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旋挖钻与冲击反循环、回旋钻施工比较

  旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史,在中国也是在最近四五年才被慢慢地认识和应用,成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法,旋挖钻孔灌注桩技术被 誉为“绿色施工工艺” ,其特点是工作效率高、实施工程质量好、尘土泥浆污染少。

  旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史,在中国也是在最近四五年才被慢慢地认识和应用,成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法,旋挖钻孔灌注桩技术被 誉为“绿色施工工艺” ,其特点是工作效率高、实施工程质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备,能轻松实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计 量;旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换 护壁,反复循环而成孔。吊放钢筋笼、灌注砼、后压浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺。

  此方法自动化程度和钻进效率高,钻头可快速穿过各种复杂地层,在桩基施工特别是城市桩基施工中有很广阔的前景。

  1.1 可在水位较高、卵石较大等用正、反循环及长螺旋钻无法施工的地层中施工。

  1.2 自动化程度高、成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动,电脑控制,能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度,最大限度地保证钻孔质量。其工效是循环钻机的20倍,最重要的是,工程的质量和进度得到了充分的保证。目前在我国的公路、铁路、桥梁和大型的建筑物的基础桩施工中均有采用。

  1.3 伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力,而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降,快速卸土,以缩短钻孔辅助作业的时间,提高钻进效率。

  1.4 环保特点突出,施工现场干净。这是由于旋挖钻机通过钻头旋挖取土,再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内再卸土。旋挖钻机使用泥浆仅仅用来护壁,而不用于排 碴,成孔所用泥浆基本上等于孔的体积,且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用显著提升,使用旋挖钻机可以大大降低排污 费用,并提高文明施工的水平。

  1.5 履带底盘承载,接地压力小,适合于各种工况,在施工场地内行走移位方便,机机动灵活,对桩孔的定位非常准确、方便。

  1.6 旋挖钻机的地层适应能力强旋挖钻机可以适用于淤泥质土、粘土、砂土、卵石层等地层。

  1.9 自带柴油动力,缓解施工现场电力不足的矛盾,并排除了动力电缆造成的安全隐患

  旋挖钻机一般适用粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层,借钻具自重和钻机加压力,耙齿切入土层,在回转力矩的作用下钻斗同 时回转配合不同钻具,适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。根据不同的地质条件选用不同的钻杆、钻头及合理的斗齿刃角。对于 具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机,能适应微风化岩层的施工。目前,旋挖钻机的最大钻孔直径为3m,最大钻孔深度达120m,(主要集中在 40m以内),最大钻孔扭矩620kNm。

  主要是其成孔工艺与其它桩基不同,旋挖钻机的钻进工艺旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺(当然也有干土直接取土工艺,视工地现场地层条件而定),是一种无冲洗介质循环的钻进方法,但钻进时为保护孔壁稳定,孔内要注满优质泥浆(稳定液)。

  旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时,依靠钻杆和钻头自重切入土层,斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土;遇硬土 时,自重力不足以使斗齿切入土层,此时可通过加压油缸对钻杆加压,强行将斗齿切入土中,完成钻孔取土。钻斗内装满土后,由起重机提升钻杆及钻斗至地面,拉 动钻斗上的开关即打开底门,钻斗内的土依靠自重作用自动排出。钻杆向下放关好斗门,再回转到孔内进行下一斗的挖掘。

  现场设泥浆池(含回浆用沉淀池及泥浆储备池)一般为钻孔容积的1. 5~2. 0倍,要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区,沉渣采用反铲清理后放在渣土区,保证泥浆的巡回空间和存储空间。

  制务泥浆的的设备有两种,一是用泥浆搅拌机,一是有用水力搅拌器。使用粘土粉造浆时最好用水力搅拌器;使用膨润土造浆时用泥浆搅拌机。

  护壁泥浆再生处理:施工中采用重力沉降除渣法,即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使 用,泥浆经沉淀净化后,输送到储浆池中,在储浆池中进一步处理(加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能)经测试合格后重复使用。

  桩基定位后,根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩,以四个控制桩为基准埋设钢护筒,为保护孔口防止坍塌,形成孔内水头和定位导向,护筒的埋设是旋挖作业中的关键。护筒选用10mm厚钢板卷制而成,护筒内径为设计桩 径+20cm,高度2.0m,上部开设2个溢浆孔,护筒埋设时,由人工、机械配合完成,主要利用钻机旋挖斗将其静力压入土中,其顶端应高出地面20cm, 并保持水平,埋设深度1.8 m,护筒中心与桩位中心的偏差小于50mm。护筒埋设要保持垂直,倾斜率应小于1.5%。

  在桩位复核正确,护筒埋设符合标准要求,护筒、地坪标高已测定的基础上,钻机才能就位;桩机定位要准确、水平、垂直、稳固,钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护 筒中心线应保持在同一直线。旋挖钻机就位后,利用自动控制系统调整其垂直度,钻机安放定位时,要机座平整,机塔垂直,转盘(钻头)中心与护筒十字线中心对 正,注入稳定液后,进行钻孔。

  成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工全套工艺流程对钻头磨损超标的及时更换;根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度;根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长,计算出桩底标高,以便钻孔时加以控制。

  成孔中,按试桩施工确定的参数进行实施工程,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

  钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

  钻机就位时,一定要保持平整、稳固,不发生倾斜。为准确控制孔深,应备有校核后百米钢丝测绳,并观测自动深度记录仪,以便在施工中进行观测、记录。钻进过程 中常常检验核查钻杆垂度,确保孔壁垂直。钻进过程中必须控制钻头在孔内的升降速度,防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。钻进成孔过程中,根据地层、 孔深变化,合理选择钻进参数,及时调制泥浆,保证成孔质量。在进入沙层和卵石层时,应适当减慢进尺速度,提高泥浆的稠度,减小每个钻进回次的进尺量,保证 孔壁稳定。钻进施工时,利用正铲及时将钻渣清运,保证场地干净整洁,利于下一步施工。钻进达到一定的要求孔深停钻后,注意保持孔内泥浆的浆面高程,确保孔壁的稳 定。

  孔底沉淤控制。旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗 提升出土,后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓,钻至设计标高对土的扰动很小,没有聚淤漏斗,所以要加强稳定液的管理,控制 固相含量,提高粘度,防止快速沉淀,还要控制终孔前两钻斗的旋挖量。成孔深度达到设计的基本要求后,应尽快进行钻机移位、终孔验收工作;从清孔停止至混凝土开始浇灌,应控制在1.5-3h,一般不允许超出4h,否则应重新清孔。

  旋挖成孔灌注桩的施工方法具有实施工程质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强大大缩短了工期,废浆少、低噪音、污染小保护了环境,克服了机械成孔时孔底沉 淤土多,桩侧摩阻力低,泥浆管理差的缺点,极大地提高了施工质量。尽管一次投入费用较大,但成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低,是一种理想 的施工工艺,同其它工艺相比综合考虑是降低了成本。从目前看该工艺有着相当可观的经济效益和社会效益。

  回转钻成孔灌注桩,又称正反循环成孔灌注桩,是用一般地质钻机在泥浆护壁条件下,慢速钻进,通过泥浆排渣成孔,灌注混凝土成桩,为国内最为常用和应用范围 较广的成桩方法。其特点是:可利用地质部门常规地质钻机,可用于各种地质条件,各种大小孔径(300mm~200mm)和深度(40m~100m),护壁 效果好,成孔质量放心可靠;施工无噪音,无震动,无挤压;机具设备简单,操作方便,费用较低,但成孔速度慢,效率低,用水量用水量大,泥浆排放量大,污染环 境,扩孔率较难控制。适用于高层建筑中、地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。

  随着高层建筑、公路、铁路、桥涵工程的发展对基础工程的施工要求也慢慢变得高,考虑建筑的载荷和工程地质状况、目前较大一部分工程桩基的施工要穿过第四系土 层、卵石层等复杂地层,并将桩基础的持力层设计在基体岩石上,提高单桩承载力,同时也给桩基础施工提出了更高的要求,在回转钻机实施工程的成本高,又不足以满足卵 砾石、漂石、块石、基岩、施工难度大,易坍孔的情况下,20世纪90年代中期桩机制造厂为适应市场要求,研制开发了冲击反循环钻机满足桩基工程项目施工要求。

  中国岩石力学与工程学会团体标准《覆盖层绳索取心钻探作业规程》(初稿)等3项技术标准通过专家评审

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