旋挖钻机施工工艺是一种先进的桩基施工工艺,是二战以后由意大利人发明的,后来因欧州、日本等恢复建设的全面展开而大面积使用,使其更加完善,功能更多,目前已成为世界各国铁路、公路、水利、工民建设施工中的主要桩基成孔工具。
一、旋挖钻机及工艺的基本介绍
旋挖钻机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高及功能多的特点,能适应我国大部分地区的土壤地质条件,目前旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。旋挖钻主要用来对地基基础桩基成孔,其钻头有多种形式:如回转斗、短螺旋、岩芯钻头等,根据地质条件的不同,更换不同的钻头,以达到高速、高质的成孔要求。其主要由行走装置、主机、联接架、桅杆、辅助绞盘、主绞盘、动力头、钻杆组成。
旋挖钻机的基本工作原理是:依靠动力头提供扭矩作用在钻杆和钻头上,使钻头作旋转切削土体,同时加压油缸通过动力头传递压力给钻杆和钻头,实现钻头的加压钻进。渣土进人钻头内,主卷扬提升钻杆钻头到孔外,借助钻头的特殊机构卸土。合上斗门,下放钻杆,再次把钻头放人孔内,继续钻进,重复上述过程即形成桩孔[1]。
旋挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”,特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少,还具有工作效率高、施工质量好、适应能力强和施工噪音低,尘土泥浆少,不污染环境的优势,很适合在城市高架桥建设中使用。旋挖钻进技术虽然具有诸多优势,但是,在这一先进技术的推广应用过程中也存在一些制约因素:
(1)设备价格昂贵。
(2)运行成本较高。
(3)受工程量的制约。
(4)受施工地层的制约[2]。
二、案例分析
现以某城市中某个高架桥建设为例,说明旋挖钻机在城市高架桥桩基施工中的应用。该高架桥位于市中心,沿线的人口密集、交通繁忙,所属地地形为平原地貌,地势平坦,地下水位较高,对施工要求较高。主要的要求有以下几点:
1.构造简洁、大气,并且便于养护维修,并须满足车辆运行安全、乘客乘坐舒适、城市规划、城市景观、经济、防水、防火、环保等要求。
2.应满足耐久性要求,且符合强度、刚度、稳定性、抗风、抗震、裂缝控制等要求,并满足施工工艺的要求。
3.满足建筑限界,跨越铁路、公路、河流的行车、排洪等要求,并应充分考虑结构变形、基础沉降等不利因素的影响。
4.综合考虑设备等附属设施的接口设置,预留与高架主体结构的可靠连接,保证相关设备的正常安装和使用。
三、旋挖钻机施工工艺及操作规程
本项目的旋挖钻机施工工艺流程，主要的工艺步骤详细说明如下:
1.护筒埋设。护筒埋设工作是旋挖钻孔机施工的开端,护筒平面位置与竖直度准确与否,护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水,对旋挖钻孔机成孔、成桩的质量都有很大的影响。根据地质情况埋设护筒的长度可达6.0m,在本工程中护筒长为4～6m,护筒内径1.05m,外径1.11m。埋设护筒时用水平尺检查垂直度,护筒顶一般高于原地面0.3m,以便钻头定位及保护桩孔。
2.泥浆调制。本高架桥因地基岩土中夹有细砂、粉砂粗砂层,地面水位较高的特点,泥浆的各项性能指标尤为重要。泥浆材料选用膨润土或粘土、聚丙烯酰胺以及烧碱,加入适量烧碱可提高泥浆的粘度,有关实验证明:此时泥浆粘土颗粒悬浮均匀,沉淀少,性能稳定,满足了钻孔需要。
3.钻孔施工。当钻头下降到预定深度后,旋转钻斗并施加压力,将土挤入钻斗内,关闭钻斗底部,提升钻斗将土卸于堆放地点。注意孔内地下水位情况,及时补充水,以防坍塌。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部,保证孔壁稳定性。
合理控制钻斗钻进、提升速度。旋挖钻机钻动过程中应严格控制钻进速度,钻斗升降速度保持在0.70～0.85m/s,若钻机升降钻斗时速度过快,钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁,再加上钻斗下部产生较大负压作用,造成孔壁颈缩、坍塌现象。当钻斗粉砂层或亚砂土层时,其升降速度应更加缓慢。在开始钻进或穿过软硬层交界处时,为保持钻杆竖直,宜缓慢进尺。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。
4.清孔。清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量的重要一环,通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等质量要求。正循环回转钻进技术的清孔方法为:桩孔终孔后,将钻具提高20～50m,采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆,并维持正循环30min以上。若泛出孔口的泥浆手捻基本无块渣感,实测孔深与实际钻深误差在30cm以内,此时清孔完毕。
5.钢筋笼制作安装。钢筋笼制作要求将切割好的钢筋支撑架按2～3m的间距摆放在同一水平面上对准中心线,然后将配好定长的主筋平直摆放在焊接支撑架上。将箍筋按设计要求套入主筋并保持与主筋垂直,进行点焊或绑扎。箍筋与主筋焊好或绑扎后,将绕筋按规定间距绕于其上,用绑扎丝绑扎并间隔点焊固定。钢筋笼的吊装应三点起吊,保持笼轴线重合。入孔时,钢筋笼应始终保持垂直状态,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。
6.水下混凝土浇注。水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序,施工质量将严重影响灌注桩的质量,所以在施工中必须注意以下几点:
(1)导管必须严密,长度适中,保证底端距孔底32～50cm。
(2)混凝土拌和必须均匀,坍落度控制在18～23cm。
(3)混凝土浇筑必须连续作业,严禁中断浇筑[3]。
四、结语
该高架桥桩基采用旋挖钻机施工方法,具有施工质量可靠、速度快、效率高、适应性强、保护环境的优点。通过本案例可以看到,尽管旋挖钻机投资成本高,但在合适的地质状况下,最终的经济效益综合指标还是优于普通的回转钻机。
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