“旋挖 冲击”超大直径复杂地层接力成孔施工技术.pdf
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1、2023年第11期西部探矿工程“旋挖+冲击”超大直径复杂地层接力成孔施工技术赵娟*,许谷星(江西省地质工程集团有限公司,江西 南昌 330029)摘要:福建省厦门是我国地质条件最为复杂的地区,其上部地层存在厚度不一且多层的中(微风化)残留体,基岩属于硬质岩,且基岩产状很陡。在这种复杂地层且桩径很大的钻孔灌注桩工程施工方案的选择是工程技术人员慎之又慎的事。介绍了在厦门2012JP03地块A5子地块钻孔灌注桩工程中,发挥旋挖成孔和冲击成孔各自优势,采用“旋挖+冲击”接力施工工艺,在复杂地层超大直径钻孔灌注桩工程中的施工方法,并对施工工艺中的关键点进行了详细的分析和介绍,对处理类似大直径复杂地层钻孔
2、灌注桩工程有一定的借鉴意义。关键词:旋挖+冲击;超大直径;牙轮筒钻接力成孔中图分类号:P64 文献标识码:B 文章编号:1004-5716(2023)11-0005-04在钻孔灌注桩工程中,使用大功率旋挖钻机钻进成孔具有成孔效率高、浆渣产出少、机械化程度高的优势,但同时施工成本高;冲击成孔工艺地层适应性强、成孔效率不高的特点。在具体的工程施工实践中,如何最大限度发挥旋挖成孔和冲击成孔独特优势,选择什么样的施工工艺是项目管理极其重要的,是项目成败的关键。1项目概况1.1设计要求厦门2012JP03地块A5子地块位于厦门市集美区杏林街道,诚毅大街西侧,诚毅北路南侧,诚毅中路东侧,横四路北侧。拟建项
3、目为商业办公楼,项目总用地面积为 3.4104m2,建筑总占地面积为1.67104m2,总建筑面积23104m2,其中地上建筑面积为14104m2,地下建筑面积 为9.2104m2。拟建建(构)筑物主要包括:主塔楼、主塔楼裙房、商业中心,以上各拟建物均设有地下室(地下室为-3 层,高度为-14.20m);以及纯地下室部分(为-3 层,高度为-14.20m)。项目主塔楼楼高266m,47 层。桩基础设计为钻孔灌注桩,桩直径250cm,桩数量38根,桩端嵌入中风化花岗岩不小于1.5m,桩身混凝土强度C40,单桩竖向承载力特征值为5650061000kN。底板采用筏板基础。1.2地质条件场地地层按成
4、因类型、力学性能不同可分为填土层、湖积层、冲洪积层、残积层、花岗岩各风化带。受古地理环境和内外地质应力的影响和作用,其岩性、分布及厚度变化较大。(1)上部地层有:第四季全新统填土层、第四季全新统湖积层、第四季全新统冲洪积层、第四季全新统残积层。(2)下部主要地层及特性:散体状强风化花岗岩:灰黄、灰白等色,岩石风化强烈,岩体节理发育,组织结构风化显著,部分已成粘土矿,矿物间联结力已大部分丧失,花岗岩结构清晰,岩芯呈土状,浸水易软化崩解。岩石坚硬程度属极软岩,岩体基本质量等级为类。标准贯入试验517次,标准值N=49.19击。碎裂状强风化花岗岩:场地内仅钻孔揭露。灰褐、灰黄色,岩体节理发育,中粗粒
5、花岗结构,组织结构风化显著,岩石风化较强烈,矿物成分由强烈风化的长石、石英、云母、角闪石组成,岩芯上部呈坚硬土块状混风化岩碎块,岩芯下部呈薄饼、碎块状,少量呈短柱状,表面粗糙,手折或轻击易碎,敲击声哑,部分浸水较易崩解。抗压强度平均值为17.69MPa,岩体基本质量等级为类。工程性能良好,强度由上而下逐渐增大。(3)中风化花岗岩:该层场地内所有钻孔中均有揭露。灰黄、灰白色,岩石部分风化,一般呈块、碎石状镶嵌结构,块状构造。岩芯呈短柱状为主,敲击声脆,岩石质量指标RQD=4080,岩石工程性质以较差为主。抗压强度平均值48.41MPa,标准值为47.14MPa,力学强度高,工程性能良好。岩石坚硬
6、程度属较硬岩,岩体*收稿日期:2022-10-19修回日期:2022-12-20第一作者简介:赵娟(1982-),女(汉族),江西南昌人,工程师;现从事工程技术施工与管理工作。52023年第11期西部探矿工程较完整。强度由上而下逐渐增大。(4)微风化花岗岩:灰白、浅灰、肉红色,由长石、石英、云母、角闪石组成,中粗粒花岗结构,岩石质量指标RQD90,岩石工程性质为好。该层岩石抗压强度标准值76.59MPa。力学强度高,工程性能好。2施工方案的优化与改进基岩抗压强度的大小即基岩的坚硬程度是决定钻孔灌注桩成孔钻进效率的关键因素。影响抗压强度的因素大体可分两类:其一是岩石本身的因素,如:岩石结构构造、
7、矿物成分、颗粒大小、胶结物、容重、孔隙度及含水量等等;其二是施工方法与物理环境的影响,如:基岩尺寸、形状、荷载大小、扩加载速率及周围物理环境等。现有成熟的基岩钻进施工技术有旋挖全断面滚刀或牙轮破碎基岩施工方法及全断面冲击破碎基岩施工方法。我们知道岩石破碎过程的三个阶段是:裂纹发展阶段(塑性变形);压实体形成阶段(局部破碎);岩石大体积崩切阶段(体积破碎)。从工程角度出发,缩短第一、二阶段用时尽快进入第三阶段是施工机械设备及施工方案的终极目标,就是施工方案的优化与改进目标。2.1全断面冲击钻进施工方法不足试桩采用单一冲孔机施工工艺,进尺效率较低,据施工记录:土层进尺约20cm/h,孤石及持力层中
8、风化岩进尺约3cm/h。分析原因为:桩孔口径太大,每米孔深达5m3容量,冲孔机配套的正循环泵泵量太小(3PNL泵),土层返渣效率低;基岩单轴抗压强度标准值76.59MPa,岩石坚硬程度属坚硬岩,岩体完整程度属较完整,岩体基本质量等级属类,横截面积大,约11t的平底四瓣十字锤对中风化岩层破碎效率极低。正循环工艺中,泥浆对碎岩渣的托举效率取决于泥浆比重(悬浮力)和泥浆流速,泵功率不变的情况下,孔径越大,泥浆流速越低,为提高泥浆比重而需要投入的造浆材料也越多,泥浆太浓也会抵消锤击冲力,对施工效率不利。由于整个持力层埋藏呈东高西低的状态,西边最深桩75m多,东边最浅桩仅20多米,基岩产状陡,加剧了垂直
9、度控制难度,施工过程也容易造斜。钻孔歪斜除了不符合设计和规范要求之外,还对成孔的效率产生严重影响。2.2旋挖全断面施工方法缺点目前国内生产的功率最大的旋挖钻机最大扭矩达到485kNm,尽管其成孔效率比冲击成孔方法效率高很多,但对滚刀钻头的磨损及钻机本身的消耗都很高,施工成本高。2.3施工方案的优化与改进在满足设计要求和确保施工安全的前提下提高施工效率,降低施工成本是施工工艺改进的目标。为了发挥大功率旋挖钻机成功效率高、泥浆产出量少、冲击钻进成孔地层适应性强、施工成本相对较低的特点,本工程釆用冲击+旋挖接力施工工艺。3不同桩径旋挖取芯技术的可行性分析硬质岩层中旋挖取芯技术就是利用牙轮刻槽钻头对硬
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