旋挖钻机在黄河滩地复杂地质中的应用技术_黄河地质

来源:建站 发布时间:2019-05-15 04:10:03 点击:

  摘要:本文对武西高速桃花峪黄河大桥桩基施工中旋挖钻机的应用技术进行了一些探讨和总结,为今后在桥梁桩基工程中复杂地质条件下运用旋挖钻机施工提供借鉴。   关键词:旋挖钻机 复杂地质 施工 技术
   中图分类号:TU74文章标识码:A文章编号:
  1、工程概况
  桃花峪黄河大桥位于河南省郑州市与焦作市交界处,是河南省规划的武陟至西峡高速公路跨越黄河的一座特大桥。大桥全长7691.5米,由北向南依次分为北侧堤外引桥、跨大堤桥、北侧堤内引桥、副桥、主桥、南引桥,主桥和副桥跨越主河槽。
  北侧堤内引桥位于黄河滩地,地层主要为第四纪沉积的砂层,埋深20m~30m为稍密~中密的粉细砂,向下为厚度约15m中砂层,其中含有大量卵石,之下为密实状的细中砂和硬塑~坚硬粘性土,其中55m向下为坚硬的泥岩层;在70m到90m之间有分布不均的粘土夹杂中砂(含卵石)胶结硬层,地质情况较为复杂。
  北侧堤内引桥钻孔桩桩直径为1.8m,桩长在81.3m~104.2m之间,全桥共410根,其中桩长在90m以下260根,90m~93m范围内70根,93m以上80根。
  2、钻机选型
  根据以往黄河桥桩基施工经验和市场上钻机资源配置情况,施工初期我部选用了大功率的旋转钻机和少量的旋挖钻机进行钻孔施工。经过近2个月的施工,由于旋转钻机钻孔速度慢、周期长、扩孔率高等因素,逐步淘汰部分旋转钻机,增加了大量旋挖钻机施工。
  本工程选用不同型号的旋挖钻机,并根据设计桩长、地质情况及旋挖钻机性能进行合理配置,桩长在90m以上的采用南车400型旋挖钻机施工,桩长在90m~75m之间的采用徐工360型旋挖钻机施工,桩长在80m以下的选用徐工280型、宇通280型、中联重科260型等旋挖钻机施工。
  3、旋挖钻机施工技术
  旋挖钻成孔原理是在旋挖钻伸缩钻杆旋转驱动下,切削挖掘土层,同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内,钻头装满后提出孔外卸土,如此循环成孔。
  旋挖钻机施工流程:平整场地→测量放线→埋设钢护筒→泥浆池开挖→造浆、注浆→旋挖钻机定位→旋挖钻进→终孔→检孔→清孔→安装钢筋笼、导管→灌注水下混凝土→桩身混凝土质量检查。
  3.1施工准备
  ⑴场地平整
  钻孔桩施工场地范围内,应清除杂物、换除软土、平整压实。
  ⑵测量放样
  场地清理完毕后进行施工放样,测量组按设计图纸定出孔位,经检查无误后,埋设十字护桩,以备开挖过程中对桩位进行检验。
  ⑶钢护筒加工及埋设
  护筒埋设采用旋挖钻机钻头安装扩孔器开挖埋设法,护筒的埋深以2~4m为宜,根据本工程的实际情况确定护筒的埋置深度为3m,并高出施工地面0.3m。护筒定位好后,周边用土质好、易于压实的粘土回填并夯实。
  ⑷泥浆池开挖
  泥浆池在墩旁就地开挖,泥浆池大小、位置根据桩径、桩长和墩间距确定。根据本工程的情况确定旋挖钻机施工的墩相邻的3个墩共用1个泥浆池(墩间距50m),每个泥浆池的大小为500m3。
  ⑸泥浆拌制
  泥浆采用优质膨润土造浆,造浆配合比根据试配确定,泥浆配合比详见下表:
  膨润土造浆配合比(单位:kg)
  
  
  膨润土造浆配比中掺加剂的用量,先试配,检验配合液的各项性能指标是否符合要求。各种掺加剂宜先制成小剂量溶剂,按循环周期加入,并经常测定泥浆指标,防止掺加剂过量,搅拌好的新鲜泥浆其性能必须适合于地质条件和施工条件。从桩内循环出来的泥浆,通过调整膨润土、分散剂的掺量,使循环泥浆能再次利用。
  3.2钻孔
  ⑴钻机就位
  旋挖钻机安装稳定,钻机平台处碾压密实,承压面坚实平整。钻机就位时与平面最大倾角不超过4°。将钻机行驶到要施工的孔位,调整桅杆角度,操作卷扬机,将钻头中心与钻孔孔位中心对准,放入孔内,调整钻机垂直度参数,使钻杆垂直,同时稍微提升钻具,确保钻头环刀自由浮动孔内。
  ⑵钻进
  钻孔采用泥浆护壁成孔。将泥浆池中用搅浆机搅拌好的泥浆泵入孔内,旋挖钻均匀缓慢钻进。钻进时应注意两个方面问题:
  一是泥浆的指标问题,其比重一般应控制在1.05~1.2之间,粘度控制在17~20s,砂率控制在2%以内。
  二是补浆的速度,泥浆补充一般采用泵送方式,其速度以保证液面始终高出护筒底口以上0.5m且在地下水位以上1.5m。
  开始钻进时采用低速钻进,主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%,以保证孔位不产生偏差。钻进护筒底以下3m后可以采用加压钻进,钻进速度与压力有关,采用钻头与钻杆自重摩擦加压。钻进过程中,操作人员随时观察钻杆是否垂直,并通过深度计数器控制钻孔深度。
  对于不同的地质情况,可选用不同的钻头,目前国内的旋挖钻机的钻头有3种常用的进土结构:
  ①短螺旋钻头。短螺旋钻头主要靠螺旋叶片之间的间隙来容纳从孔底切削下来的土、砂砾等,这种钻头结构简单,地层较硬时,使用它也可达到好的效果,如果砂砾石较多或含水较多时,在提钻时很容易掉块,钻进效率低,甚至于不能成孔。
  ②单层底旋挖钻头。单层底旋挖钻头是在钻头底下方有2个对称的仅可向钻头内方向打开的合页门。当钻头钻进时,孔底切削下来的土、砂经合页门压入头内;在提钻时,在头内土砂的重力作用下,两扇门向下关闭,以阻止砂土漏回孔内。由于这种重力作用不是十分可靠,如合页门关闭不严,造成砂土漏回孔内,降低钻进效率,还会影响孔底清洁度。
  ③双层底旋挖钻头。其特点是2层底可以相对回转一个角度,以实现钻头底进土口的打开与关闭。即在顺时针旋转切削时,底部的进土口为开放状态,当钻完一个回次后,将钻头逆时针旋转一个角度,致使进土口强行关闭,从而使切削物完整地保存在头内。在复杂地层中,双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻头。
  本部在钻孔过程中根据地质情况选用合理的钻头并控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩颈的地层中,适当增加扫孔次数,防止缩颈。对硬塑层采用短螺旋钻头快转速钻进,然后用双层底旋挖钻头掏渣,以提高钻进效率;砂层和卵石地层则采用双底钻头慢转速慢钻进并适当增加泥浆相对密度和粘度;地质情况较好的粘土地层采用单底钻头快速钻进,以提高钻进效率。
  钻孔作业应分班连续进行,钻孔时掌握好进尺速度,注意地层变化,在地层变化处应捞取样渣保存,过程中随时注意观察孔内情况,及时补加泥浆保持液面高度,并经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测,不符合要求时,及时修正。
  ⑶清孔
  当钻孔深度达到设计要求时,将双层底钻留在原处,机械旋转数圈,将孔底钻渣尽量装入斗内,起钻后仍需对孔底钻渣进行清理。然后对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查,确认满足设计要求后,立即填写终孔检查证。
  5、结束语
  本工程使用旋挖钻机施工的钻孔桩一共370根,占全桥钻孔桩总量的90%,通过与本桥旋转钻机成孔情况进行比较,单根桩成孔时间缩短60%,扩孔率平均减小8%。钻孔桩成桩后进行超声波检测,全部为Ⅰ类桩。
  旋挖钻机在施工过程中显示出以下优势:操纵灵活方便自动化程度高,采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间;可自行移动,自立桅杆,整个工作机构可在履带底盘上做±360°回转,因而转移、对孔位灵活方便,辅助时间少;回转扭矩大,可根据地层情况自动调整;非常适合狭窄场地的施工;可实现多工艺钻进,能适应不同地层、不同桩基础处理方法施工的需要。
  通过各型旋挖钻机在黄河滩地复杂地质条件下的钻孔施工,体现出旋挖钻机钻孔过程中优越的性能,即节省施工用地,加快了施工进度,又在成孔质量上更胜一筹,具有较好的经济效益和社会效益。
  参考文献:
  1、交通部《公路桥涵施工技术规范》(JTD TF50-2011)
  2、张启君等.国内外旋挖钻机结构特点的探讨.筑路机械与施工机械化.2004.10
  3、武西高速桃花峪黄河大桥桩基施工技术总结.2011.10

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