就行,这可能跟钻机泥浆循环系统有关,有些泥浆会在筒钻出渣时被排除掉,这种情况下要仔细观察孔内泥浆的标高,一般情况下高于护筒底口1m为合适。
  旋挖过程中产生的钻渣可通过筒钻从孔口取出,残渣不能随处乱弃,应用装载机和运渣车辆运送到指定地方。钻进深度超过设计规定1m时,应用钢丝测绳进行测量。
  3.5成孔
  采用旋挖钻机施工时要根据具体工程土质的实际情况,确定的钻头、转盘转速及进尺等数据,以达到较好的钻进效果。此外,要合理控制成孔深度。
  3.6钢筋笼制安装
  钻孔深度、清渣等工序完成后,经检查符合规定要求后,才能进行钢筋笼下放作业。钢筋笼制作安装过程中,其主筋、箍筋间距及焊接质量也应符合设计要求,焊接耳筋要控制好钢筋笼垂直度与保护层厚度。
  3.7清孔
  可通过旋挖钻直接进行掏渣和清孔作业,这样做有利于以后的二次清孔。
  当挖钻差不多到达设计孔深时,要对最后一次下钻实施减压,扫孔2~3次,尽量把孔底钻渣扫除掉,保持孔底平整。
  旋挖成孔作业完成后,通过钻机掏渣钻斗完成掏渣作业,保证桩底沉渣厚度不能大于20厘米,摩擦桩也不例外。符合要求时,可进行水下混凝土浇注作业;如经核实后仍未达标者,需用高压风或换置泥浆实施二次清孔,直至沉渣厚度符合施工要求后,方可浇注水下混凝土。
  3.8灌注混凝土
  完成导管接驳工序后,应保证导管底部距孔底有0.4米的距离。灌注前要把以上的混凝土放进备料斗中的,混凝土量要高于1.0立方米,以确保导管底部可一次性埋入水下混凝土中超出0.8米,同时做好导管的提升、拆卸工作,导管底部在混凝土中的深度应为1~4米。
  要连续灌注混凝土,对灌注过程中出现的各种堵管问题要及时解决,做好灌注水下混凝土的各种数据的记录工作。


四、施工中常见问题及处理措施


  1.卡埋钻具
  在采用旋挖钻进施工中经常发生卡埋钻具问题,主要是由于施工中遇到卵石层或疏松砂层,出现孔壁容易塌落造成埋钻。
  当钻至该土质层时,要预先调整泥浆比重;如在粘泥层一次进尺太深,会容易出现孔壁缩径造成卡钻。因此,要该处钻进时要适度控制一次进尺量,例如在15 m以下深度钻进时,一次钻进深度要控制在40 cm以内;钻头在孔底停留时间过长,导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。
  打捞钻具前应先将孔底的岩粉吹净,遇到钻具不能进不能退,且冲击器不响的情况时,只有外加扭矩或用辅助工具帮助提升,使钻具回转,边给气,边提升钻具。
  2.塌孔
  钻进时没有或少使用泥浆,致使护壁效果达不到设计要求,引发塌孔。为避免此问题出现,要保证钻进作业期间孔内水位要比地下水位高, 严格控泥浆比重和钻斗的升降速度。
  3.不进尺
  钻头粘满泥土导致打滑或在钻进时碰到漂石、基岩、坚硬的卵石层等,均会出现不进尺问题,出现打滑时,要把斗齿角度调为 60°,把石块投进孔内、换螺旋钻头或截齿钻头等办法来处理。


五、结束语


  上述市政桥梁工程应用旋挖钻机挖孔施工,施工中严格控制工序和质量,施工进度明显提高,满足了业主的工期要求,并取得了良好的经济效益,工程得到了相关建设、设计、监理单位及质监部门的肯定。
 
【参考文献】
[1] 公路桥涵施工技术规范,JTG-TF50-2011
[2] 公路工程技术标准,JTG B01-2014

 

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