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长螺旋钻孔灌注桩嵌岩成孔施工工法.doc

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螺旋 钻孔 灌注 桩嵌岩成孔 施工
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长螺旋钻孔灌注桩嵌岩成孔施工工法中铁十二局集团有限公司中铁十二局集团建筑安装工程有限公司贠宏伟 李建峰 秦涛 皇幼海 张蒙1. 前言长螺旋钻机是市区施工比较先进的桩基设备,施工的低噪音、无泥浆;成孔速度快,是传统钻机的几倍甚至十几倍;成桩质量明显高于传统工艺;广泛适用于从软土到基岩的各种地层;改造钻机的动力、钻头等钻具后,具有一定的嵌岩能力。2.工法特点2.1 施工场地平整、干硬,安全文明施工易保证;2.2 低噪音、不产生泥浆,减少了环境污染;2.3 成孔速度快,对地层无扰动;2.4 成桩质量高,由于成孔不使用泥浆护壁,不产生泥皮,有利于增加桩的摩阻力;桩嵌入岩层后大大提高桩的端承力;2.5 施工作业面在基底标高,无空桩,施工资源与材料损耗小。3.适用范围适用地层较广,在杂填、粘土、沙土及不太密实的全风化、强风化岩层中表现特别出色,能够顺利嵌入单轴抗压强度在 20MPa 以内的中风化岩层;且不受地下水位高低限制。改进的长螺旋钻机,适用于从粘土到高强度中风化岩层的各种地层。4.工艺原理长螺旋钻机成孔,利用动力头、钻杆、钻头的自重作为轴心压力作用于钻头,钻头在钻杆的带动下钻进形成桩孔;长螺旋钻机嵌岩成孔,单锥单螺旋钻头在钻杆的带动下对桩孔内的岩层进行振动、冲击和切割破碎岩层形成桩孔。对长螺旋钻机的动力、钻杆、钻头的改进是嵌岩成孔的关键技术;对钻孔嵌入岩层的判定是施工控制的重点。采用改进的长螺旋钻机,加快了成孔速度,减少了成孔偏差(尤其是嵌岩后扩孔系数几乎为零) ,提高了经济效益,在安全、环保、工期等方面均得到了保证。5.施工工艺流程及工艺要点5.1 工艺流程5.1.1 作业过程(见图 5.1.1—1)5.1.2 工艺流程图(见图 5.1.2—2)钻 机 就 位 钻 孔 至 岩 顶 嵌 岩 成 孔 提 钻 回 填图 5.1.1-1 作业过程图5.2 施工要点5.2.1 施工准备1、施工场地准备:桩基施工前,场地标高开挖至设计桩顶标高施工准备测量定位地质补勘钻机就位提 钻嵌岩成孔钻孔至岩顶孔内回填图 5.1.2-2 长螺旋钻机嵌岩成孔施工工艺流程上预留 500~600mm;场地土质达到干硬密实,满足履带式长螺旋钻机行走不下陷;场地平整度达到履带式长螺旋钻机行走不倾覆。2、施工技术准备:编制施工组织计划,确定桩基施工顺序;根据试桩施工掌握不同地层的钻孔施工工艺参数;根据地质勘察报告对照桩基平面施工图,预判定每根桩的嵌岩标高及成孔深度。3、施工机械准备:根据施工场地及工作面情况,组织一定数量的长螺旋钻机进场;每台长螺旋钻机配置一台挖掘机,两台长螺旋钻机配置一台汽车吊、一台混凝土输送泵、一台空压机。具有嵌岩能力的长螺旋钻机,须改进动力头、钻杆、钻头等钻具。5.2.2 桩位放样根据桩位平面图和建筑定位控制点,进行桩位放样。利用经纬仪、钢卷尺或全站仪确定桩位后,用直径 φ20 钢钎垂直砸入深度不小 500m 的孔并灌入白灰,形成的灰桩为桩位中心点。5.2.3 地质补勘在试桩施工时未取得工艺参数,或钻孔过程遇到特殊地层时,进行地质补勘,详细确定地质各层分布或修正不同地层钻孔的工艺参数。钻孔过程中工艺参数反应的地质情况与地质报告反应的地质情况一致或基本一致不再进行地质补勘。5.2.4 钻机就位通过调整钻机斜杆支撑角度和液压支腿,达到钻头中心与桩位中心对中、钻杆垂直。钻机就位后须进行空钻试机,检查钻机的稳定性、电器、机械设备的运转是否正常。同时测量桩位点标高并做好记录。5.2.5 钻孔至岩顶1、开钻前,在长螺旋钻杆上设置进尺标志,以便确认成孔深度,判定是否满足设计桩长。2、根据工艺参数,判定钻孔进入不同地层深度。3、入岩判定方法:1) 、依据《地质勘察报告》预判桩基入岩顶标高;2) 、根据钻进速度判定是否入岩及岩层顶标高;3) 、钻头进入岩层时会发生电流突变,在土层钻孔时电流表稳定显示为 250A,进入岩层时电流表显示在 250A~350A 之间有突变且不稳定;4) 、在进入土层与岩层交界处时,钻杆出现明显振动,钻杆受扭矩增大钻杆及钢丝绳会有明显振动现象。5) 、在土层与岩层钻进时电机发出的声音不同,在岩层钻进时电机声音变大。因电机在土层与岩层钻孔的输出功率不同,电机产生的声音不同。6) 、入岩后返到地面的土体中夹杂有石块及石渣,且土体颜色发生变化。根据地勘报告,土层颜色与强风化辉长岩不同。5.2.6 嵌岩成孔根据工艺参数判定与预判结果不一致时,取岩层顶面标高较小值,计算入岩深度;成孔至满足嵌岩深度后,检查是否满足设计最小桩长,同时满足设计最小桩长和嵌岩深度后,成孔提钻回填素土完成嵌岩成孔。5.2.7 操作要点1、在桩基成孔施工前在地质补勘位置进行试成孔,根据地质补勘报告,详细记录各种地层条件下成孔钻进速度,取得工艺参数。2、钻孔过程中采用单锥单螺旋钻头,压灌混凝土施工时采用灌注钻头。3、钻进参数根据工程实践,在给单锥单螺旋钻头施加 200~400Kpa 的轴压力,钻进时钻杆转速 10~40r/min 的情况下,长螺旋钻机成孔速度取得一些工艺参数。不同地层钻进成孔速度如下: 素填土、粘土、粉土、砂层为 1~1.5m/min;杂填土、粘性土、砾卵石层、全风化岩层为 0.5~1.0m/min;强风化岩层为 0.3~0.5 m/min;中风化岩层(≤20MPa)为 0.1~0.2 m/min。5.3 劳动力组织(见表 5.3-1) 表 5.3-1 项目 岗位 数量 职责 备注钻机司机 2 钻机操作信号指挥 2 指挥钻机移位、桩位对中机械修理工 2 维修、保养设备操作层 电工2 维护线路项目经理 1 总协调管理技术员负责 1 现场技术管理质检员 1 监督检查、验评施工质量管理层 安全员1 监督检查现场安全测量员 2 桩位放线测量、复核资料员 1 技术资料整理工长 1 管理、现场指挥施工队6、材料与设备6.1 材料本工法无需特殊说明材料。6.2 设备不同型号的长螺旋钻机动力性能不同,普通的长螺旋钻机动力性能见表 6.2-1。常用的长螺旋钻机动力性能参数 表 6.2-1 型号 钻孔直径 (mm) 钻孔深度 (m) 主机功率 (kw) 钻杆钻速(r/min) 扭矩(KN•m) 回转角度 (。 )KLB600 300~600 12/18 55 50 10 100KLB800 400~800 23.5 45X2 30 26 180CFG20/24 400~800 20/24 45x2 21 39 180SZKL600B 600 27.5 37x2 23.4 30716,17662 —GKL800 800 27.5 55x2 21.7 48380 —ZKL800BB4006008001618 37x2 0-13 30716 —根据本工程桩基设计要求满足设计桩长及桩身嵌岩(强风化辉长岩)≥8m 及工期要求,选用履带式长螺旋钻机和步履式长螺旋钻机,并对钻机钻具性能进行了改进。6.2.1 长螺旋钻机动力头改造为了能有效保证钻头对单轴饱和抗压强度标准值≤20Mpa 岩体的有效冲击、振动,对长螺旋钻机动力头进行了改进。动力头选用电机功率为 75x2kw 的双动力头,如图 6.2.1-1、6.2.1-2 所示。图 6.2.1-1 图 6.2.1-2动力头工作时两个电机通过联动轴带动减速器的高速轴旋转,将动力传给低速轴,低速轴通过法兰带动螺旋钻杆旋转。6.2.2 长螺旋钻杆螺旋钻杆叶片采用冷拉一次成型,叶片韧性好。连接法兰和钻杆采用高碳钢制作,钻杆壁厚为 14mm,钻杆连接采用卡口式法兰连接,如图 6.2.2-1 所示。图 6.2.2-1 长螺旋钻杆6.2.3 钻头单锥单螺旋钻头采用整体硬质合金加工,整个钻头构造如6.2.3-1 图所示。图 6.2.3-1 单锥单螺旋钻头1、如图 6.2.3-1 所示,钻头构造为锥形,整个钻头有 4 排回旋叶片,回转时稳定性好,既能钻土又能钻岩。2、在钻头端部有三颗牙状刃齿,在回旋叶片上均匀分布牙状刃齿,整个钻头牙状刃齿和回旋叶片刃部都采用硬质合金加工,其强度远大于岩体强度,且具有很强的耐磨性。3、在岩层钻进的过程中,在钻头轴心压力及钻杆带动下首先由端部的三颗牙刃对岩体进行振动、冲击、切割,再由螺旋叶片上的牙刃和刃部对岩体进行磨切。4、所有牙刃都用丝扣连接在螺旋叶片,便于磨损后更换。5、同时在钻头端部三颗牙刃中间留有一通风眼,在钻杆顶端连接通风管将其与空压机连通,在岩体钻进的过程中空压机提供的风压将钻头冲击磨碎的石渣吹到两侧,通过螺旋叶片返出地面,保证牙刃一直与原状岩体直接接触。同时空压机提供的风压对合金钻头具有一定的降温作用,保证钻头具有克岩的强度。6、整个硬质合金钻头由专业的五金加工厂加工,避免在施工现场采用气割合金叶片时造成槽口变性影响牙刃受力。7、质量控制7.1、成孔质量标准 表 7.1-1序号 内容 质量标准1 孔径允许偏差 +50mm2 孔深允许偏差 0,+300mm3 垂直度允许偏差 <1%4 桩位偏差 100mm7.2、在桩基成孔施工前要在地质补勘位置进行试成孔,根据地质补勘报告,详细记录各种地层条件下成孔工艺参数。在成孔施工过程中根据试成孔时各种地层条件下成孔工艺参数判定是否入岩,确保嵌岩深度达到设计要求。8、安全措施8.1 施工作业面施工作业面一般应是基坑开挖后的老土,承载力能够满足长螺旋钻机行走或停留,若遇有软土须用砖渣或碎石等处理密实;施工场地要求平整,不宜有坡度。8.2、钻机行走8.2.1、钻机行走线路要提前选定,用挖机清理行走区域钻孔过程中返上地面的渣土。8.2.2、钻机在行走过程中要有专人指挥,行走速度不宜太快,要保持平稳。8.3、操作
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