旋挖鉆機(jī)在硬質(zhì)巖層中的應(yīng)用

1、旋挖鉆在孤峰河特大橋硬質(zhì)巖層中的應(yīng)用【摘要】：本文結(jié)合孤峰河特大橋鉆孔灌注樁施工，介紹了鋼護(hù)筒埋設(shè)、泥漿配制等施工技術(shù),指出旋挖鉆機(jī)在不同地層中的鉆進(jìn)工藝及控制要點(diǎn),特別對旋挖鉆機(jī)在硬質(zhì)巖層鉆進(jìn)工藝進(jìn)行了研究,為旋挖鉆機(jī)在硬質(zhì)巖層鉆進(jìn)提供了一種新的施工方案,對同類工程施工具有指導(dǎo)意義。【關(guān)鍵詞】：旋挖鉆 硬質(zhì)巖層 應(yīng)用1工程概況孤峰河特大橋位于涇縣昌橋鄉(xiāng)境內(nèi)，山區(qū)地貌，孤峰河緊挨者山腳流過，過河后地勢較為平坦，多為稻田，大里程山腳有村莊，然后為山區(qū)地形。共有樁根底369根，樁徑有1.0m、1.25m、1.5m三種，樁長17m46.5m不等。該地段存在的地層為粉質(zhì)黏土，容許承載力0=120180

2、KPa；礫砂土、容許承載力0=180KPa；細(xì)圓礫土，容許承載力0=200KPa；粉砂巖，灰色、灰黃色，巖芯呈砂狀、碎屑狀、短柱狀、碎塊狀，層厚1.239.5m，容許承載力0=200500KPa。2、樁基施工中遇到問題按照設(shè)計地質(zhì)狀況，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求和工期要求以及施工條件，在鉆機(jī)選型上，工程部本著經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保的原那么，選用旋挖鉆可以滿足施工生產(chǎn)要求。根據(jù)施工組織安排，施工現(xiàn)場配備了4臺SR280旋挖鉆機(jī)，根據(jù)不同地質(zhì)情況，每臺旋挖鉆機(jī)配置了不同規(guī)格和類型的鉆具和斗齒，以適應(yīng)不同地層的鉆進(jìn)。在進(jìn)行11#墩樁基施工時，距離樁底10m左右，進(jìn)度緩慢，工效較低，機(jī)械設(shè)備損耗較大，平均進(jìn)尺2m/天

3、，并造成鉆桿劈裂事故。后經(jīng)取樣分析，設(shè)計地質(zhì)發(fā)生變化，特別是距離樁底設(shè)計標(biāo)高510m范圍內(nèi)巖性堅硬，經(jīng)設(shè)計及試驗確定，該地層為弱風(fēng)化粉砂巖，地質(zhì)取芯強(qiáng)度到達(dá)4050MPa,該特大橋11#29#、34#38#墩均為此地層。一般情況下，旋挖鉆可以鉆進(jìn)一些強(qiáng)風(fēng)化的、抗壓強(qiáng)度在30 MPa以下的巖層，但也不能鉆進(jìn)膠結(jié)致密的卵礫石層和抗壓強(qiáng)度較高的巖層，如果強(qiáng)行鉆進(jìn)很容易發(fā)生機(jī)械事故。因此，該地層地質(zhì)狀況已經(jīng)超過一般旋挖鉆適應(yīng)地層范圍。3、對問題的分析及處理措施經(jīng)過分析討論，該巖層強(qiáng)度高，埋置深，鉆進(jìn)相對困難，采用旋挖鉆施工，選擇適宜的鉆斗及鉆進(jìn)工藝至關(guān)重要。最后決定采用短螺旋鉆斗和雙底撈砂鉆斗交替配合

4、鉆進(jìn)，采用短螺旋鉆頭以低速、低扭矩、先浮動后加壓的方式鉆進(jìn)，同時更換為耐磨的合金鋼斗齒，在鉆進(jìn)中及時檢查斗齒，發(fā)現(xiàn)破損及時焊接修補(bǔ)或更換。短螺旋鉆頭鉆進(jìn)后及時換雙底撈砂鉆斗撈取孔底沉渣，防止鉆頭打滑，影響鉆進(jìn)效果。4具體施工工藝4.1鋼護(hù)筒的制作及埋設(shè)護(hù)筒有固定樁位，保護(hù)孔口不坍塌，隔離地面水和保護(hù)孔內(nèi)水位高出施工水位以維護(hù)孔壁及鉆孔導(dǎo)向等作用。因此，護(hù)筒在鉆孔灌注樁的施工中不容無視。質(zhì)量要求堅實、不漏水。采用挖埋法埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒一般為2m長鋼護(hù)筒，頂部開設(shè)溢漿口，內(nèi)徑比樁徑大2040cm，護(hù)筒頂高出地面0.5m。護(hù)筒周圍采用粘土對稱、均勻回填，并分層夯實，保證埋設(shè)好的護(hù)筒穩(wěn)固，夯填時要防止護(hù)

5、筒偏斜。護(hù)筒偏差：護(hù)筒中心豎直線應(yīng)與樁中心線重合，頂面位置偏差50mm，豎直線傾斜不大于1%。4.2泥漿的配制及技術(shù)要求旋挖鉆機(jī)成孔一般為清水施工工藝，無需泥漿護(hù)壁；假設(shè)有地下水分布，且孔壁不穩(wěn)定，需制作護(hù)壁泥漿或穩(wěn)定液進(jìn)行護(hù)壁。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本橋采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，采用泥漿攪拌機(jī)制漿。泥漿造漿材料選用優(yōu)質(zhì)粘土，必要時再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終到達(dá)性能穩(wěn)定、沉淀少、護(hù)壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。各項指標(biāo)如下表所示：相對密度粘度(s)含砂率(%)PH值膠體率(%)失水率(ml/30min)1.051.2162228109814204.3旋挖鉆在不同地

6、層中的施工4.3.1 鉆具選擇與安裝鉆具應(yīng)有一定的剛度，在鉆進(jìn)中或其他操作時，不產(chǎn)生移動和搖晃，鉆具的安裝應(yīng)符合生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)。施工時根據(jù)不同地質(zhì)條件可配用短螺旋鉆頭、回轉(zhuǎn)斗，巖心鉆頭，巖心回轉(zhuǎn)鉆頭等各種規(guī)格的鉆頭。一般情況下：短螺旋鉆具，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密實以上的砂土、風(fēng)化巖層。巖心螺旋鉆頭，適用于碎石土、中等硬度的巖石及風(fēng)化巖層。巖心回轉(zhuǎn)斗，適用于風(fēng)化巖層及有裂紋的巖石。鉆機(jī)就位時，要事先檢查鉆機(jī)的性能狀態(tài)是否良好。保證鉆機(jī)工作正常。根據(jù)孤峰河特大橋?qū)嶋H地質(zhì)情況，采用SR280R旋挖鉆機(jī)施工。SR280R入巖旋挖鉆機(jī)的加壓系統(tǒng)采用動滑輪原理，可為鉆機(jī)提供更大加壓

7、力，使鉆機(jī)鉆進(jìn)普通鉆機(jī)無法鉆進(jìn)的巖層，先進(jìn)的加壓系統(tǒng)使鉆機(jī)鉆進(jìn)時桅桿的穩(wěn)定性大大提高，巖層對鉆機(jī)的反作用力大局部會被加壓系統(tǒng)內(nèi)部吸收?，F(xiàn)場配備了短螺旋鉆斗和雙底撈砂鉆斗。該鉆機(jī)具有如下性能，如以下圖表所示。SR280R入巖旋挖鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)最大輸出扭矩285kN·m最大轉(zhuǎn)速730rpm最大加壓力230kN最大起拔力230kN加壓形式卷揚(yáng)加壓 短螺旋鉆斗 雙底撈沙斗4.3.2 不同地層的施工1粉質(zhì)粘土層 粉質(zhì)粘土層在孤峰河特大橋區(qū)域廣泛存在，也是旋挖鉆機(jī)最適合的地質(zhì)之一，旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)時側(cè)阻力較小，速率快，且對泥漿的要求小，局部地方采用清水甚至干孔鉆進(jìn)，鉆頭采用雙底撈砂鉆斗。粉質(zhì)粘土層的施

8、工較易控制，成孔質(zhì)量好，鉆進(jìn)速度快，充分發(fā)揮了旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢。2圓礫層 礫石含量6070%，呈次圓狀次棱角狀，成分主要為砂巖。分選性較差，膠結(jié)較差。圓礫層由于地基承載力低，可用雙底撈砂鉆斗直接鉆進(jìn)，但圓礫層由于存在空隙，易出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，且在鉆斗取土后易引起塌孔，因此，在鉆進(jìn)時泥漿比重需加大，泥漿液面適當(dāng)加高，在空隙大的圓礫層中可適當(dāng)回填局部黃土，慢速旋轉(zhuǎn)鉆斗，形成一定厚度的泥皮，以保證成孔質(zhì)量。3粉砂巖層 該地層巖性堅硬，旋挖鉆在入巖時，需采用短螺旋鉆斗、牙輪鉆斗和嵌巖筒鉆等鉆斗。入巖旋挖鉆機(jī)所用鉆斗，通過合理布齒，使齒間相互為對方創(chuàng)造自由面，為高效入巖創(chuàng)造條件。從巖石破碎理論可知，自由面有利

9、于巖石破碎，而自由面又要根據(jù)巖石硬度、脆性、分形維度和外表能綜合考慮。對于相同地層使用同一鉆進(jìn)扭矩，采用不同的斗齒刃前角度，其鉆進(jìn)效率也是不同的。因此，選用適宜的刃前角，才能提高進(jìn)尺效率。松軟的地層斗齒刃前角應(yīng)稍大些，選取45°65°；鉆比較硬的地層時，斗齒刃前角稍小些，選取25°45°?；趲r石破碎機(jī)理，在鉆進(jìn)過程中，先采用小直徑嵌巖筒鉆不取芯鉆進(jìn)，對孔內(nèi)巖芯圓周進(jìn)行松動，增加巖層自由面，以降低其應(yīng)力水平，使之有利于大直徑筒鉆進(jìn)一步鉆進(jìn)，提高其工作效率。換用嵌巖短螺旋鉆斗入巖，破碎巖芯以構(gòu)造孔底自由面。換用大直徑不取芯筒鉆以進(jìn)一步松動巖面，最后用嵌巖旋

10、挖鉆斗鉆進(jìn)取渣。重復(fù)上述步驟，旋挖鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo)高。4.4 成孔檢查及清孔鉆孔深度到達(dá)設(shè)計標(biāo)高后，對孔深、孔徑進(jìn)行檢查，符合要求后及時進(jìn)行清孔，以免間隔時間過長，造成清孔困難或坍孔。清孔先用撈砂鉆斗清理孔底沉渣，然后停30分鐘左右，待泥漿中懸浮物沉淀后，再用鉆斗撈出，清孔力求徹底，不能使用加深鉆孔深度代替清孔?？椎壮猎穸纫獫M足設(shè)計要求，一般柱樁不應(yīng)大于50mm，摩擦樁不應(yīng)大于200mm。4.5 灌注水下混凝土灌注水下混凝土采用導(dǎo)管法，導(dǎo)管采用280mm螺牙式鋼導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前須進(jìn)行水密性試驗及接頭抗拉試驗，接頭抗拉強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度，水密性試驗水壓不小于1.5MPa。導(dǎo)管下放前檢查每根導(dǎo)管是否

11、干凈、暢通以及止水密封圈的完好性。安放導(dǎo)管應(yīng)使導(dǎo)管處于樁孔中心,調(diào)節(jié)導(dǎo)管的沉入孔內(nèi)深度,使導(dǎo)管底部距孔底約40cm，在導(dǎo)管頂部安裝料斗，確?；炷凉嘧⒑髮?dǎo)管首次埋深不小于1.2m?；炷潦坠鄷r翻開漏斗閥門，放下封底砼，首批砼灌入孔底后，立即探測孔內(nèi)砼面高度，計算出導(dǎo)管內(nèi)埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。如發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)大量進(jìn)水，說明出現(xiàn)灌注事故。在灌注過程中，始終把導(dǎo)管的埋置深度控制在2.06.0m，并經(jīng)常探測混凝土面的高度，及時提升或撤除導(dǎo)管。在提升導(dǎo)管過程中，始終使導(dǎo)管處于樁孔中心，嚴(yán)防導(dǎo)管卡住鋼筋籠，而影響混凝土灌注的正常施工。撤除導(dǎo)管時間嚴(yán)格控制在15min內(nèi)。5結(jié)語采用此鉆進(jìn)工藝，約1018h左右即可成孔，每天成孔12個，大大提高了旋挖鉆機(jī)的工效，成功的解決了以上難題。旋挖鉆在孤峰河特大橋的施工，進(jìn)一步證明了其施工質(zhì)量可靠、成孔質(zhì)量好、速度快、操作方便、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，很好的滿足了不同地層樁基施工的要求。但是如何根據(jù)實際地質(zhì)情況，確定合理的鉆進(jìn)方式、鉆進(jìn)參數(shù)及鉆具對于提高旋