市政高架桥旋挖钻孔桩施工技术

1 市政高架桥旋挖钻机桩基施工技术 1 前言 旋挖钻孔施工原理是 由全液压的动力头产生扭矩 并由安装在钻 架上的液压油缸提供钻压力 这两部分通过伸缩式钻杆传递至钻头 使 钻头切削土体 钻下的钻渣充入底部设有活络挡板的钻头 由主卷扬提 出孔外 通过钻头的旋转 切削挖土 提升 卸土和泥浆置换护壁 反 复循环而成孔 本文以杭州市重点工程德胜快速路高架桩基施工为例 对旋挖钻机施工工艺 注意事项及与传统回旋钻机的比较的技术经济优 势进行分析介绍 以供参考 1 1 工程概况 杭州市德胜快速路工程为杭州市主城区东西走向的城市快速路 本 工程中段 A1 标总造价为 2 46 亿元 施工内容包括高架桥 跨铁路引桥 地面道路 桥梁 排水工程和人行天桥等 本段桥梁基础均为钻孔灌注 桩 总计 949 根 其中 1 8 米桩基 126 根 1 5 米桩基 211 根 1 2 米 桩基 612 根 桩长最长为 62 米 最短为 45 米 1 2 工程施工特点 本工程沿线均为城市繁华地带 与多条道路交叉 地下管线复杂 地面车辆 行人拥挤 具有施工干扰大 施工场地狭窄 噪音及环保控 制要求高的特点 而且本工程的工程数量大 工期仅 360 天 工期非常 紧张 桥梁地质软弱 复杂 地下水埋藏浅 钻孔桩基础共穿过 11 个 地质层 基岩变化大 桩基施工难度大 其中桩基有 382 根桩持力层位 于卵石层 设计采用后压浆进行桩底加固处理 因此桩基施工顺利与否 成为控制工期的关键因素 2 桩底位于卵石层的钻孔灌注桩的地质情况如表 1 所示 表 1 桩基地质分层描述 层的位置层号地层名称地质情况描述 第 1 层 1 杂填土质不均 湿 饱和 松散 厚 2 1m 第 2 层 1 粉质粘土灰黄色 软塑 土质较均 厚 1 7m 第 3 层 1 淤泥质粘土灰色 流塑 土质均一 厚 5 4m 第 4 层 2 淤泥质粉质粘土灰色 流塑 土质不均 厚 2 6m 第 5 层 粉质粘土灰黄色 软塑 土质较均 厚 2m 第 6 层 1 粉质粘土黄灰色 软塑 土质不均 厚 3m 第 7 层 2 粉质粘土灰黄色 可塑为主 土质稍均 厚 4 6m 第 8 层 淤泥质粉质粘土灰色 流塑 土质均一 厚 5 3m 第 9 层 粉质粘土暗绿色 可塑 土质较均 厚 4 6m 第 10 层 2 粉质粘土兰灰色 可塑 土质均一 厚 1 5m 第 11 层 3 细砂灰色 饱和 中密 厚 3 9m 第 12 层 1 粉质粘土兰灰色 可塑 土质不均 厚 8m 第 13 层 2 粉砂灰色 饱和 中密 厚 1m 第 14 层 4 卵石 灰色 中密实 饱和 次圆状 次棱角状 胶结性一般 厚 6m 1 3 施工方案比选 根据桩基地质条件 桩长 桩径情况及施工条件 可以采用传统的 正循环或者反循环钻机成孔 亦可采用旋挖钻机成孔 这两种工艺在国 内均比较成熟 通过技术经济和工期进度方面的比较 结果见表 2 表 2 正反循环钻机成孔及旋挖钻机成孔工艺对比结果 同等条件 序号对比项目正反循环钻机成孔旋挖钻机成孔本工程施工条件 1 泥浆循环 及渣土数 量 需要泥浆循环 产生的 渣土和泥浆量较大 泥 浆循环占用场地较大 无需泥浆循环 可泥 浆重复使用 排出的 渣土和泥浆量大大减 少 场地占用较小 工地处于闹市繁华地 段 场地狭窄 泥浆 和渣土必须及时清理 外运 2 成孔周期 相同地质条件下 30m 单 根桩成孔时间 含清孔 大约在 10 12 小时 相同地质条件下 30m 单根桩成孔时间大部 分桩在 2 小时内 少 部分桩成孔时间在 3 小时内 场地和交通条件限制 只能分段局部施工 不能大面积展开 工 期非常紧张 3 设备情况 需要人工多 用电量大 需要配电箱 敷设电缆 等 钻机移动不便 需 要吊车配合运输 移动 自带动力行走 移动 方便 不需配电装置 人工需用较少 可自 动调平对中 施工场地狭小 安全 文明施工要求高 3 4 机械费用 单机租赁或购买费用较 低 需要数量多 单机租赁或购买费用 较低费用相对较高 需要数量少 目前杭州城区旋挖钻 机保有量较多 使用 相对较少 可租赁到 5 施工质量 使用广泛 工艺成熟 桩壁泥皮厚 影响承载 力 硬岩地层钻进困难 易发生塌孔 缩径 倾 斜 粘钻等事故 设备多为进口 适应 性强 钻进效率高 事故少 护壁泥皮较 薄 成孔规则 可提 高桩基承载力 市政工程要求逐桩检 测 保证优良 经过以上比较 尤其从工期进度和工程质量两个方面考虑 旋挖钻 机具有较大的优越性 我们决定除跨沪杭铁路引桥两侧开阔地带的桩基 采用传统回旋钻机成孔外 进入市区繁华地段的桩基均采用旋挖钻机进 行桩基成孔 以加快桩基施工进度 确保工程质量 为后续工程施工奠 定基础 1 4 施工设备简介 本工程租用两台德国宝峨公司的 BG25C 履带式大直径旋挖钻机 本 机整机自重 55T 整体高度 22 38 米 带护筒驱动器 可全护筒跟进成 孔 该机就位方便 可自动调平对中 钻杆为伸缩式钻杆 较硬岩层钻 杆可锁定 最大成孔直径 2 0 米 最大钻深 72 米 另配砂石泵 清孔 泥浆运输车 泥渣 泥浆外运 导管 护筒 灰浆搅拌机 压浆泵 砼 运输车 吊车等 2 施工工艺方法 2 1 施工工艺流程 旋挖钻机灌注桩施工工艺流程 场地平整 测量放线 护筒埋设 钻机就位 调平对中 旋挖成孔 清孔换浆 下钢筋笼 导管 灌注水 下砼 桩底注浆 成桩检测 2 2 工艺要点 2 2 1 桩基放线 埋设护筒 4 采用全站仪 利用极坐标法对桩基进行准确定位后 根据桩定位点 拉十字线钉放四个控制桩 以四个控制桩为基准埋设钢护筒 护筒高度 2 5m 为保护孔壁 露出地面 30cm 护筒由人工埋设再由旋挖钻配合完 成较好 旋挖钻在埋设护筒时 由人工 机械配合完成 主要利用钻头 的挤压方法作微调 精确度高 为防止后压浆时跑浆 护筒周围土要夯 实 最好粘土封边 2 2 2 泥浆制备 在旋挖钻机成孔中 泥浆 又称稳定液 的作用主要有保护孔壁 平衡地下水位 悬浮钻渣 防止钻渣快速沉淀 施工中采用采用优质膨 润土粉和纯碱混合加水搅拌后存放在活动的钢制泥浆箱中 其重量配合 比为膨润土 纯碱 水 8 0 6 100 泥浆比重一定要控制在 1 1 1 30 之间 粘度在 23s 28s 含砂率小于 4 PH 值大于 7 调配 泥浆太稀 容易造成孔壁坍塌 调配泥浆太稠 使扭矩加大 钻头下落 困难 必须定时测试泥浆的各项技术指标 发现问题及时调整解决 本工程桩基地层大部位于粉质粘土层和淤泥质粘土层中 经测试自 造浆指标较好 只是进入卵石层才补充少量优质泥浆 对于对粘性好的 岩土层 可采用清水钻进工艺 自行造浆 无需另外制作泥浆护壁 2 2 3 旋挖成孔 该钻机为履带式 进入现场安装调试后 可自行就位 并利用机载 自动控制系统调整其钻杆垂直度 自动对中 此时在护筒内注入泥浆 即可进行钻孔 该钻机成孔时采用旋挖式筒式钻头将地层中泥渣载入钻 头挖出 自动显示筒满后 提升将土卸于一侧跟随的泥渣运输车上运走 然后继续旋挖至设计高程 在成孔过程边挖边补充泥浆 保证在提钻后 出土后孔内液面始终高于护筒底面 该机成孔深度可自动显示 在实际 施工中辅以人工检测验证 确保成孔深度达到设计要求 5 终孔后沉淤的控制 旋挖钻机的切削 提升上渣的机理与常见回转 钻进的正 反循环成孔的切削 提升形式完全不同 是通过钻头把孔底 原状土切削成条状载入钻头提升出土 孔底底部面缓 钻至设计标高对 土的扰动很小 没有聚淤漏斗 所以要加强泥浆的管理 控制固相含量 提高粘度 防止快速沉淀 还要控制终孔前的两钻头的旋挖量 防止超 挖 2 2 43 清孔换浆 成孔深度达到设计要求后 进行清孔换浆工作 因为旋挖钻孔不采 用正反循环施工 泥浆是反复使用的 所以一旦泥浆中含有沉渣 那么 直到钻孔终了 沉渣还是随着泥浆留在了孔底 所以要建立泥浆沉淀池 适时地把泥浆中的沉渣沉淀后清理一下 另外适时地添加新鲜泥浆 清 孔时边注边抽 保证在孔底 50cm 内 泥浆比重小于 1 20 粘液不大于 28s 砂率不大于 4 时 才可以提钻转到下一桩孔成孔 2 2 5 安放钢筋笼 钢筋笼在加工场分节制作 为防止笼运输时变形 将制作好的钢筋 笼每隔 3 米设方形加劲肋 再将预制的混凝土圆柱形定位块绑于钢筋笼 上 控制保护层 最后将压浆管固定上 利用吊车将其吊入孔内 为防 钢筋上浮 将钢筋笼与护筒焊牢 旋挖钻机的一个显著优点就是成孔快 且成孔后孔底沉渣很少 所 以只要在钢筋笼制作 安装上采取合理措施 避免安装时钢筋笼刮伤孔 壁 就可以大大地降低沉渣厚度 有效防止塌孔的发生 这就要求在钢 筋笼制作方面要严格控制 重点是钢筋笼外径和直线度 主筋搭接 纵 横筋交叉点的焊接质量必须符合设计要求 为此 要检查钢筋笼保护层 垫块的设置 在这一工程中 垫块采用圆柱形砼块 沿钢筋笼每隔 2m 放置一组 每组设置 4 个 按 90 螺旋形均匀安放 既可避免笼体碰撞 6 孔壁 又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确 钢筋笼的吊装应 3 点起吊 保持笼轴线重合 入孔时 始终需保持 垂直状态 对准孔位徐徐轻放 保持稳定 避免碰撞孔壁 一旦遇阻立 即查明原因 禁止晃动和强行冲击下放 2 4 6 安装导管 导管在使用前必须作密封性检查 接头严密 不漏水 不漏浆 利 用吊车将导管放入 导管直径 长度应与孔深配套 管距孔底 0 3m 初 灌量应保证混凝土扩散后 导管埋入深度不小于 1m 为防止混凝土与泥 浆混合 在灌注混凝土前 将预制好的混凝土圆柱块用铁丝固定在料斗 底 在混凝土达到预定量后 剪断铁丝 和混凝土一起下落 用于隔浆 2 4 7 灌注水下混凝土 本工程砼采用商品砼 利用搅拌运输车运输 混凝土应连续浇注 中间不得停顿 由于桩内混凝土不能振捣 主要靠混凝土的自重压密和 混凝土的流动性成型 必须控制好配合比及浇注速度以确保混凝土的质 量 随时检查混凝土的塌落度 塌落度应控制在 16 20cm 之间 每注 入一车混凝土 利用吊车向上拔管 每提 0 3m 反插一半 保证混凝土 的扩散和密实 如此循环 直至顶面 2 4 8 后压浆施工 本工程桩基持力层多数在卵石 卵石层中 设计要求进行高压注水 泥浆填充密实 压浆钢管和钢筋笼一起埋入 对称布置两根 在下放钻 孔桩钢筋笼前 在钢筋笼上对称的安装上两根直径为 25mm 的注将钢管 管底部进入卵石层 25cm 管顶 管底要封口 按照设计要求等桩浇筑完成 7 天以后即可进行桩底注浆 水泥浆液 搅拌时间不少于 5min 以保证均匀 注浆前先注入高压清水 将压浆管 7 开通 再行注浆 注浆压力为 3 4MPa 单桩压浆量设计值需要通过现场实验验证 如果通过几根桩的试压 均达不到设计值 其设计压浆量根据试压值调整 压浆控制标准是将规 定的压浆量全部压进 可通过一次压浆或二次压浆达到进浆量的目的 就是说第一次压浆如果压力达到 3MPa 而压浆量达不到规定停止压浆 停 12h 后进行第二压浆 如果达到规定要求 则停止压浆 如果仍达不 到规定 则压力达到 4MPa 时即可终止压浆 3 旋挖钻机施工注意事项及质量控制措施 3 1 钻机施工操作人员和工程技术人员要对旋挖钻机性能进行充分 了解 掌握正确的施工工艺方法 加强工序工艺管理 认真总结新鲜经 验 确保桩基质量 3 2 必须控制钻头在桩孔内的升降速度 因为如果升降速度过快 水流将会以较快速度由钻头外侧与孔壁之间的空隙中流过 导致冲刷孔 壁 而且惯性作用会导致钻头刮碰孔壁 有时还会在上提钻头时在其下 方产生负压而导致孔壁坍塌 为防止孔壁坍塌 应确保孔内水位高出地 下水位 2m 以上 泥浆调制技术及指标控制必须严格 以保证泥浆对孔 壁的支撑能力 3 3 钢筋笼制作要确保质量 不合格严禁出场吊运 运输时防止变 形 接长焊接时要保证垂直度 下放探孔器和钢筋笼时要对中竖直 避 免晃动 缓慢下放 提升 防止破坏孔壁 3 4 加强过程观测 在各工艺环节中要随时观测出渣情况 泥浆性 能 水位变化 钻进速度等 及时全面做好原始记录 发现异常情况 及时采取正确应对措施 4 实际施工效果 本工程 80 的桩基采用了旋挖钻机成孔工艺 按照市政工程验收规 8 范进行逐桩检测验收 全部桩基均被评为 类桩 桩径 1 5 米的 62 米 长桩基 平均 8 小时成孔一根 较普通回旋钻机成孔时间快 70 在施 工中 此钻机噪音极低 对周边居民的生活影响很小 受到了广大市民 的好评 且挖出的钻渣土方能及时方便的外运 无大面积泥浆污染 最 终本工程获得杭州市优质工程和国家优质工程银奖 5 结论 旋挖钻机钻孔桩施工技术与传统的回旋钻机成孔工艺比较 具有如 下优越性 5 1 成孔效率高 费用低 旋挖钻机具有良好的机动性能 直接钻 取原状土层 提高了施工工效 一台旋挖钻机的工效相当于 3 5 台回旋 钻机 从经济效益方面分析 综合考虑人工 材料和机械租赁等费用 同条件下每米成桩总费用要比普通回旋钻机降低 10 左右 5 2 成孔质量高 旋挖钻钻斗对孔壁扰动小 孔底沉渣少 泥皮薄 单桩承载力高 在所有施工中未发生过塌孔 埋钻及孔壁倾斜等质量问 题 采用钻斗钻取原状土 便于直观地验证桩端持力层 5 3 自带动力 可缓解供电压力 减少了用电安全生产隐患 减轻 施工现场管理工作难度 增强了施工生产的安全性 安装简单 自行就 位 调平对中 大大缩短了施工准备时间 5 4 不采用泥浆循环 减少了泥浆沟槽设置 避免泥浆溢出污染城 市道路