CN110344400B - 旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺 - Google Patents

旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺 Download PDF

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    • E02D5/36Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making without use of mouldpipes or other moulds

Abstract

一种旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,依据岩石破碎学原理,在坚硬岩石桩头上设计合适的数个点位,利用改装的长螺旋风动潜孔锤钻机进行超前小孔钻进,达到设计深度,进行应力释放,然后采用大功率旋挖钻机进行一次性钻进,即可达到设计深度同时也达到设计孔径。之后人工清理孔底,保证“0成渣”,下入钢筋笼,灌注混凝土成桩。本发明与风枪打眼,灌入膨胀水泥,封孔,静等涨裂,再用“破碎炮”破碎,挖掘机挖走方法相比,更高效,更经济。不仅用于坚硬岩桩施工,也可用于电梯井、集水坑的硬岩挖除施工,适用范围更广。有效解决了现有技术一次成孔存在的施工效率低,设备容易损坏,施工成本高的问题。经济效益、环保效益和社会效益显著。

Description

旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺
技术领域
本发明涉及一种新型成孔成桩方法,具体是一种旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,可用于包括抗压桩、抗拔抗浮桩,以及护坡桩的施工;也可用于电梯井、集水坑的硬岩挖除施工。属于建筑地基基础施工领域。
背景技术
目前国内外为实施坚硬岩石成孔成桩常用的方法包括:冲击钻机成孔、人工水磨钻成孔、风动潜孔锤钻进法、旋挖钻机筒钻钻进法、全套管全回转方法,等等。现有的这些方法中,冲击钻小吨位的比如2~4吨,在坚硬岩中钻进几乎无法实施,大吨位比如10吨或以上,在坚硬岩中效率也很低,以2m直径20m深的桩完成1根可能要10天以上,而且需要泥浆冷却排渣。人工水磨钻能克服坚硬岩,如果地下水丰富,则无法实施,如果没有地下水,其效率也很低,同样以2m直径20m深的桩完成1根也在10天以上,如果遇到坚硬层中夹溶洞情况则也将无法实施;同时还有有限空间安全问题,需要额外审批。风动潜孔锤钻进法无论大直径钻头或捆绑式潜孔锤钎头效率较高,但粉尘控制是难题,而且作业时细砾石漫天飞,就像下“石子雨”,环境恶劣,在市区内几乎不能用,噪音、振动也是公害,打孔时需要几台空压机同时工作,占地面积大自不待言,仅是柴油消耗一天就需几万元,成本较高。旋挖筒钻钻进法,如果钻机型号选择不当,或筒钻子弹头合金选择不当,不仅不能有效钻进,甚至会将筒钻合金烧在孔底,拔钻都困难,不少情况下出现合金“子弹头烧流”情况,一个回次就是一万多元的成本;更有甚者,在某项目上,直径2.1m,桩长仅5m,采用中车360型大功率旋挖钻机,拟采用“四级成孔法”:首先用直径0.8m钻头成孔,之后采用1.5m直径钻头扩孔,再之后采用1.8m钻头扩孔,最后采用2.1m直径钻头扩成孔,之后下钢筋笼灌注混凝土成桩,但仅0.8m直径钻头用时24小时才钻进不到1m的深度,更不用说扩孔了,钻机班组直呼“干不了,受不了”,全套管全回转方法目前还处于“阳春白雪”的境况,一般工程是用不起的,也无法普及,价格高昂而且效率也并不高,是其不能普及的重要原因,同样以2m直径20m深的桩完成1根也在2天以上,其单价也是普通旋挖钻机的数倍。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题,本发明提供一种旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺。
本发明的技术方案是:一种旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)首先利用改装的长螺旋风动潜孔锤钻机,在坚硬岩石桩头上钻出多个基本均匀分布的小孔,小孔的深度为桩孔的设计深度;
(2)然后采用大功率旋挖钻机进行一次性钻进,钻出即可达到设计深度同时也达到设计孔径的桩孔;
(3)清理桩孔孔底后下入钢筋笼;
(4)灌注混凝土成桩。
根据设计桩直径大小,分别设置数量不同的小孔,相邻小孔的中心距≥小孔孔径的2倍,但≤3倍的小孔直径,小孔边缘距桩孔边缘≥10cm。
桩孔成孔后,由人工清理孔底,用高压水冲洗孔底,或用钢丝刷刷孔底;之后进行孔底验收,确认桩全断面进入完整岩石,方可终孔。
在进行孔底验收时,如遇到非全断面进入坚硬岩的情况,需进行二次或多次超前勘察,继续钻进,直至桩全断面进入完整坚硬岩为止。
如果桩孔或小孔内发现溶洞,需要进行往下勘察钻进,重新勘察,具体勘察方法是:在小孔内插入钢管,并在周围填土埋实,勘察钻具从该钢管内下入,深度不小于5m,直至孔底下5m深度范围内全是完整岩石为止;然后对溶洞进行填充处理,处理方法是采用低标号混凝土灌入,待凝固后,旋挖钻机二次透孔;之后再次抽水后清孔,直到孔底全断面为完整岩石,方可再次经过孔底验收。
所述的步骤(1)中,小孔钻孔采取挨个钻孔或“跳打”的方式钻孔,“跳打”为每钻一个孔后,在间隔一个孔或多个孔的位置再钻第二个孔。
为安全起见,所述的小孔采用小风压钻进,孔口喷水抑制扬尘,待钻进达到一定深度后,逐渐提高风压;到下部更坚硬地层就采用高风压,以取得高的钻进效率。
所述的步骤(4)中,在灌注首批混凝土之前用水洗润导管和漏斗,然后再放入混凝土,确认初灌量备足后,即可灌入首批混凝土;首批混凝土量必须满足导管埋深不能小于0.8m,所以漏斗和储料斗及漏斗和输送泵的混凝土储存数量要充足;首批混凝土若埋深不足,混凝土下灌后不能埋没导管底口,会导致泥水从导管底口进入,如果出现这种导管入水现象应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机或抓斗机清出,然后重新下导管灌注;
首批混凝土灌注正常后,必须连续进行,不得中断;否则先灌入的混凝土达到初凝,将阻止后灌入的混凝土从导管中流出,造成断桩;同时在灌注过程中,应经常用测锤探测混凝土面的上升高度,并适时提升、逐级拆卸导管,保持导管的合理埋深在2到6m;如果导管埋入混凝土过深,易使导管与混凝土间摩擦阻力过大,致使导管无法拔出造成事故;而提管过程中要缓缓上提,如过猛易使导管被拉断;使用附着式震捣器,使导管周围的混凝土不致过早的初凝。同时应注意灌注速度。
为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌0.5m高度的保护桩,待桩顶混凝土强度达到设计强度70%时,将该保护桩凿除(由于桩顶一段极可能是浮浆,所以要多灌0.5m高度的保护桩,然后凿掉,确保凿后桩顶是达到要求的混凝土);在灌注将近结束时,如出现混凝土顶升困难,就在孔内加水稀释泥浆,将部分沉淀土掏出,使灌注工作顺利进行;在拔出最后一段导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
本发明依据岩石破碎学原理,在坚硬岩石桩头上设计合适的数个点位,利用改装的长螺旋风动潜孔锤钻机进行超前小孔钻进,达到设计深度,进行应力释放,然后采用大功率旋挖钻机进行一次性钻进,即可达到设计深度同时也达到设计孔径。之后人工清理孔底,保证“0成渣”,下入钢筋笼,灌注混凝土成桩。
改装的长螺旋风动潜孔锤钻机的最大优点是其钻杆外径与钎头外径匹配,保证风压风量一定情况下,孔内岩渣可以全部顺利吹出,孔内干净,且不易埋钻。保证顺利施工且安全高效。而现有的设备就不一定了,因其钻杆外径偏小,环状间隙大,致使岩渣排出不畅,时间稍长就易埋钻,不能保证顺利安全高效施工。
改装的长螺旋风动潜孔锤钻机只需一台压力2.17MPa耗气量30m3/min空压机带动就可工作,孔内注水情况下风尘就可控制,虽然也会有像下“石子雨”情况,但其量跟前述大孔径潜孔锤不是一个数量级的,还是可以接受的,其也有噪音振动公害,但基本在可以接受范围内。为安全起见,开孔采用小风压钻进,孔口喷水抑制扬尘,待钻进达到一定深度后,才逐渐提高风压,既照顾了安全施工,使得开孔时粉尘量不大,“石子雨”不致伤人,戴安全帽就可在孔边站着而不会受伤。到下部更坚硬地层就可采用高风压,以取得高的钻进效率。
钻杆外径与钎头的匹配十分重要,同样采用直径219mm的钎头,改装的长螺旋风动潜孔锤钻机采用外径159mm的钻杆,施工十分顺利,从未发生过埋钻现象。相反采用现成的SL400风动潜孔锤水井钻机,其钻杆外径为89mm,多次发生埋钻情况,甚至将钻具埋进地下不能自拔,在施工一段时间后,不得不停止施工。
本发明与风枪打眼,灌入膨胀水泥,封孔,静等涨裂,再用“破碎炮”破碎,挖掘机挖走方法相比,更高效,更经济。不仅用于坚硬岩桩施工,也可用于电梯井、集水坑的硬岩挖除施工,适用范围更广。有效解决了现有技术一次成孔存在的施工效率低,设备容易损坏,施工成本高的问题。经济效益、环保效益和社会效益显著。
附图说明
图1是本发明旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺流程图;
图2是不同类型桩头上布置风动潜孔锤小孔的分布示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的工艺流程进行详细说明。
参见图1,本发明的工艺流程为:
1、测量放线定桩位:首先在平整场地上测量放线定桩位,两端用测量仪器做好定位桩,防止桩位出现偏差时随时复核;定桩位通常是用钢钎或打孔器在地上打一深孔,灌入白石灰粉,在桩位处插上钢筋棍等明显标志。必要时,将该控制线投射到基坑墙壁上,随时复核用。所述的“桩位”包括桩孔的桩位和每一个桩孔(桩头)内的多个小孔的定位。
2、将改装的长螺旋风动潜孔锤钻机就位钻孔:利用双线锤法分别从两侧对钻机调平,保证钻机水平,同时保证钻具的垂直度偏差在0.5%范围之内。检查钻头与岩芯管的尺寸,确保良好匹配。启动空压机开始钻孔,可采取挨个钻孔或“跳打”(可以跳一个孔或多个孔)。为安全起见,开孔采用小风压(压力值0.5~1.0MPa)钻进,孔口喷水抑制扬尘,待钻进达到一定深度(占总深度的比例1/5~1/4)后,才逐渐提高风压至1.0~2.MPa,既照顾了安全施工,使得开孔时粉尘量不大,“石子雨”不致伤人,到下部更坚硬地层就可采用高风压(1.5~2.0MPa),以取得高的钻进效率。桩头上的小孔数量可根据桩径大小布置,如图2所示,ZH1型布置7眼,ZH5型布置17眼,ZH6型布置19眼,ZH7型布置33眼。小孔的直径、数目和分布方式遵循小孔中心距不小于2倍小孔直径,但不大于3倍小孔直径的原则而定。
改装的长螺旋风动潜孔锤钻机(公开号为103046568A长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土帷幕桩施工工艺的专利申请)的最大优点是其钻杆外径与钎头外径匹配,保证风压风量一定情况下,孔内岩渣可以全部顺利吹出,孔内干净,且不易埋钻。保证顺利施工且安全高效。而现有的设备就不一定了,因其钻杆外径偏小,环状间隙大,致使岩渣排出不畅,时间稍长就易埋钻,不能保证顺利安全高效施工。该改装长螺旋风动潜孔锤钻机只需一台压力2.17MPa耗气量30m3/min空压机带动就可工作,孔内注水情况下风尘就可控制,虽然也会有像下“石子雨”情况,但其量跟前述大孔径潜孔锤不是一个数量级的,还是可以接受的,其也有噪音振动公害,但基本在可以接受范围内。
钻杆外径与钎头的匹配十分重要,同样采用直径219mm的钎头,改装的长螺旋风动潜孔锤钻机采用外径159mm的钻杆,施工十分顺利,从未发生过埋钻现象。而采用现成的SL400风动潜孔锤水井钻机,其钻杆外径为89mm,多次发生埋钻情况,甚至将钻具埋进地下不能自拔,在施工一段时间后,不得不停止施工。
3、采用大功率旋挖钻机进行一次性钻进,钻出即可达到设计深度同时也达到设计孔径的桩孔。
4、钢筋笼制作(常规技术):桩身钢筋笼竖向钢筋的接头采用机械连接或焊接。焊接长度单边10d(d为钢筋直径),双边长度5d。焊接接头位置须相互错开,接头率<50%,错开距离>35d且不应小于500mm。分段制作的钢筋笼,搬运时应采取适当措施,防止扭转、弯曲。
5、人工清底,为了充分发挥岩石的端承,在旋挖钻机成孔后,如果是完整的岩石,则可以将孔内水抽干,人工用辘轳皮桶铁锹等将孔底钻渣清除干净,常采用高压水冲洗方法,或加用钢丝刷刷出孔底岩石面,方可通过验收。如果发现孔底不是全断面完整岩石,则需要埋管填土,重新勘察,勘察钻具从埋的管内下入,深度不小于5m,直至孔底下5m深度范围内全是完整岩石为止。之后再次清孔,直到孔底全断面为完整岩石,方可再次通过验收。如果孔侧发现溶洞,则同样需要埋管填土,重新勘察,勘察钻具从埋的管内下入,深度不小于5m,直至孔底下5m深度范围内全是完整岩石为止。溶洞处理是采用低标号混凝土灌入,待凝固后,旋挖钻机二次透孔。之后人工再次抽水后清孔,直到孔底全断面为完整岩石,方可再次通过验收。
6、混凝土的配制,搅拌站须对进站的水泥、沙石子及外掺剂进行复试,合格后方可使用。为满足和易性需要及工业废料利用,适量掺入粉煤灰,粉煤灰掺量可用10~15%(质量比),同时还有低标号水泥作用。
7、钢筋笼吊入灌注混凝土,用起重设备将钢筋笼吊起,下钢筋笼时,要对准孔位,吊直扶稳,缓缓下沉,避免碰撞孔壁。钢筋笼下放到设计位置后,应立即固定。在灌首批混凝土之前用水洗润导管和漏斗,然后再放入混凝土,确认初灌量备足后,即可灌入首批混凝土。
首批混凝土量必须满足导管埋深不能小于0.8m,所以漏斗和储料斗及漏斗和输送泵的混凝土储存数量要充足。首批混凝土若埋深不足,混凝土下灌后不能埋没导管底口,会导致泥水从导管底口进入。如果出现这种导管入水现象应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机或抓斗机清出,然后重新下导管灌注。
首批混凝土灌注正常后,必须连续进行,不得中断。否则先灌入的混凝土达到初凝,将阻止后灌入的混凝土从导管中流出,造成断桩。同时在灌注过程中,应经常用测锤探测混凝土面的上升高度,并适时提升、逐级拆卸导管,保持导管的合理埋深。要注意正确控制导管埋深,如果导管埋入混凝土过深,易使导管与混凝土间摩擦阻力过大,致使导管无法拔出造成事故。而提管过程中要缓缓上提,如过猛易使导管被拉断。所以埋管深度一般应控制在2到6m,或使用附着式震捣器,使导管周围的混凝土不致过早的初凝。同时应注意灌注速度。
为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌0.5m高度,待桩顶混凝土强度达到设计强度70%时,将其凿除。在灌注将近结束时,如出现混凝土顶升困难,可在孔内加水稀释泥浆,将部分沉淀土掏出,使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
工程实施案例
1、工程概况
拟建北京长安中心场地位于北京市石景山区银河大街西侧,鲁谷路北侧。
根据设计公司提供的桩基础设计图纸,本工程桩直径最小1000mm,最大2100mm,如下表1所示。
2、设计说明
2.1本工程建筑桩基设计等级为一级;
2.2 本工程桩端以中风化玄武岩8层及中风化白云岩10层作持力层,对于平整、完整的基岩,桩端全截面进入持力层的深度不小于0.5m。
2.3 对于倾斜的完整和较完整基岩,桩端应全截面嵌入基岩,最小嵌岩深度为0.4d(d为桩直径)。
2.4 桩身材料:
(1)混凝土:混凝土应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,铝酸三钙含量不大于5%,混凝土的水胶比小于0.50,最大氯离子含量≤0.15%,最大碱含量≤3.0kg/m,水下灌注混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过试验确定;坍落度宜为180~220mm。
(2)钢筋: HRB400级。
(3)骨料:粗骨料应选用级配连续的碎石或卵石,不得使用石灰石碎石,最大粒径不大于40mm,且不得大于钢筋间最小净距的1/3;细骨料应选用洁净天然、级配合理、质地坚硬的中、粗砂,不得使用未经淡化的海砂。
2.5 桩身混凝土保护层厚度50mm。孔底沉渣厚度为0。
2.6 桩嵌入承台的长度为100mm。柱、墙纵向主筋应锚入承台35d。
2.7 桩身内预留超声波检测用钢管,采用内径60mm钢管。
2.8桩基检测要求:
(1)人工清理孔底后,应进行桩端持力层检验,检验孔底下4倍桩身直径并不小于6m深度的范围内有无土洞、溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质条件。桩端持力层岩石单轴饱和抗压强度不应小于45MPa,桩端全断面进入岩层深度应达到设计要求,并确定桩长。
(2)单桩单柱和核心筒下角桩必须全部采用钻芯法检测桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性;核心筒下其余基桩,随机抽取3根采用钻芯法检测。
(3)桩身完整性检测应采取声波透射法检验。单柱单桩和核心筒下角桩必须全部采用声波透射法进行桩身完整性检测;核心筒下其余基桩,随机抽取30%采用声波透射法进行桩身完整性检测。
(4)单桩竖向承载力应根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验;
(5)基桩检测应符合《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)。
3、工程地质水文地质条件
3.1各地层详细描述如下:
人工填土层(Q4ml
杂填土①层:杂色,松散~稍密,稍湿,含砖块、灰渣等,以粘性土充填,局部为原有建筑房渣土,钻探揭露厚度0.6~6.8m。
粉质粘土素填土①1层:黄褐色,稍湿,稍密,主要为粉质粘土,局部为粘质粉土,含少量灰渣。
碎石素填土①2层:杂色,稍湿,稍密,回填碎石,以粘性土充填,本次勘察仅1#钻孔2.8~4.0m揭露该层。
细砂素填土①3层:褐灰色,稍湿,稍密,以细砂为主,含少量灰渣,仅13#钻孔4.0~5.5m揭露该层。
坡洪积层(Q4dl+pl
粉质粘土②层:褐黄~黄褐色,湿~很湿,可塑~硬塑,含氧化铁,局部夹粘质粉土薄层,含少量碎石,钻探揭露厚度0.5~8.2m。
粘质粉土②1层:褐黄色,密实,稍湿,含氧化铁、云母及少量碎石等。
残坡积层(Q4el+dl)
粉质粘土③层:褐黄~棕红色,湿~很湿,可塑~硬塑,含氧化铁等,由砂岩、泥岩风化形成,含少量碎石,钻探揭露厚度2.0~21.6m。
粘土③1层:褐黄~棕红色,湿~很湿,可塑~硬塑,含氧化铁等,由砂岩、泥岩风化形成,含少量碎石。
碎石③2层:杂色,密实,稍湿,成棱角状,一般粒径2~4cm,最大粒径6cm,以约40%粘性土充填。
块石③3层:杂色,密实,稍湿,棱角形为主,粒径超过50m,以少量粘性土充填。
破碎带
破碎带④层:杂色,稍湿~饱和,由岩层挤压形成,破碎带内土层分布无明显规律,含粘性土、碎石、块石、中等风化、强风化及全风化基岩等,局部有空洞,28#、B4#钻孔破碎带有煤泥存在,本次钻探揭露厚度3.8~23.0m。
侏罗系窑盆组(J1y
强风化泥质粉砂岩⑤1层,灰色,组织结构已大部分破坏,矿物成分已显著变化,岩质较硬,呈碎石状、碎块状,钻探最大揭露厚度为18.4m。
全风化泥质粉砂岩⑤2层,灰黄色,结构已基本破坏,岩石已风化成密实土状,干钻可钻进。
煤岩⑥层:黑色,劣质煤,漏浆严重,螺旋钻钻进进尺较快,本次勘察最大揭露厚度为16.6m。
中等风化板岩⑦层:灰色、灰黑色,粉~细粒结构,片状构造,节理裂隙较发育,岩芯呈短柱状,本次勘察最大揭露厚度为10.3m。
强风化板岩⑦1层,灰色,组织结构已大部分破坏,岩体被节理、裂隙分割成碎块状,干钻不易钻进。
侏罗系南大岭组(J1n
中等风化玄武岩⑧层:灰色,隐晶质结构,杏仁状构造,节理裂隙较发育,岩芯呈短柱状,本次勘察最大揭露厚度为25.3m。
强风化玄武岩⑧1层,灰色,隐晶质结构,杏仁状构造,节理裂隙很发育,岩芯破碎。
全风化玄武岩⑧2层,灰色~灰白色,结构已基本破坏,岩石已风化成坚硬土状,局部以风化碎石为主。
石炭二叠系(C-P)
中等风化砂岩⑨层,灰白~灰黄色,中风化,主要为粉砂岩、细砂岩和岩屑砂岩,砂状结构,层理构造,胶结物主要为泥质及钙质物质,节理、裂隙较发育,岩芯完整,本次勘察最大揭露厚度为15.0m。
强风化砂岩⑨1层,灰白色,主要为粉砂岩和岩屑砂岩,砂状结构,层理构造,胶结物主要为泥质及胶体物质,节理、裂隙很发育,岩芯较破碎。
全风化砂岩⑨2层,灰色~灰白色,结构已基本破坏,岩石已风化成坚硬土状,局部以风化碎石为主。
蓟县系雾迷山组(JXW
中等风化白云岩⑩层,灰色~灰绿色,显晶质结构,块状构造,节理裂隙较发育,岩芯呈短柱状。局部为燧石条带白云岩及硅脂白云岩,局部有空洞,本次勘察最大揭露厚度为21.0m。
强风化白云岩⑩1层,灰色,块状结构,节理裂隙很发育,岩芯破碎。
3.2水文地质条件
地下水位观测情况一览表
地下水类型为基岩裂隙水,分布于基岩强风化区,受气候影响较大,一般为暂时性水,主要补给来源及为大气降水和地下径流,主要排泄方式为蒸发及侧向径流,一般水量不大,但随季节变化较大,由于场地南部地势及基岩面相对较低,易形成汇水区。
施工期间场地局部排污水管外溢,受其影响,场地基槽开挖过程中局部可能存在上层滞水。
拟建场地历年最高地下水位绝对标高60.0m左右,近3~5年最高地下水位绝对标高约47.0m。
该场地内基岩裂隙水对混凝土结构具有微腐蚀性;对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下具有微腐蚀性,在干湿交替条件下具有弱腐蚀性。
拟建场地分布的第1层、第2层地下水水质对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。
本工程基底设计绝对标高为46.70m,根据本工程设计条件、地层分布特征及区域水文地质资料,综合考虑拟建物特点、基础形式、地层分布特征等因素,建议拟建物抗浮设防水位按绝对标高60.0m考虑,建筑防水设防水位按设计室外地坪考虑。
4、成孔工艺的选择
针对A、B楼的破碎带和白云岩地层,使用常规的机械成孔方式,诸如冲击钻、北京常规旋挖钻机、反循环钻机等等均无效。
首先采取人工挖孔,对于挖孔过程中遇到的各种地层情况采取不同的措施。给工人配备相关的工具进行施工,如风镐、风动凿岩机(风钻)、膨胀水泥等。以下是几种人工挖孔破岩的工艺对比:
(a)人工挖孔作业,辅助风镐的工艺。该法作业适用于常规作业,针对本工程的破碎带以及白云岩,成孔效率极低,此工艺不能采用;
(b)人工风钻打眼灌膨胀水泥,风镐剔凿的工艺。该工艺在没有自由面的情况下,无法形成有效的岩石裂缝。另外,在有水的环境下,膨胀水泥的功能失效;此工法不被采用。
(c)人工使用水磨钻,沿孔护壁周圈钻芯,辅助风镐剔凿的工艺。此工艺所需成本大,钻芯消耗的合金钻头数量多。经试验结果反馈,例如一个ZH2型桩,钻机沿孔壁内边线钻孔,钻孔直径为16cm,钻孔深度约为50cm,每个桩需要钻孔24个。钻机取出岩芯后,中间岩石与周边岩壁形成了临空面。影响到钻孔施工是,该硬质合金钻头最多只能钻7个孔。钻完1米的的消耗钻头个数约7个。另外,该工艺有个局限性是,该钻头只能在全断面硬质岩层中发挥作用。
(d)结合长螺旋潜孔锤钻机,再加上前3种工艺相结合。根据在基坑北侧试验高压旋喷桩的施工经验,长螺旋潜孔锤钻机进行了试钻孔,成孔效率满足。
根据桩型,在截面上布置潜孔锤的钻孔,形成自由面,在辅助风钻、风镐、小型潜孔锤等其他措施,进行静力爆破和凿岩。
若遇到软硬交界时,有卡钻和毁坏钻头的情况发生。所以,该工艺也不能完全的适用。
加之人工挖孔的局限性,丰富地下水情况下,人工挖孔十分艰难,孔深达到近30m时,又有溶洞及流泥,更有甚者,有限空间作业安全保障是一个十分严峻的问题。
为此,决定采用大功率中车360型旋挖钻机,从外地引进成熟的经验,机械含班组人员,工艺等。
成桩顺序:核心筒内的非角桩,裙房的单桩,核心筒的角桩。
5、施工过程概述
采用人工挖孔方式不能有效完成桩施工任务时,立即改为大功率旋挖钻机施工,从外地引进中车360型旋挖钻机并其成套的班组人员,由于在该地层施工没有经验,经常出现合金截齿烧流的情况,正如钻机操作手所言,一个回次,下去上来一万块就没了。不得已,需要经常现场更换,重新焊接,但寿命还是短。后经多方咨询,决定购买贵的德国宝峨公司的截齿,实践证明这个截齿可以满足该地层的需要。施工过程中也经常遇到反复重新变更孔深的情况。最能体现反复变更孔深的情况的就是1号桩,桩型ZH6,桩径1900mm,桩顶布置19个直径219mm的潜孔锤小孔,依据原勘察报告,岩层顶标高39.67m,施工面标高47.7m,设计桩顶标高46.7m,空钻1.0m,成孔深度8.53m,有效桩长7.53m。而当人工和旋挖钻机接力挖至孔深至8.53m时,人工清理至0沉渣,并用高压水冲洗干净,验孔时发现局部为破碎带断层泥,在西侧,约占1/5底面积,判断为没有全断面进入完整岩石,于是埋管填土,重新勘察,勘察孔在目前孔底再往下5m,勘察后发现进入完整岩石。于是,旋挖将孔内土全部挖出,开始继续钻进5m,钻至深度达13.53m,二次人工清理孔底泥水,并高压水冲洗孔底干净,二次验孔,发现还是在西侧边缘有破碎带断层泥,面积占孔底面积的1/8左右。于是再次埋管,填土,重新勘察,再下钻不小于5m。旋挖钻机重新将孔内土全部挖出,继续下钻不少于5m,钻至孔深达20.2m,有效桩长19.2m。再次人工清理孔内泥水,高压水冲洗孔底,再次验孔,终于全断面进入了完整岩石。可以进行下部工序,吊放钢筋笼,灌注混凝土成桩。于是就由开始设计的7.53m桩变成了19.2m的桩。
最能说明桩头事先打小孔的必要性的是49号桩孔。依据原勘察报告设计桩长是0m,后改为桩型ZH7,直径2100mm,开孔48.18m,桩顶标高46.7m,空钻长度1.48m,桩底标高41.7m,有效桩长5m。根据钻机机长的要求,不要在桩头上打小孔,采用四级扩孔钻法应该可以完成,首次用800mm直径钻到5m深,换钻头采用直径1500mm扩至5m深,然后再采用1800mm钻头扩孔至5m,最后换直径2100mm钻头扩至5m深,清孔后完成。但让人不可思议的是,第一天上午约10:00移至该49号孔位,开始用800mm钻头钻进,直至第二天上午11:00还在钻进,但只进尺不到1m深,现场监理都哈哈大笑,跟操作手说:“你们这是在干嘛呢,一天了,打这么点儿,打不动就别打了,换一个孔打吧。”这时操作手才移开钻机去打另外一个孔。不得已,又将风动潜孔锤钻机和空压机等设备调回来,重新在桩头上布小孔,打完小孔后,移开风动潜孔锤钻机后,将360旋挖钻机移回来,开始钻进,从早上9:00开始,到下午7:00左右就完成了这个5m深的钻孔,人工清理后验孔,符合要求,下钢筋笼灌注混凝土成桩。完成了这根5m深的又一个有故事的钢筋混凝土灌注桩。同样的故事发生在相邻的46#桩,依据原勘察报告设计桩长是0m,后改为桩型ZH4,直径1300mm,开孔标高47.38m,桩顶标高46.70m,空钻长度0.68m,桩底标高41.68m,有效桩长5.02m。这个工程难度很大,但故事更多。
采用这种笨办法,一根一根的完成了A楼的46根桩和B楼的52根桩,合计完成98根岩石桩。甚而,在基础内挖电梯井和集水坑时建设方也要求我司采用先打小孔后用大功率旋挖钻机方法挖坚硬岩石,而替代当时摸索出来的较先进的在现场破岩广泛采用的,用风枪打眼,浇入膨胀水泥,然后封口,静停24小时,等待涨裂,然后采用大功率“破碎炮”破碎,挖掘机挖走的方式。更高效,更经济。

Claims (7)

1.一种旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:包括以下步骤:
(1)首先利用改装的长螺旋风动潜孔锤钻机,在坚硬岩石桩头上钻出多个基本均匀分布的小孔,小孔的深度为桩孔的设计深度;
(2)然后采用大功率旋挖钻机进行一次性钻进,钻出即可达到设计深度同时也达到设计孔径的桩孔;
(3)清理桩孔孔底后下入钢筋笼;
(4)灌注混凝土成桩;
根据设计桩直径大小,分别设置数量不同的小孔,相邻小孔的中心距≥小孔孔径的2倍,但≤3倍的小孔直径,小孔边缘距桩孔边缘≥10cm;
所述的步骤(1)中,小孔钻孔采取挨个钻孔或“跳打”的方式钻孔,“跳打”为每钻一个孔后,在间隔一个孔或多个孔的位置再钻第二个孔;
为安全起见,所述的小孔采用小风压钻进,孔口喷水抑制扬尘,待钻进达到一定深度后,逐渐提高风压;到下部更坚硬地层就采用高风压,以取得高的钻进效率。
2.根据权利要求1所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:桩孔成孔后,由人工清理孔底,用高压水冲洗孔底,或用钢丝刷刷孔底;之后进行孔底验收,确认桩全断面进入完整岩石,方可终孔。
3.根据权利要求2所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:在进行孔底验收时,如遇到非全断面进入坚硬岩的情况,需进行二次或多次超前勘察,继续钻进,直至桩全断面进入完整坚硬岩为止。
4.根据权利要求1所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:如果桩孔或小孔内发现溶洞,需要进行往下勘察钻进,重新勘察,具体勘察方法是:在小孔内插入钢管,并在周围填土埋实,勘察钻具从该钢管内下入,深度不小于5m,直至孔底下5m深度范围内全是完整岩石为止;然后对溶洞进行填充处理,处理方法是采用低标号混凝土灌入,待凝固后,旋挖钻机二次透孔;之后再次抽水后清孔,直到孔底全断面为完整岩石,方可再次经过孔底验收。
5.根据权利要求1所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:所述的步骤(4)中,在灌注首批混凝土之前用水洗润导管和漏斗,然后再放入混凝土,确认初灌量备足后,即可灌入首批混凝土;首批混凝土量必须满足导管埋深不能小于0.8m,所以漏斗和储料斗及漏斗和输送泵的混凝土储存数量要充足;首批混凝土若埋深不足,混凝土下灌后不能埋没导管底口,会导致泥水从导管底口进入,如果出现这种导管入水现象应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机或抓斗机清出,然后重新下导管灌注。
6.根据权利要求5所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:首批混凝土灌注正常后,必须连续进行,不得中断;否则先灌入的混凝土达到初凝,将阻止后灌入的混凝土从导管中流出,造成断桩;同时在灌注过程中,应经常用测锤探测混凝土面的上升高度,并适时提升、逐级拆卸导管,保持导管的合理埋深在2到6m;如果导管埋入混凝土过深,易使导管与混凝土间摩擦阻力过大,致使导管无法拔出造成事故;而提管过程中要缓缓上提,如过猛易使导管被拉断;使用附着式震捣器,使导管周围的混凝土不致过早的初凝,同时应注意灌注速度。
7.根据权利要求5所述的旋挖钻机遇坚硬岩成孔成桩施工工艺,其特征在于:为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌0.5m高度的保护桩,待桩顶混凝土强度达到设计强度70%时,将该保护桩凿除;在灌注将近结束时,如出现混凝土顶升困难,就在孔内加水稀释泥浆,将部分沉淀土掏出,使灌注工作顺利进行;在拔出最后一段导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
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