各类钻挖孔桩基础施工施工工艺.docx
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1、钻(挖)孔桩基础施工1.概述1.1钻孔原理根据取出孔土(钻渣)方法不同,主要分为以下几种:1.1.1螺旋钻孔螺旋钻孔成孔多属干作业法,无需任何护壁措施。长螺旋钻机钻头和钻杆都带螺旋叶片,钻孔时钻头切削土层,土块随钻具旋转沿螺旋叶片上升,经出土器自动排出孔外,然后装车运走。短螺旋钻机的钻杆只在临近钻头23m内才有螺旋叶片,钻孔时钻头切削土层,土块随钻具旋转沿螺旋叶片上升积累在短螺旋叶片上,形成“土柱”,后由提钻、反转、甩土,将钻屑散落孔周围,然后装车运走,一般每钻进0.51m就要提钻甩土一次。1.1.2正循环回转钻孔泥浆以高压通过钻机的空心钻杆在孔底射出,将钻渣悬浮,随泥浆上升溢出孔外。泥浆起护
2、壁和悬浮上升钻渣的作用,所以泥浆质量要求高。1.1.3反循环回转钻孔泥浆由储浆池流入孔内,用真空泵、空气吸泥机等将钻渣由中空钻杆吸出。泥浆只起护壁作用,泥浆质量要求低。1.1.4潜水钻机钻孔钻机的动力装置同钻头连成一体,防水密封式电动机连接在钻头顶上。潜水钻机可以正循环出渣,也可以反循环出渣,原理同上一样。1.1.5冲抓钻孔冲抓锥张开抓瓣冲入土体,收紧锥瓣绳,抓瓣将土抓入锥体,提升甩土。井壁保护可用泥浆护壁,也可全套管护壁。1.1.6冲击钻孔实心锥冲击钻机用卷扬机上下提升实心钻锥冲击劈碎土石,钻渣部分挤入井壁,部分泥浆悬浮,放入掏渣筒掏渣提出孔外。本法泥浆起护壁和悬浮上升钻渣的作用,所以泥浆质
3、量要求高。空心锥冲击钻机用卷扬机上下提升空心钻锥冲击劈碎土石,钻渣部分挤入井壁,部分从锥底进入空心锥管,提升钻锥孔外弃渣。本法泥浆只起护壁作用。1.1.7钻斗钻(即机动推钻)成孔钻杆和钻斗一起旋转削土,土屑进入钻斗,提升钻斗出土。有全套管钻进法和泥浆护壁无套管钻进法两种。1.1.8挖孔当土层内地下水很少时,采用人工挖孔,多方式支撑井壁。1.2钻孔适用范围和优缺点适用范围钻孔方法适用范围泥浆作用土层孔径(cm)孔深(m)螺旋钻粘性土,砂类土,含少量砂砾石、卵石的土(含量少于30,粒径小于10cm)长螺旋:4080短螺旋:150300长螺旋:1230短螺旋:4080干作业无需泥浆正循环回转钻粘性土
4、,砂类土,含少量砾石、卵石的土(含量少于20),软岩8025030100护壁,悬浮钻渣反循环回转钻粘性土,砂类土,含少量砾石、卵石的土(含量少于20,粒径小于2/3钻杆内径)80300用真空泵35,空气吸泥浆65,气举式120护壁潜水钻淤泥,腐植土,粘性土,稳定的砂类土,单轴抗压强度小于20MPa的软岩非扩孔型:80300扩孔型:80655标准型:5080超深型:50150正循环悬浮钻渣,反循环护壁冲抓钻淤泥,腐植土,密实粘性土,砂类土,砂砾石,卵石100200大于20m时进度慢护壁冲击钻实心锥:粘性土,砂类土,砾石,卵石,漂石,较软岩石。空心锥:粘性土,砂类土,砾石,松散卵石。实心锥:802
5、00空心锥:6015050护壁,悬浮钻渣钻斗钻填土层,粘土层,粉土层,淤泥层,砂土层,以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地层10030078干作业无需泥浆挖 孔各种土石一般120200最大35025无泥浆优缺点钻孔方法优点缺点螺旋钻设备简单,施工方便,振动小,噪声低,无泥浆污染,钻孔速度快,造价低,隐患少桩端留有虚土;有地下水的地区不能使用正循环回转钻钻进出渣同时进行,成孔速度快,钻孔深度大需设泥浆池,施工场地大;机械复杂,易故障;造浆材料多,护壁泥浆稠,降低了桩周摩擦力反循环回转钻较正循环功效高,钻孔深度、直径大,排渣无需泥浆,泥浆稀,造浆材料少,不减弱桩的摩擦力扩孔率大于正循环,钻机
6、复杂且造价高潜水钻设备简单,施工方便,振动小,噪声低,钻孔效率高于正反循环回转钻,成桩垂直度好于其它方法一旦发生塌孔,钻头难于取出冲抓钻设备简单,造价低,施工方便,无需泥浆浮渣,成孔经济,可在碎石、卵石、软岩中使用,适用范围广无钻杆导向,不能钻斜孔,孔深超过20m后钻进速度大大降低冲击钻适用地层广,“无坚不摧”,钻渣挤入孔壁可增加桩的摩擦力在土层中钻进速度慢,不能钻斜孔钻斗钻设备简单,施工方便,振动小,噪声低,最适宜在硬质粘土中干钻,钻孔速度快,造价低,施工占地小有强承压水时施工困难,扩孔严重挖 孔无需钻孔设备,孔形可方可圆不适宜有大量地下水的土层,孔深不宜超过15m1.3钻孔方法1.3.1螺
7、旋钻孔1.3.2正循环钻孔1.3.2.1浅谈正循环钻机施工钻孔桩_ 广州西南环高速公路钻孔桩施工简介五处广深工程公司 袁吉 李玮 摘 要:本文对钻孔桩基施工的操作程序及水下混凝土灌注等工作作了介绍,总结了钻孔桩施工中常见问题的处理措施及水下混凝土灌注应注意的事项。 关键词:钻孔桩 正循环旋转 清孔 水下混凝土 铁一局广深工程公司承建的广州西南环高速公路WD3-3标段高架桥工程,其基础为钻孔桩,采用正循环旋转钻孔施工。主桥160根钻孔桩自1998年8月8日起讫1998年11月25日止,历时三个月半全部完工,无断桩、缺陷桩,桩身质量合格率100%,优良率96%,现将其施工过程作简要介绍。1. 工程
8、概况 广州西南环高速公路沥至沙贝段D3标段,自丫髻沙珠江特大桥西端至花地河1# 桥西端,全长4183.697m,均在广州市芳村经济开发区范围内。全线地形条件属珠江三角洲水网平原,地形平坦开阔,段内土地以水田为主。考虑开发区路网净空要求,本段主体工程为一般高架桥,全段六车道全封闭全立交。跨径(M)25+25(25+22)25+3030+3030+4040+4016.28+25(16.28+30)16.28+40单桩设计轴向力(KN)5500650075008500950060007000设计行车速度100Km/h。设计计算荷载等级为汽超20级;挂车120。本段地震烈度度设防,下部结构半幅桥宽均采
9、用双柱式桥墩钻孔桩基础,各跨径桥墩单桩设计轴向力见下表:桥上部结构采用预应力混凝土T型简支梁连续桥面,全线采用水泥混凝土路面。 2. 地质状况 本段地表沿线均为土层覆盖,部分为人工填筑土,土层总厚一般为8.022.0m。下伏基岩为泥岩、粉砂岩与含砾砂岩及泥灰岩交错走向。地表水、地下水均较发育,地下稳定水位一般在0.21.5m。3. 钻孔桩施工3.1. 成孔方法选择根据本段地质状况,考虑桩基设计直径1.3m,平均设计桩长为19.5m,故本段钻孔桩基础采用正循环旋转钻机施工。各种成孔设备(方法)适用范围可参考如下:编号成孔设备(方法)适 用 范 围土 层孔径(cm)孔深(cm)泥浆作用1机动推钻粘
10、性土、砂土、砾石粒径不小于10 cm,含量小于30%的碎石土601603040护壁2正循环回转钻机粘性土、砂土、砾卵石粒径小于2cm,含量小于20%的碎石土、软岩8020030100浮悬钻渣并护壁3反循环回转钻机粘性土、砂土、砾石粒径小于钻杆内径2/3,含量小于20%的碎石土、软岩80250泵吸40汽举100护壁4正循环潜水钻机淤泥、粘性土、砂土、砾卵石粒径小于10 cm,含量小于20%的碎石土6015050浮悬钻渣并护壁5反循环潜水钻机同序号360150泵吸40汽举100护壁6全护筒冲抓、冲击钻机各类土层802003040不需泥浆7冲抓锥淤泥、粘性土、砂土、卵石601502040护壁8冲击实
11、心锥各类土层8020050浮悬钻渣并护壁9冲击管锥粘性土、砂土、砾石、松散卵石6045050浮悬钻渣并护壁10冲击震动沉管软土、粘性土、砂土、砾石、松散卵石255020不需泥浆注: 1. 土的名称按照公路桥涵路基与基础设计规范(JTJ02485)的规定;2. 单轴极限抗压强度小于30Mpa的岩石称软岩;大于30Mpa的称硬岩;小于5Mpa的称极软岩;3. 正反循环钻机(包括潜水钻机)附装坚硬牙齿钻头,可钻抗压强度达100Mpa的硬岩;4. 表中所列各种钻孔设备(方法)适用的成孔直径和孔深,系指国内一般情况下的适用范围,随着钻孔设备的改进,设备功率增强,辅助措施提高,成孔直径和孔深的范围将逐渐扩
12、大;5. 本表根据公路桥涵施工技术规范(JTJ041189)。3.2. 钻孔施工3.2.1. 场地平整标段内场地除有三条南北向水沟外,均为旱地,钻机就位前应清除场地内杂物,整平夯实。桩位位于水沟边缘处,应将水沟内淤泥软土换填片石或矿渣,并夯填密实,同时沟床改道,待此处基础工程完工后再恢复水沟位置;当场地为浅水时,可采用筑岛法施工,筑岛面积应按钻孔方法及设备型号要求决定。筑岛时应严格按筑岛的有关规定及注意事项进行,岛顶高出施工水位0.751.0m;如场地为深水或淤泥层较厚时,应搭设牢固稳定的工作平台,使其能够承受所有工作时的动静荷载,并考虑施工机械能安全进出;如场地为陡坡时,可用型钢枕木等搭设工
13、作平台;河槽幅宽较大时,各步工序可在船或浮箱上进行,但必须锚碇稳固,桩位准确。不过考虑水位升降及水流速度,施工质量不易保证,故仅在水位平稳、水位升降缓慢的情况下采用上述方法,而河床平顺流速较大时,则宜采用浮运沉井。3.2.2 护筒埋设为固定桩位、导向钻头、隔离地面水及并保护孔口地面稳定,同时提高孔内水位以及增加对孔壁的侧压力,应在钻机就位前埋设好护筒。护筒的内径应比桩径大约30cm。护筒根据材料大致分为以下几种:砖(片石)砌护筒 此类护筒适于埋深2.0m左右,地下水位低的旱滩旱地;木护筒 重量轻,不易下沉,一般筒壁厚34cm,此类护筒适于地下水位较低、土层较厚的松散软土,护筒埋设时其中部外侧宜
14、用方木做成井字架夹持护筒一起埋于土中,以防护筒陷落;钢筋混凝土护筒 筒壁厚810cm,重量大,不易变形,易沉入土中,故深水施工多用此类护筒;钢护筒 筒壁一般厚46cm,旱地、河滩、深水地均可使用,比较灵活。若埋深较大时,其制作分节,每节1.52.0m,端头连接设法兰盘。本标地下水位稳定,埋深1.0m以上,故采用1.21.5m高钢护筒挖埋,挖埋以桩中心点(挖埋之前测量放线并打好护桩)为中心向四周取土,取土坑直径比护筒直径约大4050cm,放置护筒按护桩恢复桩中心点,使护筒圆心与桩中心重合,用粘土回填护筒与坑壁间隙并分层夯实。同时护筒顶应高出地面2030cm,护筒直立,其倾斜偏差不得大于1%,其平
15、面位置偏差不得大于5cm。场地如为含水量较大的粉砂土或粘土,埋设护筒时应将部分土挖除换填粘土,地下水位较高可用埋筑法埋筑护筒,填筑的土岛应使护筒顶端比地下水位高1.5m以上,土岛边坡以1:1.51:2.0为宜,岛顶面宽度应满足钻机布置及操作。3.2.3. 钻机就位 施工场地平整夯实后,钻机就位,用千斤顶将基座顶起,在下面垫好方木,调平基座,使钻架中线竖直。准确定位后,保证钻机滑轮、固定钻杆卡孔、桩中心点三点在同一垂线上,将钻头吊起,缓缓放入护筒,接上钻杆。旋转钻孔施工中,钻头一般采用鱼尾钻头和笼式钻头,本标采用笼式钻头。就位后的钻机,其钻尖与桩中心点偏差不得大于2cm。3.2.4. 泥浆制备
16、旋转钻孔过程中,孔内泥浆能保护孔壁不坍塌,悬浮钻渣将其排出孔外,并润滑冷却钻头提高钻速,减少钻头磨耗。施工中泥浆太稀,排渣能力受到影响,护壁效果也大大降低,易坍孔;而泥浆太浓,则影响钻进速度,且易增加孔壁和钢筋上的泥浆附着量,使结构受力不利,清孔困难。故泥浆的各项性能指标应根据实际地层情况及施工方法作相应的选择。因粘土中含有多种元素,其化学组成及粘粒大小和数量直接影响到泥浆的质量好坏,如条件允许,可对泥土进行化学结构分析,选取钠离子含量多的粘土进行制浆,钠离子含量多其亲水能力较强。正循环回转钻机施工中,其泥浆性能指标参考下表使用:地层情况泥浆性能指标相对密度粘度(s)静切力(Pa)含砂率(%)
17、胶体率(%)失水率(ml/30min)酸碱度(PH)粘性土1.051.2016221.02.5909525810砂土碎石土卵石漂石1.21.45192835909515810注: 1. 地下水位高或其流速大时,指标取高限,反之取低限;2. 地质情况较好,孔径或孔深较小时,指标取低限;3. 相对密度(泥浆比重)为泥浆密度与4纯水密度之比。3.2.5. 钻机钻进前期准备工作确保无虞后,启动泥浆泵,待泥浆(本标段地质较好,满足孔内直接造浆)进入孔内一定数量后,开始钻进,适当控制进尺。在护筒刃脚处,应低档慢速钻进,保证泥皮护壁,至刃脚下1.0m后,按土质情况正常钻进。 正循环钻机施工示意在钻进过程中,
18、让钻机的主吊钩始终承受部分钻具(钻杆、钻头、压重块)的重力使孔底所受钻压不超过钻杆、钻头、压重块总重的80%,以避免或减少斜孔、弯孔、扩孔现象。钻进的速度控制由土层性质决定,钻进中应定时打捞钻渣,根据渣样的性质配合地质剖面图明确实际地质情况,以确定钻进速度。粘土中,笼式钻头以中速、稀泥浆钻进;砂土中,笼式钻头宜减压,以低档慢速、稠泥浆钻进;进入岩层或较硬的碎石土中,宜用低档慢速、优质泥浆慢进尺钻进。钻进过程中,应注意基座的平稳、钻杆的摆幅、钻机震动等情况,及时修整钻机的位置,防止斜孔。钻机每钻进2.0m左右或遇地层变化,均应在护筒口捞取钻渣,查明土类并作好记录。孔深度及基岩强度达到设计要求后,
19、配合地质工程师决定终孔。当钻孔入岩深度超过了设计值,但基岩强度达不到设计要求时,应继续钻进,并按规定计算其单桩轴向受压承载力P,如满足单桩轴向容许承载力P,即可终孔。3.2.6. 钻孔中应注意事项 钻进过程中,每进尺58米应检查钻具磨损情况及孔竖直度,确保钻孔直径和垂直度符合要求。如泥浆有损耗、漏失,应予以补充,并按有关技术规范检查泥浆指标,遇土层变化应增加检查次数,并适当调整泥浆指标。钻孔过程中,不使用弯曲钻杆,不使用磨损严重钻杆,控制钻进进尺,以防止钻杆折断。3.2.7. 钻孔施工中常见问题处理斜孔或弯孔由于地层走向及层面倾斜或遇到探头石等原因,可能出现斜孔、弯孔,可在孔偏斜处用钻头反复扫
20、孔,直至钻孔竖直。孔偏斜严重时,应回填片石、块石至偏斜部位以上,夯实后再缓缓钻进。扩孔因孔壁坍塌或钻杆摆幅过大等造成,在钻进中应适当控制好泥浆比重及防止使用弯曲变形钻杆。缩孔为避免因钻头磨损过甚焊补不及时或地层中遇到膨胀软土、粘土等造成缩孔,应及时焊补钻头并采用失水率小的优质泥浆护壁,如已发生缩孔现象,宜在该处用钻头上下反复扫孔以扩大孔径。糊钻 泥浆浓度太大或地层中有膨胀软土,容易引起糊钻,前者可适当稀释泥浆,后者可向孔内抛填一定数量红砖等脆性易碎物。如已严重糊钻,应提出钻头清除钻渣。掉钻在钻进中,由于钻速选用不当,钻杆扭矩过大或进入坚硬地层中,进尺过快,使钻杆超负荷运作,都有可能折断钻杆,发
21、生掉钻现象。掉钻一般表现在钢丝绳松弛,钻机钻进平静,缓冲弹簧不伸缩等状况。发生掉钻应立即停机,查找原因,测量掉钻位置及钻头在孔内情况,及时以绳套、打捞钩、渐开钩等工具打捞,以防时间过长沉渣埋住钻头,造成打捞困难。经测量,当钻头上留有的断杆长度小于孔径时,可用强度高,尺寸重量适合的冷弯或锻制打捞钩进行捞取,这种情况下钻头应为笼式钻头或钻头上焊有钢环。如钻头上留有的钻杆不太长,可用绳套捞取,当钻头上钻杆长在两节以上,深埋土中或钻杆插入孔壁,则可将渐开钩接在钻杆上,伸入断杆位置慢速旋转,将断杆卡进渐开圆心再向上提出。流砂本标段土质不均,常夹有薄层粉砂层,并含少量贝壳碎片及有机腐殖质。当钻头通过这一细
22、砂或粉砂层时,由于渗水量大,同时地层受钻头撞击震动,易发生流砂现象,此时应及时提高孔内水位,多投粘土块,加大泥浆比重,利用钻头的旋转挤压将粘土挤入流砂层,以加固孔壁。如流砂严重,可在流砂段加钢护筒防护。钻头损坏钻进过程中,应经常检查钻头的磨损程度,及时修补,以防孔径因钻头的磨损而缩小。在使用笼式钻头施工中,钻头小三叉(如图)是较易损坏的部位,且小三叉与钻头的焊接质量要求高,损坏后修复起来比较麻烦,在实际施工中,将钻头小三叉再套一直径比小三叉旋转直径约大2CM的钢圆筒,其高度比小三叉约大2CM为宜,钢圆筒与钻头接触部牢固焊死。经过对比,套钢圆筒的钻头在钻进中进尺比不套钢圆筒的钻头快,而且钻头不易
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