某工程旋挖扩底成孔工艺的应用.doc

某工程旋挖扩底成孔工艺的应用 【摘要】随着我国工程规模的不断扩大，桩基也向大直径、高承载力方向发展。大直径扩底桩因其具备显著增加承载力的特点而越来越被建设、设计单位选用。本文结合某工程实例，介绍了采用旋挖机扩底灌注桩成孔的施工工艺，分析其特点，对其他工程具有借鉴意义。 【关键词】旋挖机；扩底钻头；灌注桩 旋挖扩底灌注桩是一种新型的成桩工艺，和传统的钻孔灌注桩相比，在不增加桩径、桩长的情况下，只是在孔底部形成扩大头，单桩承载力即可显著增加；由于人工挖孔扩底桩安全性难以保证，旋挖扩底灌注桩具有明显的优势。下文即通过某工程实例，对干作业旋挖扩底灌注桩的成孔工艺原理、质量控制、经济指标进行详细的介绍。 一、工程概况 1.1 工程简介 中国电子科技集团公司第二十八研究所投资新建的系统装备研制综合保障大楼建设项目位于南京市后标营路99号二十八所院内，该大楼地下2层，地下室开挖深度约10米；地上13层，其中14层为裙房，框架结构；最大柱距10*9.6米，单柱最大轴力为12000KN。 1.2工程地质情况 桩基深度范围内自上而下的地层工程性质如下： -1层杂填土：灰黄色，灰褐色，以建筑垃圾为主，含大量碎石、砼、碎砖等。局部地段在0.00.5米左右可见混凝土地坪。该层土质松散，堆积无规律，填龄小于5年。该层土质不均，整个场区均有分布。该层层厚0.5 3.5米，层底埋深0.5 3.5米。 -2 层素填土：黄褐色，局部灰褐色，成分以粉质粘土为主，土质不均匀，土质松散，整个场区均有分布，填龄小于5年。该层层厚0.5 3.0米，层底埋深1.24.3米。 层粉质粘土：黄褐色，局部灰黄色，可塑，中压缩性，土质不均，含Fe、Mn质氧化物。无摇振反应，土切面稍有光泽，韧性中等，干强度中等。层厚0.77.7 米，层底埋深2.19.4米。 层粉质粘土：黄褐色，硬塑状态为主，局部可塑，中压缩性，土质不均，含Fe、Mn质氧化物，局部含高岭土团块。无摇振反应，切面有光泽，韧性中等，干强度中等。层厚0.29.5米，层底埋深7.211.1 米。 层卵石层：灰黄色，中密实状态；卵石为石英质，亚圆形，粒径约312cm，最大粒径达20cm，卵石中充填可塑状粉质粘土，土质不均，场地均分布，层厚0.83.7米，层底埋深8.914.3米。 -1层全风化泥岩：紫红色，层状结构，岩体组织结构已完全破坏，矿物成份显著变化，风化强烈呈碎块状，手捏易碎。岩体基本质量等级为级，浸水易软化， 整个场区均有分布，层厚1.76.2米，层底埋深13.417.8米。 -2层中风化泥岩：紫红色，层状结构，块状构造，泥质胶结，岩体较完整，局部含泥质砂岩。主要矿物成分为长石，裂隙稍发育，岩芯采取率大于80%。为完整极软岩，岩体基本质量等级为V级， 浸水易软化，该层未钻穿。 二、工程桩设计参数 该工程桩基由江苏省建筑设计研究院有限公司设计，因上部建筑布局的需要，柱距较长，造成单桩承载力较大。设计采用扩底桩，桩长约7-8米，桩径1000mm-1800mm，桩端入岩部分扩孔直径为桩径的2倍，桩身砼强度等级为C30，根数为236根，工程桩参数详见下表： 桩基剖面图 三、成桩工艺的选用 因前期手续的耽搁，建设单位对工程桩工期要求高。施工单位在分析地质报告后，认为该工程位于山坡上，地下水位低；场地为粉质粘土，宜于成孔；并结合其在类似场地施工经验，确定采用干作业旋挖扩底成孔的方法，在工期上最大限度地满足了建设单位的要求。 确定成桩工艺后，施工单位详细制定了专项施工方案，对四种孔径进行试桩试验，试桩结果及专项施工方案经专家论证后，由设计院确认使用该成桩工艺。 四、 旋挖灌注桩扩底原理和扩底试验及结果 4.1 扩底机具的原理和结构 扩底机具是钻孔扩底桩施工的关键。其构造原理是利用钻杆下压带动活动套杆， 使铰接钻齿扩张，一层层向外切削土层至设计尺寸。本工程采用双瓣扩孔钻头，根据试桩确定扩底成孔的最大行程和对应稳压油压值。 4.2工程桩扩底位置地质条件 该工程桩基扩底位置位于-2层中风化泥岩，该地层地质情况：紫红色，层状结构，块状构造，泥质胶结，岩体较完整，局部含泥质砂岩。主要矿物成分为长石，裂隙稍发育，岩芯采取率大于80%。为完整极软岩，岩石单轴抗压强度标准值为1.201mpa，岩体基本质量等级为V级， 浸水易软化。 4.3扩底钻头结构及参数 4.4试桩、试成孔扩底试验及结果 为保证扩孔质量，工程桩施工前进行了以下扩孔试验及试桩： （1）针对KD1000、KD1200、KD1500、KD1800四种规格的扩底钻头进行了地面张、收试验，并与“扩底钻头技术参数表”相对照。主要检查全收、全张时钻头长度、钻头扩底时最大行程、全张时最大扩底直径、相对应油压值等技术参数及相互关系。 （2）前期进行了5根桩的试桩试验，并对扩大头在施工过程中进行了有关扩大尺寸与扩底钻头张开与钻杆行程、旋挖钻机油压值关系原始数据积累。 （3）在工程桩正式施工前，又针对不同直径桩型进行试成孔试验，并记录扩底成孔的最大行程及对应机械稳压油压值。 通过试成孔试验和试桩效果，结合施工单位施工相类似地层旋挖扩大头的施工经验，该中风化岩层具备采用扩大头灌注桩施工工艺，旋挖钻机在进入中风化岩层扩孔达到相对应扩大头尺寸的油压值为260bar-340bar，并结合钻杆实际行程进行控制。本工程扩底尺寸在施工过程中通过下表数据来控制扩底尺寸。 五、主要施工工艺及技术 5.1 工艺流程图 5.2 主要施工技术 （1）施工准备 场地平整。先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。 测量定位。根据桩位测量精度要求准确放样， 并设置护桩， 以便随时对桩位和成孔质量进行检查。 人员、设备、机具进场到位。 钢护筒制作与安装。为解决桩施工过程中塌孔现象，采用直径较桩径大10cm 的钢护筒，长度10米，旋挖钻机旋转压入地面。灌注混凝土后将护筒拔出循环使用。 （2）钻机就位 履带式旋挖钻机自行到位， 钻机钻头与桩位对位， 其位置偏差不大于2cm。钻机一旦就位， 成孔前不得随意移动。 （3）钻孔及扩底 钻孔前， 首先将钻机纵横调平， 调直桅杆， 确保其垂直度。 利用旋挖钻斗按正常钻孔工艺钻至设计桩底标高，记录钻杆行程读数。 将钻杆提出孔外， 用扩底钻具更换旋挖钻斗，将扩底钻放至孔底， 通过两种钻头长度尺寸之差，修正实际扩底行程。 进行慢速旋转和下压， 使扩底钻缓慢张开并进行扩底作业， 当其完全张开时， 采取在旋挖设备仪表盘上钻杆行程及油压值来控制（详见下表）。 钻头张开至设计要求后， 在原位不加压快速旋转10min 左右，停止旋转并向上匀速提出钻头，并检查扩底钻头变形情况，并针对变形情况作出修复和加固补强。 （4）清孔 扩大头施工结束后，更换平底捞渣钻头进行清孔，便孔内虚土沉渣符合设计要求。 钻孔过程中要做好钻孔记录。 清孔后及时将孔口用木板覆盖。 （5）桩孔检查 利用测绳及伞型检孔器检测孔深、孔径、垂直度及沉渣厚度。检孔合格后， 及时进行下一道工序。 （6）孔口防护 在灌桩前对孔口进行覆盖防护， 注意灌桩前间歇时间不宜过长。 （7）其它工序的施工步骤参照灌注桩施工工序。 六、成孔的质量检验 6.1大直径扩底桩成孔施工前，应试成孔。对于有经验的建筑场地，试成孔可结合工程桩进行。 6.2成孔检测应包括：孔深、孔径、垂直度、扩大端尺寸、孔底沉渣厚度等。质量检验要求详见下表： 大直径扩底桩质量检验要求 6.3 机械成孔扩底灌注桩可采用超声波检测。 6.4 孔底沉渣检查，可根据旋挖设备仪表盘上成孔前后钻杆行程读数进行判定，并结合两次成孔深度采用重锤测量深度数据来检查孔底沉渣厚度。 6.5扩底尺寸验收主要通过更换钻头后钻杆行程和油压值来确认扩大头尺寸是否达到设计要求尺寸。扩底端直径也可通过伞形孔径仪来检查，并通过砼用量来进行验证。 七、旋挖灌注桩扩底成孔工艺的优点： 7.1成孔速度快：和传统钻孔桩、挖孔桩相比，成孔质量高，施工进度快。该工程平均每天12小时成桩6-7根，如采用人工挖孔桩，17-18米深的成孔，每根桩约需要5-6天。 7.2机械现场移动方便，桩孔对位准确：旋挖机采用履带式底盘，在现场可以便捷地快速地任意移动，而传统的水钻孔灌注桩设备移动时需要吊机配合，就近成孔。旋挖机在对桩位过程中，操作人员在驾驶室内利用电子设备可以实现精确的对位，误差小，而这又是传统设备所无法达到的。 7.3 综合造价低：设计选型阶段，考虑到该工程如采用水钻孔灌注桩，同样单桩承载力则桩长、桩径都有所增加，为避免造价明显增加，选用了扩底桩；在施工方案论证阶段，如采用人工挖孔灌注桩，除去安全性和工期考虑外，护壁混凝土也是不小的开支。经过比较，该工程选用干作业旋挖扩底灌注桩比人工挖孔扩底灌注桩要节省20%造价。 7.3 环保特点：传统的水钻孔灌注桩产生大量的泥浆需要外运，而干成孔旋挖工艺只产生土方，可以用