无循环旋挖钻机成孔法是利用钻杆和钻斗的旋转及自身重力使砂、土进入钻斗提出,经过多次反复而成孔。成孔方式有全套管跟进和稳定液保护孔壁的无套管钻孔二种,无循环旋挖钻机成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层及含部分卵石、砾石地层。
无循环旋挖钻机主要是由日本、德国、意大利等国的厂家生产,其中意大利SOILMEC公司生产的R-12型钻机,从2001年6月至8月间,在武汉轨道交通一号线一期工程B、C标段桥口路至崇仁路、游艺路至民意四路地段区间桥梁桩基施工中取得了良好的效果。
一、工程基本概况
武汉市轨道交通一号线一期工程B、C标段区间桥梁基础设计为Φ800钻孔灌注桩,桩长43~45m,为摩擦桩。桩长范围地层主要是第四系全新冲积一般性粘性土、粉土、粉细砂、中粗砂或卵砾石层,桩尖持力层为中细砂或卵石层,承载力250~365t。
二、无循环旋挖钻机的特点
R-12型钻机是一种全液压活动、步履行走、伸缩式钻杆、静态泥浆护壁、钻斗取土的新型钻机。具有占用场小、移动灵活、成孔速度快、孔底沉渣少的优点,适宜于一期场地狭小、沿线路施工、工期要求短的工程桩施工。
三、旋挖成孔施工工艺流程
无循环旋挖钻成孔灌注桩施工工艺流程同传统正反循环钻孔灌注桩基本相同,主要不同之处见下表:
无循环旋挖钻成孔灌注桩施工工艺流程:
1、测量定位、埋设护筒;
2、旋挖钻机自行就位;
3、以钻头自重并加油压作为钻进动力,开孔钻进;
4、待钻斗内装满砂、土后,提升钻斗卸土,同时注意地下水位变化,注入泥浆;
5、关闭钻头活门,转至钻进位置,并固定旋转体上部;
6、下降钻斗,继续钻进;
7、重复上述过程,钻进至设计孔底标高;
8、第一次沉渣处理后提升钻斗,终孔。
四、成孔质量控制
1、稳定液的配制
稳定液即通常所说的泥浆,是旋挖钻机成孔作业中的关键,作业时间正值汛期,地下水位较高,钻进不采用套管跟进,而成孔时钻斗需多次上下往复作业,稳定液质量稍差即有可能导致坍孔。
针对上述情况,施工中稳定液配合比采用8kg膨润土掺100L水。其管理标准如下:
粘 度:20~28S
比 重:1.1~1.2
含砂率:小于90%
钻进过程中,随时用泥浆泵向孔内补浆,保持孔内液面标高位于地面以上,确保其高于地下水位。砂层钻进时,需适当加大稳定液的比重和粘度。
在整个旋挖成孔施工中,由于稳定液管理措施得当,未出现塌孔事故,且孔底沉渣少。
2、钻进技术措施
(1)粘土层钻进,回次钻程一般控制在300~500mm。砂砾石层钻进时,采用加压钻进并考虑必要的扭矩、压力,确定钻斗转数。接近桩端时,缓慢上提钻斗,防止由于钻斗的吸引扰动桩端持力层。
(2)为防止出现孔壁坍塌事故,施工或钻斗升降速度一般控制在0.8~0.9m/s,空斗时控制在1.1~1.3 m/s。
(3)经常检查调整桅杆的垂直度,以保证孔壁的垂直度小于1%。
(4)钻进过程中,经常检查刀尖磨损情况,保证钻斗外径与刀尖之间的距离,防止升降、旋转时刀尖刮伤孔壁。
(5)钻至地层分界处时,提前控制钻程,确保一个钻程穿过地层分界处。
(6)在接近设计孔底时,适当控制钻进速度及钻程,防止超深过多。
(7)在下钢筋笼前,进行第一次清孔,此时用密封性能好、带挡板的钻斗清除孔底沉渣。如沉渣时间较长时,采用泥浆泵清孔。
(8)在导管安装完成灌注砼前,用泥浆泵进行第二次清孔,并适当换浆。
五、结束语
从R-12旋挖钻机在B、C二个标段使用情况看,其成孔技术相比其它成孔工艺具有以下几个方面的优越性:
(1)成孔效率高。设备具有良好的机动性能、直接钻取原状土层等优势,提高了施工工效。成孔时间仅4~5小时,其工效相当于7台GPS-15型循环钻机。
(2)成孔质量高。钻斗对孔壁扰动小、孔底沉渣少、泥皮薄,单桩承载力高。在所有施工中未发生过塌孔、埋钻及孔壁倾斜等质量问题。采用钻斗钻取原状土,便于直观地验证桩端持力层。
(3)自带动力,可缓解供电压力,减少了用电安全生产隐患,减轻施工现场管理工作难度,增强了施工生产的安全性。自行就位,大大缩短了施工准备时间。
(4)不采用泥浆循环,减少了泥浆沟槽设置,避免泥浆溢出污染城市道路,有利于现场的文明施工管理。
(5)由于工效高,从而大大减少现场投入钻机设备的数量,最大限度地减少施工场地的占用,降低对道路交通的影响。
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