旋挖鉆進(jìn)工藝在廣東潮州電廠樁基工程中的應(yīng)用

1、收稿日期:2004-12-06作者簡(jiǎn)介:趙鵬飛(1967-,男(漢族,陜西武功人,河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊(duì)副總工程師,探礦工程專業(yè),工程碩士,從事巖土工程施工技術(shù)管理工作,河南省焦作市解放東路,(03913932773,z haopengfei 8384yah oo .co ;王占友(1977-,男(漢族,遼寧鐵嶺人,北京振沖工程股份有限公司項(xiàng)目經(jīng)理,巖土工程專業(yè),從事地基與基礎(chǔ)施工技術(shù)管理工作,北京市。旋挖鉆進(jìn)工藝在廣東潮州電廠樁基工程中的應(yīng)用趙鵬飛1,王占友2(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊(duì),河南焦作454002;2.北京振沖工程股份有限公司,北京100102摘 要:結(jié)合

2、廣東大唐潮州三百門電廠鉆孔灌注樁旋挖鉆進(jìn)施工中遇到的一些難題,通過對(duì)原有的旋挖鉆斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn),解決了鉆進(jìn)效率低、鉆斗出甩土困難、成孔孔底沉渣過厚問題,并結(jié)合使用優(yōu)質(zhì)泥漿防止了塌孔問題,提高了施工效率。關(guān)鍵詞:旋挖鉆進(jìn);鉆斗;斗齒;切削刃;廣東潮州電廠;鉆孔灌注樁中圖分類號(hào):TU 473.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1672-7428(200508-0018-02旋挖鉆進(jìn)工藝代表當(dāng)今基礎(chǔ)施工的先進(jìn)水平,是今后基礎(chǔ)施工業(yè)的發(fā)展方向之一。目前生產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的廠家很多,型號(hào)種類繁多,但結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異。旋挖鉆機(jī)施工具有以下特點(diǎn):可實(shí)現(xiàn)多種鉆進(jìn)方式,鉆頭更換方便,對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng),設(shè)備性能先進(jìn)

3、,自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低,鉆進(jìn)效率高,成樁質(zhì)量好,環(huán)境污染小,無循環(huán)鉆進(jìn),適應(yīng)于缺水地區(qū)施工。但在某些具體工程施工中,還存在一系列問題。本文以旋挖鉆機(jī)在廣東大唐潮州電廠樁基工程施工為例,進(jìn)行工藝性的應(yīng)用研究。1 工程概況廣東大唐潮州三百門電廠一期樁基工程場(chǎng)區(qū)位于廣東省潮州市饒平縣拓林鎮(zhèn),北京振沖工程股份有限公司承擔(dān)1、2號(hào)機(jī)組主廠房、電除塵、集控樓、輸煤系統(tǒng)等鉆孔灌注樁施工,樁徑800、1000mm 兩種,樁端持力層以進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖層為主,樁長(zhǎng)4050m 不等,總樁數(shù)約2400根,混凝土理論方量約為65000m 3,采用旋挖鉆進(jìn)工藝成孔。2 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件211 工程地質(zhì)條件根據(jù)巖土

4、工程勘查報(bào)告,場(chǎng)地土大部分為海相沉積,按從上到下的順序,各層土特性如下:層,細(xì)砂,灰白、灰黃色,成分為石英,級(jí)配不良,分選性較好,呈稍濕飽和,中密狀態(tài),局部為松散稍密,局部為密實(shí)狀態(tài),屬海相沉積成因;層,中砂,灰黃色,成分主要為石英,級(jí)配良,分選性差,呈飽和密實(shí)狀態(tài),局部呈松散狀態(tài),屬海相沉積成因;層,淤泥,深灰色,含有機(jī)質(zhì),土質(zhì)細(xì)膩,有異味,混少量貝殼,呈很濕、流塑狀態(tài),屬海相沉積成因;-1層,淤泥質(zhì)土,深灰色,含有機(jī)質(zhì),有異味,混少量貝殼,呈很濕、流塑狀態(tài),屬海相沉積;層,粘土,深灰色,土質(zhì)細(xì)膩,質(zhì)純,含少量有機(jī)質(zhì),干強(qiáng)度高,韌性高,呈濕、可塑狀態(tài),屬海相沉積成因;層,中砂,淺灰、黃色,成

5、分主要為石英,級(jí)配良,分選性差,含少量粘性土,局部含多量粘性土,呈飽和密實(shí)狀態(tài),局部呈中密狀態(tài),屬海相沉積成因;層,粉質(zhì)粘土,黃白、灰白、灰黃等色,干強(qiáng)度高,韌性高,含多量石英砂,局部夾中、粗砂薄層,呈濕、硬塑狀態(tài),部分呈堅(jiān)硬狀態(tài),屬海相成因;層,砂質(zhì)粘性土,棕紅、褐黃、灰白等色,含多量石英砂、角礫,局部夾全風(fēng)化巖塊,呈濕、硬塑堅(jiān)硬狀態(tài),由花崗巖風(fēng)化形成,殘積成因;-1層,全風(fēng)化花崗巖,灰白、棕紅、褐黃等色,長(zhǎng)石和黑云母全風(fēng)化為粘土礦物,巖心呈土狀,巖質(zhì)軟弱,遇水易軟化,局部夾殘積土;-2層,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,淺黃、灰、褐黃色,長(zhǎng)石和云母多已風(fēng)化成為次生物,巖心多呈土狀,巖質(zhì)軟弱,遇水易崩解;-3

6、層,中等風(fēng)化花崗巖,灰、灰白、淺黃等色,中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礦物主要成分為石英、長(zhǎng)石和少量黑云母,部分長(zhǎng)石和黑云母已風(fēng)化為次生礦物,部分巖心呈半巖半土狀,巖塊含量>50%。18探礦工程(巖土鉆掘工程 2005年第8期212水文地質(zhì)條件潮州三百門電廠廠址所在區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,四季分明,氣候溫和,濕度大,雨量充沛,場(chǎng)區(qū)位于海邊,淡水較缺,地下水位在自然地表以下215 m左右,受海水潮汐影響,地下水對(duì)混凝土有腐蝕作用,樁基混凝土須進(jìn)行防腐處理。3旋挖鉆進(jìn)中遇到的難題本次工程所用的旋挖鉆機(jī)有德國(guó)寶峨BG鉆機(jī)6臺(tái),意大利土力鉆機(jī)3臺(tái),通過前期工程施工,發(fā)現(xiàn)成孔過程中主要存在以下難題:(

7、1易出現(xiàn)孔壁坍塌,發(fā)生埋鉆現(xiàn)象;(2旋挖鉆進(jìn)成孔后,孔底沉渣較厚,許多孔沉渣厚度>6m,清孔難度較大;(3鉆進(jìn)粘土層時(shí),粘性土在鉆斗內(nèi)易卡堵,出甩土困難;(4鉆進(jìn)較硬的粘土層、風(fēng)化花崗巖地層時(shí),鉆進(jìn)效率很低,每日僅成樁3根。4解決難題的對(duì)策411解決塌孔問題為保證旋挖鉆機(jī)順利成孔,不出現(xiàn)孔壁坍塌、埋鉆現(xiàn)象,主要采取加深孔口護(hù)筒長(zhǎng)度及鉆進(jìn)過程中使用優(yōu)質(zhì)泥漿的方法。41111加深護(hù)筒采用護(hù)筒直徑大于樁徑5c m,長(zhǎng)度延伸至地表以下6m,開鉆時(shí),先用截齒式螺旋鉆頭鉆深4m,下入護(hù)筒,卸掉螺旋鉆頭,用旋挖鉆機(jī)伸縮鉆桿沖擊護(hù)筒邊,將護(hù)筒沉入,如下不到位,可用螺旋鉆頭在護(hù)筒內(nèi)掏土,再用旋挖鉆機(jī)鉆桿沖

8、擊護(hù)筒邊,直至護(hù)筒下入到與地表平齊,然后,在護(hù)筒外用土圍40c m土圈,便于儲(chǔ)存一定量的泥漿,在鉆進(jìn)提鉆過程中,及時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿,維持孔內(nèi)壓力平衡。31112使用優(yōu)質(zhì)泥漿對(duì)于砂層、淤泥層,未鉆孔前地層處于壓力平衡狀態(tài),一旦被鉆穿以后,破壞了原有的相對(duì)平衡,必須調(diào)整鉆進(jìn)泥漿性能,以利于維持孔內(nèi)壓力平衡。對(duì)于砂層,由于砂顆粒之間粘結(jié)性能較差,旋挖鉆進(jìn)過程中,在清水的擾動(dòng)下,砂顆粒自動(dòng)從孔壁脫落,易引起孔壁坍塌埋鉆現(xiàn)象。除增加泥漿的密度外,還應(yīng)當(dāng)增加泥漿粘度,當(dāng)粘度較大的泥漿適當(dāng)滲入孔壁之后,可明顯增加孔壁砂層砂顆粒之間的粘結(jié)力,并在孔壁形成一層顆粒細(xì)小致密的泥皮,使孔內(nèi)水不與孔壁砂顆粒直接接觸,增

9、加孔壁的穩(wěn)定性。本次工程施工除使用優(yōu)質(zhì)粘土粉外,還加入了Na-C MC(鈉羧甲基纖維素增粘劑,配方為:優(yōu)質(zhì)粘土粉230kg,水1m3,純堿6kg,Na-C MC8kg左右。制出的泥漿密度為1115g/c m3左右。通過以上措施,保證了旋挖鉆機(jī)在成孔過程中孔壁的穩(wěn)定,解決了塌孔埋鉆問題。412旋挖鉆斗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)為了解決旋挖鉆機(jī)成孔后孔底沉渣較厚、旋挖鉆斗出甩土困難、成孔速度較慢等問題,經(jīng)過前期的施工摸索,對(duì)旋挖鉆斗進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。41211解決鉆進(jìn)出甩土困難無論德國(guó)寶峨鉆機(jī)還是意大利土力鉆機(jī),一般原配置的雙開門旋挖鉆斗的斗齒刃前角均為45b,本次工程施工,各鉆機(jī)所配置的均為自動(dòng)內(nèi)鎖互扣/鎧0式

10、鉆桿,內(nèi)外鉆桿通過齒條互相嚙合,使內(nèi)外鉆桿形成一個(gè)有機(jī)的整體,動(dòng)力頭傳遞到鉆具上的扭矩和壓力較大,而工程施工的樁徑為800、1000 mm兩種,樁徑較小,平均到單位鉆齒上的壓力較大,鉆斗切削齒吃土過深,進(jìn)入鉆斗筒體粘土有一定的擠密作用,鉆斗提出筒口后,出甩土困難。通過分析比較得知,我們將所有鉆斗切削刃前角均改為30b,鉆斗進(jìn)土和孔外出土均比較容易。41212提高鉆進(jìn)速度在將鉆斗切削刃前角均改為30b的基礎(chǔ)上,根據(jù)地層不同,使用切削刃不同的鉆斗。對(duì)于砂層、淤泥層、軟弱粘土層,鉆斗的切削刃均采用廢舊的汽車減震彈簧鋼板焊接,并將其氣割得比較鋒利,便于鉆進(jìn)切割土體;對(duì)于硬度較大的砂性粘土層,全風(fēng)化、中

11、風(fēng)化花崗巖地層,鉆斗的切削刃前角仍為30b,鉆斗一側(cè)的切削刃改為排列較密的斗齒,另一側(cè)切削刀刃仍為汽車彈簧鋼板,便于破碎、切割土體;鉆進(jìn)終孔前,進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖地層,鉆進(jìn)比較困難,立即更換鉆斗,先選用截齒錐形螺旋鉆頭鉆進(jìn),破碎、松動(dòng)地層,再用改進(jìn)后的旋挖鉆斗撈取碎巖。通過圖1改進(jìn)后的鉆斗結(jié)構(gòu)圖上述的鉆斗改進(jìn),結(jié)合錐形螺旋鉆頭的使用,提高了鉆進(jìn)速度,且鉆斗的切削刃不易折斷。41213減少孔底沉渣考慮本工程地層的實(shí)際情況,經(jīng)過仔細(xì)分析,鉆斗在上述改制的基礎(chǔ)上又做了小小的優(yōu)化改進(jìn)(見圖1。一般在砂層、淤泥層、軟弱粘土層,鉆斗切(下轉(zhuǎn)第22頁192005年第8期探礦工程(巖土鉆掘工程固位置設(shè)置水準(zhǔn)控制

12、基點(diǎn),經(jīng)常用儀器觀測(cè)以控制位置和標(biāo)高。(2沉井垂直度的控制:在井壁上按4或8等分標(biāo)出垂直軸線,定時(shí)用經(jīng)緯儀檢查軸線,發(fā)現(xiàn)偏移達(dá)5c m,或四面標(biāo)高不一致時(shí)及時(shí)糾偏,以保證沉井位置正確。216沉井封底由于基底為粉砂層,抽水會(huì)產(chǎn)生涌水和流砂,沉井下沉到要求的高度后,不能抽干沉井內(nèi)水,而是先進(jìn)行沉井內(nèi)水下砼封底,再施工承臺(tái)鋼筋砼。21611封底砼厚度計(jì)算封底厚度計(jì)算按四邊簡(jiǎn)支支承的雙向板、底部承受均布荷載(靜水壓力形成的荷載,即地下水頭形成的壓力減去封底砼重力考慮。P=r水h-213d=15-2131=217t=27kN(取d=1m式中:P底部所受均布荷載。最大彎矩M=aP c2式中:a彎矩系數(shù),查

13、表得a=010429;c最小跨的計(jì)算跨度,取8125m。則M=01004292781252=7188t#m=7818 k N#m封底砼厚度h=315KM/(b f ct1/2+D式中:K安全系數(shù),取2165;M板的最大彎矩;b板寬,一般取1m;f ct砼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,C23砼f ct=1500kN/m2;D水下砼可能與井底摻混的增加厚度,取014m。h=315KM/(b f ct1/2+D=(31521657818/(115001/2+014=111m即封底砼厚度取111m即可滿足要求。21612沉井砼封底沉井基本穩(wěn)定后即可進(jìn)行封底,施工時(shí)采用提升導(dǎo)管法灌注封底水下砼,灌注要求和方法同灌注鉆

14、孔樁水下砼。但在灌注過程中要及時(shí)測(cè)量封底砼厚度,并保證封底最小厚度不小于計(jì)算厚度,同時(shí)要盡量保證封底厚度一致。217承臺(tái)施工沉井內(nèi)封底砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,用抽水機(jī)抽干沉井內(nèi)積水,鑿除封底砼浮渣及高出承臺(tái)底部分的砼,鑿除鉆孔樁樁頭砼,安裝加固模板,綁扎鋼筋,灌注承臺(tái)砼。3結(jié)語在施工中,針對(duì)此橋所處的粉砂地層這一特殊地質(zhì)情況,及時(shí)采用了不排水吸泥下沉沉井、水下砼封底等正確的施工方法,有效地保證了既有線路基穩(wěn)定,保證了行車安全,也保證了工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。此橋基礎(chǔ)的施工方法在類似地質(zhì)條件下值得借鑒和選用。(上接第19頁削刃外徑大于擴(kuò)徑區(qū)1c m,如此,不使鉆斗擴(kuò)徑區(qū)

15、二次擾動(dòng)孔壁,以減少孔底沉渣。在較硬砂性粘土層,全風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖地層,粘性土層,擴(kuò)徑區(qū)外徑大于鉆斗切削刃外徑1c m,進(jìn)行二次擴(kuò)孔,防止鉆進(jìn)過程中孔壁形成螺旋狀,使鋼筋籠不能順利下入到位。通過以上改進(jìn),不同地層用不同鉆斗,旋挖鉆機(jī)成孔后,孔底沉渣在規(guī)范范圍內(nèi),保證了成孔質(zhì)量,加快了施工進(jìn)度。4結(jié)語本文結(jié)合旋挖鉆機(jī)在廣東大唐潮州電廠灌注樁施工中遇到的一些難題,通過使用優(yōu)質(zhì)泥漿,調(diào)整旋挖鉆斗的切削刃角度,在砂層、淤泥層、軟弱粘土層,使用汽車廢舊彈簧鋼板作為鉆斗切削刃,且鉆斗切削刃外徑大于擴(kuò)徑區(qū)1c m;在較硬砂性粘土層;全風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖地層,粘性土層,使用鉆斗的切削刃為舊彈簧鋼板和鉆斗截齒相結(jié)合,擴(kuò)徑區(qū)大于鉆斗切削刃外徑1c m。確保了鉆孔質(zhì)量,每臺(tái)機(jī)組由原來日成孔34個(gè),提高到每日成孔10個(gè)以上,加快了施工進(jìn)度,提高了效益。旋挖鉆進(jìn)工藝是一種較新的施工技