旋挖桩施工工艺

旋挖桩施工工艺一、旋挖桩的定义•旋挖桩是钻孔灌注桩的一种，一般是指由旋挖钻机施工的桩型，全称旋挖钻孔灌注桩，工程上简称旋挖桩。适用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层。二、旋挖桩的发展前景20世纪80年代开始，钻孔灌注桩在我国被广泛应用于高层建筑、地铁车站、城市立交桥、公路及铁路桥梁、大坝基础等领域，其成孔工艺技术及设备也不断发展、改进。先后采用的成孔工艺有冲击钻进、冲抓钻进、正循环回转钻进、反循环回转钻进、冲击回转钻进、冲击反循环钻进，以及旋挖钻进等。所使用的设备也逐步发展，从最初的乌卡斯冲击钻机、冲抓机、岩心钻机加装转盘改装成大口径回转工程钻机，到研制出专用的回转桩孔施工钻机、大口径冲击反循环钻机等，以及从国外引进并逐渐自行生产先进的旋挖钻机。在上述钻孔灌注桩成孔施工技术中，旋挖钻进工艺代表了当今的先进水平，是今后基础处理施工技术的发展方向之一。我国旋挖钻进技术的发展,早在1984年，天津探矿机械厂就首次引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收,20世纪80年代末至90年代初，一些施工企业看到了旋挖钻进技术在施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进旋挖钻机。但由于种种原因，这一先进技术在我国的发展比较缓慢，到90年代末期，我国旋挖钻机的拥有量也就100台左右，而且就是这为数不多的钻机，也没有完全用于生产施工，许多企业购置施挖钻机后，由于运行成本较高，并未用于生产施工中，仍然采用一些传统的方法进行施工。近几年，随着青藏铁路、北京鸟巢等项目的推动，国外进口品牌不断涌入，我国同类产品也在逐步发展起来。基础工程施工行业逐渐认识到了旋挖钻进技术的优越性，使得这一技术在我国的发展非常迅速。据悉，在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最多时达到了30多台；而在青藏铁路格拉段的冻土施工中，中铁集团要求必须采用旋挖钻进施工工艺，2002年上半年在该工地．施工的旋挖钻机数量已达到80台左右。由此可见，旋挖钻进技术在我国的发展前景是非常大。旋挖桩技术被誉为“绿色施工工艺”，在我国有很好的发展前景，我国同类产品的开发也处于急速发展的上升和成熟时期。今天，我国正处在一个大发展时期，各种工程建设急需大量的建设机械，特别是公路桥梁、铁路、水利、城市发展，需要大量的桩工机械设备，从其发展的速度来看，旋挖钻机的市场需求量还是比较大。三、旋挖桩的适用性旋挖桩适用地层范围较广，有较强的适应性，其适用地质条件如下：1、适用于砂岩、灰岩、花岗岩及黏土层、砂层、淤泥质等地层中；2、适用于嵌岩桩施工，一般在单轴抗压强度30MPa以下硬岩中成孔速度较理想；3、适用于软弱地层，成孔速度较快，如有塌孔情况可采用套管跟管钻进或钢护筒护壁的方法处理。四、旋挖钻具常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头、液压抓斗和挤石钻头。针对不同地层各类钻头的适用性如下：（1）粘土：选用单层底的旋挖钻斗，如果直径偏小可采用两瓣斗或带卸土板的钻斗。（2）淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，可选用双层底的钻挖钻斗。（3）硬胶泥：选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺旋钻斗。（4）冻土层：含冰量少的可用斗齿直形螺钻斗和旋挖钻斗，含冰量大的可用锥形螺旋钻头。（5）胶结好的卵砾石和强风化岩石：可选用锥形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗或是挤石钻头。（6）中风基岩：可选用截齿筒式取心钻头、锥形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗，截齿直形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗或是挤石钻头。（7）微风化基岩：可选用牙轮筒式取心钻头、锥形螺旋钻头、双层底的旋挖钻斗或是挤石钻头。五、旋挖钻机的优点1、广泛的适应性旋挖桩适用不同地质工程。只要配备不同钻头，即可用于对付砂层、土层、卵砾石、岩层等不同地质，不受地域限制；在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力。而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻进能力强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的5～10倍。2、成孔速度快旋挖钻机的成孔速度最快能达到1m/min，与传统的循环钻机相比优势明显，这样就能够有效地保证工程的进度，节省工期，减少施工投入。3、安全、环保特点突出设备自动化程度高，人员配备简单，大大减少了工地意外事故的发生。目前国内传统钻机多采用连接钻杆形式和掏渣桶掏渣，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，在施工中需在场内设置泥浆池，文明施工难以控制。而旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下就可以实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，泥浆含量较低，这使污染源大大减少，改善了施工环境，成孔效率大大提高。4、成孔质量高、桩体承载力高旋挖钻机采用内伸缩全导杆钻进，能保证桩的垂直度，且桩径误差小，孔底残渣量小。旋挖钻机的特殊成孔工艺，其钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。与传统的钻孔桩相比，旋挖桩的承载力显著提高。5、设备性能先进，自动化程度高、机动性强旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，采用全套液压系统，有些还配备先进的电脑操作系统。机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，机械化、自动化程度高，施工现场内可自行移动，自立桅杆，移动、对孔位方便、快捷。旋挖钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成，且能适应复杂地形的工地，移动方便。六、旋挖钻机的局限性1、施工土层的制约旋挖钻机主要适用于土层、砂层，以及较松散的、粒径较小的卵砾石层，在粘性土层钻进效果最佳，而在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工比较困难，并容易发生孔内事故和机械事故，体现不出旋挖钻进的优越性。2、整机的价格较贵目前国产旋挖钻机价格约为400～500万元，进口钻机价格在600万元以上，对于一般的基础施工企业，一次性投资几百甚至上千万元购置设备有一定困难。3、运行成本较高设备价格昂贵，其运行成本自然就会较高。根据钻机制造商介绍以及用户的实际使用情况来看，旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6300h，超过这一寿命后，一些部件就需要更换修理，尤其是卷扬系统、液压系统主泵、动力头以及钻杆等，这些部件都比较贵，损坏后更换时间也较长。这就使得旋挖钻机在实际使用中的运行成本大大增加，相应提高了桩基的施工成本。而目前由于桩基市场竞争激烈，层层转包，工程价格都比较低，利润空间小，使用旋挖钻机施工，虽然施工效率较高，工程质量也较好，但利润却很低甚至亏损。4、工程量的制约正由于旋挖钻机价格昂贵，运行成本较高，旋挖钻机施工的工程量要大，场地要开阔、平整，不能在地表松散、泥泞、没有夯实的场地施工，以免钻机沉陷翻倒。旋挖钻机设备较重，一套设备一般要达到几十吨甚至上百吨，如果单项工程量较小，则搬迁费用很高，而且占用时间长，时间利用率低，这些都不利于旋挖钻机发挥其优势。所以，只有当单项工程量较大时，使得旋挖钻机能够较长时间在同一工地施工，减少搬迁费用，提高时间利用率，才能较好地发挥其优势。七、旋挖桩施工工艺旋挖桩施工流程泥浆池循环池沉淀池泥浆处理及废渣外运测量定位护筒埋设桩机就位吊放钢筋笼吊放导管补浆排渣钢筋笼制作制作试块浇注水下砼移机钻孔清孔1、测量定位复核建设单位提供的测量控制点符合要求后，测设的测量控制网，定出各桩位中心点。定位后埋设钢护筒并固定，以双向十字线控制桩中心。开钻前必须先校核钻头的中心是否与桩位中心重合。在施工过程中还须经常检测钻具位置、垂直度等有无发生变化，以保证正确成孔。2、护筒埋设护筒有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作用，可采用打埋和挖埋等设置方法。当挖埋时，护筒与坑壁之间用粘土填实。埋设好的护筒应竖立标识牌或彩带圈围，防止人员掉陷。3、泥浆制备为了防止坍孔，稳定孔内水位及便于挟带钻碴，采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定，所以泥浆的比重则起到保持这种压力差的关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大，则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难，使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用，其指标的选取是非常重要的。根据工程的具体情况，泥浆指标可参照如下数据：4、钻孔旋挖钻机在钻孔过程中要根据土层情况合理调节泥浆的比重、粘度。针对不同地层情况，选择合适的钻头，控制钻进速度。通过在钻杆上设置导向环，保证钻孔的垂直度。5、清孔A、一次清孔成孔达到设计深度时，测试泥浆指标，发现超标及时调整。然后将钻头放入孔底扫孔，捞去沉渣，清孔必须彻底，清孔结束，测量孔深，作为第二次清孔后测沉淤的依据。B、二次清孔导管吊放完成后，用标准测锤测沉淤值，测试进、出口泥浆指标，利用水泵或加气的方法二次清孔，孔底沉渣一般控制在≤15cm范围内。5、钢筋笼制作安装钢筋笼制作方面要严格控制，重点是钢筋笼外径和直线度，主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量必须符合设计要求。钢筋笼制作、安装上采取合理措施，避免安装时钢筋笼刮伤孔壁，增加孔底沉渣厚度。钢筋笼的吊装应3点起吊，保持笼轴线重合。入孔时，始终需保持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，保持稳定，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃动和强行冲击下放。6、导管吊放导管要定期进行水密性试验，下导管前要检查是否漏气、漏水和变形，是否安放了密封圈。导管要依次下放，全部下入孔内后，应放到孔底，以便核对导管长度及孔深，然后提起30～50cm，进行二次清孔。7、水下混凝土浇筑水下混凝土浇筑是最后一道关键性的工序，施工质量将严重影响灌注桩的质量，所以在施工中必须注意以下几点:(1)导管必须严密，长度适中，保证底端距孔底30～50cm；(2)混凝土拌和必须均匀，坍落度控制在180～220mm，首批混凝土必须保证封底成功；(3)混凝土浇筑必须连续作业，严禁中断浇筑;(4)浇筑过程中应有专人记录，以防导管提升过猛或导管埋入过深，造成断桩；(5)灌注桩的顶面标高应比设计值高50～100cm，以确保桩顶混凝土的质量。八、旋挖桩易出现的问题及解决措施1、卡埋钻具卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故，因此在施工过程中一定要采取积极主动的措施加以预防，一旦出现事故，要采取有效措施及时处理。1.1发生的原因及预防措施(1)较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻遇此地层前，应提前制定对策，如调整泥浆性能、埋设长护筒等。(2)粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进要控制一次进尺量，如在15m深度以下钻进时，一次钻进深度最好不超过40cm。(3)钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径，钻筒外壁与孔壁间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般应比成孔直径小6cm以上，边齿、侧齿应加长，以占钻斗筒长的2／3为宜，同时在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复。(4)因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。1.2卡埋钻具处理措施．(1)直接起吊法，即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。(2)钻头周围疏通法，即用反循环或水下切割等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊。(3)高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔(小孔中心距钻头边缘0．5m左右)然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头。(4)护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、水泥等物品护壁，人工直接开挖清理沉渣。2、主卷扬钢绳拉断钻进过程中如操作不当，易造成主卷扬钢绳拉断。因此，钻进过程中，要注意提下钻时卷扬机卷绳和出绳不可过猛或过松、不要互相压咬，提钻时要先释放地层对钻头的包裹力或先用液压系统起拔钻具。如果钢绳出现拉毛现象应及时更换，以免钢绳拉断而造成钻具脱落事故。3、动力头内套磨损、漏油发生这一现象的原因除了钻机设计上存在欠缺外，主要