旋挖钻机嵌岩施工工法

深埋硬岩地层SR420旋挖钻机嵌岩桩施工工法工法内容材料二〇一一年六月十五日1目录1．前言.............................................................................................................22．工法特点.....................................................................................................23．适用范围.....................................................................................................24．工艺原理.....................................................................................................35．施工工艺流程及操作要点.........................................................................45.1施工工艺流程......................................................................................45.2操作要点..............................................................................................55.3劳动力组织..........................................................................................96．材料与设备...............................................................................................106.1工程材料............................................................................................106.2工程机械设备....................................................................................107．质量控制...................................................................................................117.1质量控制要求.....................................................................................117.2质量控制措施.....................................................................................118．安全措施...................................................................................................129．环保措施...................................................................................................1310．效益分析.................................................................................................1311．应用实例.................................................................................................142深埋硬岩地层SR420旋挖钻机嵌岩桩施工工法浙江省交通工程建设集团有限公司周联英蒋红星姜锡东朱益平周锋1．前言近年来，旋挖钻机因其高效、移动灵活、环保和适应地层性较广等优点而被广泛应用于公路桥梁、铁路、市政和水利等桩基工程之中。旋挖钻机一般适用于黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石等软土地层以及60m以内较致密的卵砾层、孤石层和硬岩层。但是，随着特大型桥梁的不断涌现，超大超深桩基越来越多，出现桩长甚至达100m以上。上述超长桩基在遇到硬岩基层地层时，旋挖钻机的应用也受到一定的限制。因此，针对上述难题，我公司研究开发了深埋硬岩地层条件下SR420旋挖钻机高效入岩施工技术，并应用于杭州钱江七桥（之江大桥）、宁波象山港大桥的工程实践中，取得了良好效果，并总结编制成该工法。该工法涉及到的旋挖钻机扫孔钻具设计、打捞旋挖钻机钻具设计，已申请国家实用新型专利，现已受理，申请号分别为：①201120025028.2、②201120025029.7。2．工法特点2.0.1入岩效率高。基于岩石破碎理论，根据岩性特点选用不同钻头和合理布齿，辅以合理钻进工艺，达到旋挖钻机高效入岩目的。2.0.2成孔垂直度好。在软硬交界面或岩性各向异性情况下，通过合理的掘进工法和扫孔工艺，可有效保证成孔垂直度。2.0.3经济效益显著。旋挖嵌岩钻进时，通过螺旋钻头、不同大小截式筒钻的应用和掘进工艺，不仅入岩效率高，斗齿磨损少，施工进度快，同时可大大节约施工成本。2.0.4单台旋挖钻机需配备4~5个不同规格和形式的钻头，在旋挖钻进时需不断更换钻头，操作较复杂。3．适用范围适用于铁路、公路桥梁、市政高架桥和房建等直径小于3.0m的嵌岩钻孔灌注桩施工，最大钻孔深度100m。34．工艺原理基于岩石破碎机理，成孔前，先采用小直径嵌岩筒钻（不取芯）钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，增加岩层自由面，以降低其应力水平（见图4-1），使之有利于大直径筒钻进一步钻进，提高其工作效率。施工工艺原理可见图4-2(a)、4-2(b)、4-2(c)、4-2(d)。河床面水平面硬岩面原岩应力水平拟破碎岩体河床面水平面硬岩面扰动后岩层应力水平扰动后岩层应力水平原岩应力水平图4-1施工原理图旋挖钻机河床面水平面钻孔平台旋挖钻机河床面水平面钻孔平台小直径不取芯嵌岩筒钻嵌岩短螺旋钻头第一步：旋挖钻进至硬岩基层时，采用小第二步：换用嵌岩短螺旋钻头入岩，直径不取芯嵌岩筒钻钻进松动岩芯。破碎岩芯以构造孔底自由面。图4-2(a)施工工艺原理图4-2(b)施工工艺原理4旋挖钻机河床面水平面钻孔平台大直径不取芯嵌岩筒钻旋挖钻机河床面水平面钻孔平台嵌岩旋挖钻斗第三步：换用大直径不取芯筒钻（比桩径第四步：最后用嵌岩旋挖钻斗钻进取渣。小30cm左右）以进一步松动岩面（视具重复上述步骤，旋挖钻进至设计标高。体岩性采用）。图4-2(c)施工工艺原理图4-2(d)施工工艺原理5．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见图5.1-1所示施工准备旋挖钻钻进至硬岩小直径筒钻不取芯钻进短螺旋钻头钻进大直径筒钻不取芯钻进嵌岩旋挖钻头钻进取碴扫孔、成孔检测一清、下钢筋笼二次清孔浇筑水下混凝土成桩检测埋护筒、制泥浆和钻头准备碴土外运清孔指标达不到要求混凝土拌制、运输图5.1-1施工工艺流程图55.2操作要点5.2.1施工准备5.2.1.1研究分析工程地质施工前对工程地质、水文情况进行研究，认真分析设计提供的地质勘察报告，对工程地质进行全面分析。对于地质硬度小于5Mpa以下的工程地质，分析时应了解水文地质结构参数等土性指标；对于岩性地质，需了解岩石的成因和种类，岩石颗粒的大小和形状、岩石构造及裂隙发育情况，胶结的性质及胶结形式等等。5.2.1.2施工机械与设备配置针对工程不同地质情况，对旋挖钻机的钻杆、钻具、斗齿、护筒、泥浆、清孔工具等施工机械与设备进行选择和优化。对于硬岩基层深埋下的嵌岩桩基施工，一台旋挖钻机至少要配置若干数量的不同规格和类型的钻具、斗齿，以适应软土和硬岩基层的钻进。5.2.1.3技术参数设计针对不同地质情况，优化钻进参数、质量控制措施等等。如土壤切削、岩石钻削时加压方式、钻进扭矩、钻头速度、进尺速度等控制指标。5.2.2场地布置根据设计桩位合理布置施工场地，落实四通一平。桩机底盘应布置于坚实地基上，对于软土地基，应换除软土并夯打密实；或在钻机范围打设木桩或钢管桩，以避免产生不均匀沉降和影响孔壁稳定。钻机的安置应考虑钻渣出运的方便。对于水上钻孔平台（如图5.2.2-1），需按旋挖钻机施工荷载（旋挖钻机的工作荷载＋扭矩力+平台自重），风荷载，水流力，涌潮压力等，验算平台的刚度、稳定性等。Φ60cm钢管桩I25Φ60cm钢管桩4.50I25a栈桥钻孔桩工作平台辅助栈桥IIIIII操作平台II-III-IΦ48mm钢管L4[8Φ48mm钢管[8桩基说明：1、单位以厘米计。2、本图适用于之江大桥东侧非通航孔桥7号墩。钻孔平台平面图I257.50图5.2.2-1水上钻孔平台施工图5.2.3钢护筒埋设6陆上桩基钢护筒采用挖坑法，埋设钢护筒通过定位的控制桩放样，使钢护筒中心与钻孔中心位置重合，同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒平面位置与垂直度准确。陆上护筒高度一般在1.5m~2.0m，具体可根据桩位处的土质情况而定。在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的沙层及严重透水地层必须使用长护筒。下护筒方式有振动锤下和旋挖钻机驱动器下护筒。图5.2.3-1旋挖钻机下护筒图5.2.3-2振动锤下护筒5.2.4泥浆制备根据旋挖成孔工艺，旋挖钻进时不易形成泥皮，护壁性相对较差，易缩径和塌孔。因此，在施工时，为防止坍孔，稳定孔内水位及便于挟带钻渣，通常采用澎润土、CNC羧甲基（纤维素钠盐）和木质素族分解剂碱类（Na2CO3）制备泥浆。澎润土为泥浆的主要材料；CNC羧甲基（纤维素钠盐）为泥浆增加粘性、防护壁剥落；木质素族分解剂碱类（Na2CO3）控制泥浆变质及改善已变质的泥浆。泥浆指标根据工程地质具体情况进行合理配制，各种材料掺量配比如表5.2.4-1所示。表5.2.4-1各种材料掺量配比表土层水掺量（L）膨润土掺量（kg）CNC羧甲基（kg）碱掺量（kg）粘性土10060.83粉砂层100150.83卵石层100150.81.8砂岩10080.83泥岩100100.81.8各种土层的泥浆参考指标如表5.2.4-2所示。7表5.2.4-2各种土层的泥浆参考指标表土层泥浆比重g/cm3粘度/s含砂率（%）塑性指数粘性土1.03～1.0518～20415粉砂层1.20～1.2525～28415卵石层1.20～1.2528～30415砂岩1.15～1.2023～28415泥岩1.15～1.2023～254155.2.5钻杆、钻头类型和选用施工中根据不同地质情况，选用合适的钻杆、钻头和施工工艺。在淤泥层、泥土、砂层、卵（漂）石层、风化岩层等较软地层钻进时，可采用摩擦钻杆和回转钻头。摩擦钻杆（如图5.2.5-1）一般制成5~6节，钻孔深度可达100m。回转钻头，一般分单底土斗、双底捞砂斗（如图5.2.5-2(a)、(b)）。图5.2.5-1摩擦钻杆图5.2.5-2(a)单底土斗图5.2.5-2（b）双底捞砂斗入硬岩基层时，需采用摩擦杆（如图5.2.5-1）并配置短螺旋钻头（如图5.2.5-3）、牙轮钻头（如图5.2.5-4）和嵌岩筒钻（如图5.2.5-5）等嵌岩钻头。图5.2.5-3短螺旋钻头图5.2.5-4