近年来,随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度及施工环保等要求的不断提高,一些中小型旋挖钻机已悄然兴起,越来越受到施工者的关注。旋挖钻机成桩亦称回转斗成桩、取土成桩,在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快、无噪音、无污染或小污染等优势,对于干硬性粘土,可不用静态泥浆稳定液护壁,一般覆盖层采用泥浆护壁。由于我国地域广阔,地质条件较为复杂,旋挖钻机施工中成孔工艺的制定要有针对性,以防止发生埋钻、坍塌等施工事故,避免造成损失。本文结合我公司承建浦东某工程桩基工程成孔的施工案例,就旋挖钻机成孔过程中如何避免坍塌、埋钻等事故谈谈施工经验,以供广大施工者参考借鉴。
一、工程概况
我公司承建浦东某工程,总桩量2180根,桩型灌注桩,桩径φ800毫米,桩深36米。沼泽地区,2米左右为少量建筑垃圾回填层,2~5米为粘土层,5~13米为亚粘土层,13~15米为沙层,15~29米为亚粘土层,29~34米为沙层,34~36米为粘土层。
二、成孔工艺
采用旋挖钻机取土成孔,成桩工艺:定桩位→埋护筒→注泥浆→钻进取土→一次清孔→放钢筋笼→插入导管→二次清孔→砼灌注→拔出护筒。施工中最大的难题是钻孔作业至5~13米亚粘土层时,桩孔缩径现象严重及成桩过程中孔的坍塌。经研究发现,除操作手在控制钻进尺度及回转斗提升速度等方面显得经验不足外,最大的影响在于静态泥浆的配比、钻具的结构及护筒的埋护不合理,易造成护壁泥皮过薄、钻具下方负压过高及孔口渗透,从而引起坍塌事故。
三、静态泥浆的配比
旋挖取土成孔中,静态泥浆作为成孔过程的稳定液,主要作用是护壁。可在孔壁处形成一薄层泥皮,使水无法从内向外或从外向内渗透。针对工程的地质情况,加强泥浆技术,重新调整泥浆配比,控制泥浆比重,提高泥粉质量,增加粘性及润滑感,适当添加处理剂,增强絮凝能力,确保护壁泥皮的厚度及强度。初次注入泥浆,尽量竖直向下冲击在桩孔中间,避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部,造成护筒根部基土的松软,正式钻进前,再倒入2~3袋膨润土,启动钻机的高速甩土功能,进行充分搅拌。
四、护筒的埋护
针对现场地质情况,专门定制高4米、厚10毫米、直径φ1.2米的护筒。护筒内径尺寸较大,能贮存足够的泥浆,在钻杆提出桩孔时,可确保护筒内的水压,维护孔壁泥皮的稳定。同时单边铡隙达到200毫米,可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒,保护孔口的稳固。钻进过程,操作手凭经验目测对孔定位,工作强度加大,易于疲劳,且精度低,容易造成孔的偏差及砼的超方。舜杰公司的钻机具有快速回转自动定位功能,每个工作循环均能精确对孔定位,即降低了操作手的劳动强度,同时能保证成孔质量,有效解决了大护筒带来的负面影响。特制4米超高护筒,可以埋至粘土层以下500毫米,能有效防止孔口渗漏坍塌及周围环境振动、冲击对桩孔的影响。
五、回转斗的结构
施工初期,有的设备租赁公司采用自制的双门底开式回转斗,圆柱型盛料桶,侧壁无泥浆导流槽,底盘无侧齿,使用中发现,液压系统压力偏高,回转斗提升力明显增大,且桩径缩孔现象较为严重。经舜杰公司技术人员分析,主要原因在于回转斗的结构不合理,提升回转斗时下方产生较大负压,从而导致提升阻力增大及孔壁收缩、坍塌。通过改进,将回转斗盛料桶改为圆锥式,侧壁加焊导流槽,以有利于在桩孔内的导向及泥浆的导流,减小桩孔内的负压。同时底盘加焊侧齿,适当控制回转斗与刀尖间的距离,防止回转斗升降旋转时碰坏孔壁。现场表明,改进后的回转斗在提升过程中,液压系统压力明显降低,桩身的缩孔、坍塌现象有所缓减,具有良好的使用效果。
六、钻机的钻进控制
钻进过程,回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态,以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中,破坏泥浆的配比;每个工作循环严格控制钻进尺度,避免埋钻事故;同时应适当控制回转斗的提升速度。施工实践表明,φ800毫米的桩径,升降速度宜保持在0.75~0.85m/s,提升速度过快,泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过,冲刷孔壁,破坏泥皮,对孔壁的稳定不利,容易引起坍塌。
七、影响坍塌的其它因素
桩孔完成以后,清孔、下放钢筋笼、砼的灌注等工序中均应规范操作,避免成孔的坍塌。如钢筋笼下放过程,应吊车吊起、坚直、稳步放入孔内,避免碰撞孔壁,以造成泥皮或孔壁的破坏,从而引起灌注过程,桩孔的坍塌及出现断桩、废桩等事故。
施工中影响桩孔坍塌的因素很多,最重要的一点,就是如何因地制宜,有效针对不同的地质情况,制定相应的施工工艺,以确保钻进成孔的顺利进行,避免施工事故的发生。
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