旋挖机钻孔取石施工方案

旋挖机钻孔取石施工方案1工程概况本项目为某长三角城际铁路站前工程DK12+345~DK12+680段区间路基桩基础加固工程，设计共126根端承桩，桩径统一为1.25m，设计桩长18~28m，桩端持力层为微风化花岗岩，要求桩端进入持力层不小于1.5m。根据工程勘察报告，场地地层从上至下依次为：①0~8m粉质黏土，容许承载力[σ₀]=180kPa；②8~15m中风化砂岩，饱和单轴抗压强度fᵣₖ=28~36MPa；③15~32m微风化花岗岩，饱和单轴抗压强度fᵣₖ=65~82MPa；场地范围内孤石分布较多，共探明孤石72处，孤石直径1.2~3.5m，埋深10~18m。原方案计划采用冲击钻施工，因合同总工期要求45天完成全部桩基础施工，冲击钻日均成桩0.8根，无法满足工期要求，经设计、监理、业主单位审批同意，改用旋挖机钻孔取石工艺施工，该工艺日均成桩2.5~3根，可满足工期要求，且噪声污染远低于冲击钻，对周边居民区影响较小。2编制依据（1）本项目岩土工程勘察报告、桩基础施工设计图纸、设计交底记录；（2）《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10093-2017；（3）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；（4）《铁路路基工程施工安全技术规程》TB10302-2022；（5）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013；（6）旋挖钻机设备出厂说明书、行业安全操作规程；（7）本项目审批通过的总体施工组织设计。3施工准备3.1技术准备（1）桩位测量放线：采用GPS-RTK进行桩位放样，放样后由测量组进行二次复核，桩位中心坐标偏差控制在±5mm以内，在桩位周边布设4个控制引桩，引桩埋深不小于50cm，做好防护防止扰动；（2）超前地质复核：对所有桩位进行超前钻勘察，超前钻采用Φ110mm钻头，钻孔深度超过设计桩底标高3m，详细记录每个桩位孤石的位置、大小、岩石强度，绘制桩位地质柱状图，与勘察报告对比，异常情况第一时间通报设计、监理单位；（3）技术交底：落实三级技术交底制度，项目部对施工管理人员交底，施工班组对作业人员交底，明确工艺要求、质量标准、安全风险，所有作业人员考核合格后方可上岗，考核不合格不得进场作业。3.2场地准备（1）原地面处理：清除地表杂物、软弱土层，粉质黏土区域采用压路机压实，压实度要求≥90%，铺设20cm厚级配碎石垫层，垫层顶面铺设2cm厚整块钢板，分散旋挖机荷载，经计算旋挖机接地比压控制在≤0.12MPa，满足设备作业稳定性要求；（2）排水系统施工：场地周边设置环形排水沟，排水沟截面尺寸为宽40cm、深50cm，排水坡度为1‰，每50m设置一处集水井，集水井直径80cm、深1.2m，配置1台7.5kW潜水泵，将地下水抽排至场外管网，施工期间保证地下水位稳定在桩底标高以下0.5m以上。3.3设备与人员准备（1）设备配置：选用徐工XR360E旋挖钻机1台，该设备最大输出扭矩360kN·m，最大钻孔直径1.5m，最大钻孔深度60m，满足本项目微风化花岗岩钻孔取石要求；配套钻具包括：Φ1250mm双底捞砂斗（斗齿硬度HRC55~58，适配土层、碎岩捞渣）、Φ1250mm截齿筒钻（截齿硬度HRC62~65，适配中风化岩、小孤石切割）、Φ1250mm牙轮筒钻（适配强度＞60MPa的微风化花岗岩取芯、大孤石破碎）、清底捞斗、Φ300mm灌注导管、20t汽车吊1台、泥浆净化振动筛1台、GPS智能测斜仪1台、7.5kW泥浆泵2台；所有设备进场前进行全面检修，易损件（斗齿、截齿、钢丝绳）储备3套备用，设备验收合格后方可进场；（2）人员配置：项目技术负责人1名、施工员2名、专职安全员2名、质检员1名、测量员2名、持证旋挖机司机3名（要求5年以上硬岩旋挖施工经验，持特种作业操作证）、泥浆工2名、起重工2名、辅助工4名，所有人员进场后完成三级安全教育，签字确认后方可上岗。3.4材料准备泥浆采用膨润土化学泥浆，配合比为：膨润土8%~10%、纯碱0.3%~0.5%、羧甲基纤维素钠（CMC）0.1%~0.2%，其余为自来水，配制后泥浆性能指标满足：粘度18~22s、比重1.15~1.25g/cm³、含砂率≤2%、胶体率≥96%，储备足够量的膨润土、纯碱、CMC，满足连续施工要求；水下灌注混凝土采用商品混凝土，强度等级C30，要求坍落度180~220mm，初凝时间≥4h，提前与商品混凝土站签订供应协议，保证连续供应。4旋挖机钻孔取石施工工艺本项目施工工艺流程为：桩位放线→埋设护筒→钻机就位→分层钻进（土层钻进→岩层/孤石钻孔取石）→一次清孔→成孔验收→下放钢筋笼→下放导管→二次清孔→水下混凝土灌注→拔护筒→桩顶养护。4.1护筒埋设护筒采用8mm厚Q235钢板卷制，护筒内径比设计桩径大20cm，即内径为1.45m，护筒长度根据埋深确定，表层粉质黏土段护筒埋深不小于2m，软弱土层段埋深3~4m，护筒顶端高出地面0.3m，高出地下水位1.5m以上。护筒埋设采用旋挖机预钻孔洞后压入法施工，压入后校正护筒位置，允许偏差为：护筒中心偏差≤50mm，护筒垂直度偏差≤1%，校正合格后，护筒周边采用黏土分层回填夯实，每层回填厚度30cm，确保护筒稳固不渗漏。4.2钻机就位旋挖机就位后，伸出支腿，采用水平仪校正钻杆垂直度，调整机座水平，钻杆垂直度偏差控制在≤0.5%，调整完成后，将钻尖对准桩位中心，对中偏差≤10mm，验收合格后方可开钻。4.3分层钻孔取石施工4.3.1粉质黏土层钻进0~8m土层段采用双底捞砂斗钻进，钻进速度控制在1.5~2.0m/h，每钻进一斗提升钻杆卸土，施工过程中随时补充泥浆，保持泥浆液面高度在护筒顶面以下0.1~0.2m，防止液面过低导致孔壁坍塌；接近岩层界面时，钻进速度降至0.5~0.8m/h，防止钻头撞击岩层导致偏孔。4.3.2孤石钻孔取石施工根据孤石大小分类施工：（1）孤石直径≤桩径（1.25m），埋深在护筒底以下：采用截齿筒钻对准孤石中心，以钻压80~120kN、转速6~8r/min慢压轻钻，顺着孤石周边完整切割，切割深度超过孤石厚度10~20cm，保证孤石与周边岩体完全分离，切割完成后提起筒钻，更换双底捞砂斗进入切割形成的环形空隙，将整块孤石捞取取出；孤石取出后，检查孔壁完整性，补充泥浆至设计液面，确认无坍塌后继续向下钻进。（2）孤石直径＞桩径，埋深10~18m：分三步施工：①预破碎：采用牙轮筒钻，钻压120~160kN，转速4~6r/min，在孤石顶面沿网格状均匀钻进，钻进深度不超过孤石直径的1/3，将整块孤石预破碎为若干块直径小于1.2m的块体，每进尺30cm提升钻杆一次，清理碎渣；②切割分离：预破碎完成后，更换截齿筒钻，沿桩孔设计轮廓线切割孤石，切割深度达到孤石底部以下20cm，将所有破碎块体与周边完整岩体分离；③捞取取石：更换双底捞砂斗，依次捞取所有破碎块石，每次捞取量不超过斗容的70%，防止提钻过程中块石脱落掉孔，全部取石完成后，检查孔底残留块石，残留厚度不得超过5cm，符合要求后继续钻进。4.3.3完整岩层钻孔取芯施工（1）中风化砂岩段（强度28~36MPa）：采用截齿筒钻取芯，钻压控制在60~100kN，转速8~10r/min，每回次进尺控制在0.5~0.8m，钻至设计进尺后，停止加压，反转钻杆3圈扭断岩芯，缓慢提升钻杆取出完整岩芯，清理孔底碎渣后进行下一回次钻进；（2）微风化花岗岩段（强度65~82MPa）：采用牙轮筒钻取芯，钻压控制在100~150kN，转速5~7r/min，每回次进尺控制在0.3~0.5m，避免进尺过大导致岩芯断裂残留孔内；钻至进尺后反转钻杆4~5圈扭断岩芯，匀速提钻取出岩芯，每回次取芯完成后，记录岩芯完整性，核对地质情况，与勘察报告不符时立即停工通报，处理完成后复工。4.3.4钻进过程控制要点（1）每钻进5m测量一次钻杆垂直度，偏斜超过0.5%立即停钻，回填黏土至偏斜位置以上1m，待沉降稳定后，采用低速钻进纠偏；偏斜超过1%时，回填C15混凝土至偏斜位置以上1m，混凝土强度达到5MPa后重新钻进；（2）提钻速度控制在0.5m/s以内，避免提钻过快形成负压抽吸导致孔壁坍塌；（3）随时观测泥浆液面，液面下降及时补充，每1小时检测一次泥浆性能，比重、粘度不符合要求及时调整。4.4成孔验收与清孔钻进至设计桩底标高后，停止钻进，采用清底捞斗反复捞取孔底沉渣，完成一次清孔后，进行成孔检测：孔深允许偏差为+300mm、0mm，孔径不得小于设计桩径，垂直度偏差不得大于1%，端承桩沉渣厚度不得大于50mm，所有指标检测合格后，报监理单位验收，验收合格后方可进行下一道工序。4.5钢筋笼与导管下放钢筋笼在现场分段加工，每段长度9m，接头采用滚轧直螺纹机械连接，同一截面接头数量不得超过总钢筋数量的50%，相邻接头间距不小于35d（d为钢筋直径）；钢筋笼采用汽车吊吊装下放，下放过程保持垂直，避免刮碰孔壁导致掉块，下放到位后，采用型钢固定在护筒上，防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮。导管采用Φ300mm无缝钢管，壁厚5mm，接头采用丝扣连接，下放前进行闭水试验，试验压力为1.5倍孔底水压，不漏水方可使用；导管下放到位后，导管底口距离孔底控制在25~40cm。4.6二次清孔与混凝土灌注采用正循环二次清孔，清孔后泥浆性能调整为：比重1.10~1.20g/cm³，粘度16~20s，含砂率≤2%，沉渣厚度满足≤50mm要求后，30分钟内必须开始灌注混凝土，防止沉渣再次沉积。水下混凝土采用直升导管法灌注，首批混凝土方量经计算为：本项目最大桩深28m，要求首批混凝土灌注后导管埋深不小于1m，计算得最小方量为1.6m³，实际准备不小于2.5m³，保证埋深满足要求；灌注过程中，导管埋深控制在2~6m，每灌注2m³测量一次混凝土面标高，及时提升拆卸导管，严禁导管拔出混凝土面；灌注速度控制在2~3m/h，保证混凝土连续供应，桩顶超灌高度不小于0.8m，保证桩顶混凝土强度符合要求；灌注完成后，缓慢拔出护筒，清理桩顶浮浆，做好桩顶养护。5质量控制要点与验收标准5.1质量控制要点（1）桩位控制：桩位放样后三次复核，最终桩位中心偏差满足规范要求，引桩做好防护防止扰动；（2）泥浆控制：每1小时检测一次泥浆性能，含砂率超标及时采用振动筛净化，保证泥浆护壁效果；（3）取石控制：所有孤石必须全部取出，孔底残留块石厚度不得超过5cm，完整岩层取芯率不低于90%，保证地质判定准确；（4）沉渣控制：二次清孔合格后30分钟内必须灌注混凝土，禁止超时灌注导致沉渣超标；（5）混凝土灌注控制：超灌高度不得小于0.8m，严禁中途停灌超过2小时，防止断桩。5.2质量验收标准检测项目允许偏差检测方法桩位中心偏差（群桩）≤50mm全站仪检测孔深≥设计桩深测绳检测孔径≥设计桩径孔径检测仪检测孔垂直度≤1%GPS测斜仪检测沉渣厚度≤50mm沉渣仪检测混凝土强度≥设计强度试块抗压检测（1）人员安全：所有特种作业人员必须持证上岗，作业时佩戴安全帽，起重作业时信号统一指挥，旋挖机回转半径范围内严禁站人，严禁酒后作业、违章作业；（2）设备安全：作业前检查钻杆、钢丝绳、斗门机构，钢丝绳断丝数超过总丝数10%、磨损超过直径10%必须更换，设备停置后做好锚固，大风天气（风力≥6级）严禁作业；旋挖机作业区域距离10kV高压线路不小于4m，距离35kV以上高压线路不小于6m，满足安全距离要求；（3）用电安全：现场采用TN-S接零保护系统，三级配电两级保护，配电箱专人上锁管理，电缆架空敷设，严禁拖地泡水，漏电保护器定期检验，保证灵敏有效；（4）防护管控：泥浆池周边设置1.2m高防护栏杆，挂警示标识，夜间设置红灯警示，防止人员坠落；（5）文明施工：钻渣当日清运，不得现场随意堆放，清运车辆全覆盖，防止撒漏，现场道路每日洒水降尘，夜间施工提前办理夜间施工许可，采取降噪措施，减少扰民。7应急预案针对旋挖钻孔取石施工常见风险，制定如下应急处置方案：（1）孔壁坍塌：轻度坍塌（坍塌厚度≤30cm），加大泥浆比重至1.3g/cm³，低速钻进护壁；严重坍塌，回填黏土至坍塌位置以上2m，静置72h后重新钻进，回填仍坍塌的，注入水泥浆固化，强度达到5MPa后重新钻进；（2）卡钻：发生卡钻后严禁强行提钻，先缓慢转动钻杆、上下活动尝试松动，无效后采用空压机冲射卡钻位置清理碎渣，仍无法松动的，采用水下爆破破碎卡钻块石后取出钻具；（3）掉钻：掉钻后第一时间用专用打捞钩打捞，打捞失败的，若掉钻位置在桩身范围内，无法打捞的报请设计单位采用补桩处理；（4）断桩：断桩位置在桩顶5m以内的，回填后重新成桩；断桩位置在5m以下的，采用小直径钻头钻进至断桩位置，清孔后注入水泥浆，重新下放钢筋笼灌注混凝土，或报请设计验算后补桩；（5）人员伤害：现场配备急救箱，与就近二级以上医院签订急救协议，发生