浅谈全套管旋挖扩大头灌注桩施工工艺

中国煤炭地质

COALGEOLOGYOFCHINA

doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2019.07.13文章编号:1674-1803(2019)07-0060-04

Vol.31No.7Jul.2019

浅谈全套管旋挖扩大头灌注桩施工工艺

李　陈

(福建省东辰建设工程集团有限公司,福州　350005)

摘　要:旋挖钻机在厚砂卵石等复杂地层中旋挖成孔施工中,常会出现孔壁坍塌、混凝土超灌、沉渣难以控制等问题,影响施工质量和施工进度。以漳州旧花山溪干涸河道桩基工程为例,该区砂卵石多、微风化孤石大,且地下水丰富、水位高,施工条件复杂,为防止出现上述事故,采用了旋挖钻进全套管施工方法:使用大功率液压全回转套管钻机;设计了放置钢套管钻机驱动钻进、旋挖机掏土、扩底钻进、气举反循环清孔等主要工艺流程;并就垂直度纠偏、地下障碍物处理、防止孔壁坍塌等提出了解决方案。该项工程施工表明,全套管旋挖扩大头灌注桩施工工艺可克服砂卵石层施工难题,提高工程质量,缩短施工工期。

关键词:全套管;砂卵石地层;;扩大头成孔;灌注桩;全回转套管钻机中图分类号:P634　　　　　　文献标识码:A

SuperficialDiscussiononFullCasingRotaryReamerCast-in-PlacePileConstructionTechnology

Abstract:Touserotarydrillingrigincomplexstratasuchassandygravelcompletionoperationwilloftenappearissuesofwallcollapse,

(FujianDongchenConstructionGroupCo.Ltd.,Fuzhou,Fujian350005)

LiChen

excessiveconcretegroutingandsettlingshardtocontroletc.andimpactoperationqualityandschedule.Takingapilefoundationpro-jectontheJiuhuashanCreekwadiinZhangzhouCityasanexample,theareahasagreatdealofsandygravelandlargeslightlyweath-eredboulderswithhighwaterlevelabundantgroundwatercausedcomplexoperationcondition.Topreventabovementionedaccidents,therotarydrillingfullcasingoperationmethodisused,includingusingofpowerfulhydraulicrotaryfullcasingdrillingrig;designingofmaintechnologicalflowofsteelcasingloweringrigdrivingdrilling,rotarydiggingmachineexcavation,bottomreamerdrilling,air-lift

reversecirculationboreholewashingetc.Andgivethedeviationrectification,undergroundobstaclesdisposing;preventingwallcollap-singetc.putforwardsettlementschemes.Theoperationoftheprojecthasshownthatthefullcasingrotaryreamercast-in-placepileconstructiontechnologycanovercomethesandygravelstrataoperationhardnut,improveprojectqualityandshortenconstructionperi-od.

Keywords:fullcasing;sandygravelstrata;reamercompletion;cast-in-placepile;fullrotarycasingdrillingrig

　　旋挖钻机具有成孔工效快,污染小等优点;但在厚砂卵石等复杂地层中进行旋挖成孔施工,常会出现孔壁坍塌、施工进度慢、混凝土超灌、沉渣难控制等现象,若处理不当,不仅会造成施工困难,有时还会引发孔内各种事故,导致钻孔报废。随着我国建筑事业的不断发展,在一些复杂地层中施工的项目日益增多,对单桩承载力要求越来越高,有些项目设计要求必须穿过复杂的砂卵石地层进入下部持力岩层。因此解决在厚砂卵石复杂地层扩大头的施工问题,有利于完善提高灌注桩的成孔技术水平,对提高工程的经济效益和社会效益具有重要的意义。

作者简介:李陈(1991—),男,福建莆田人,毕业于中国地质大学(武

汉)工程管理专业,助理工程师,从事岩土工程基础施工。

收稿日期:2019-04-30责任编辑:孙常长

1　工程概况

漳州某项目二期工程位于漳州旧花山溪的干涸

河道上,项目设计有4栋地面31层的高层建筑,建

筑总面积91732.5m2,一层地下室建筑面积约10563.4m2,桩基采用灌注桩基础,设计直径为1.0m和1.1m两种,持力层进入碎块状强风化花岗岩

1.7m,,桩长42~46m,单桩极限承载力为14200和

不小于1.5m,设计桩端扩大头直径分别为1.6m和

16000kN,共245根桩。根据地质勘查报告显示易坍塌的砂卵石层全场分布,层厚12.0~24.1m,由于砂卵石多、粒度大、硬度高,且含有大量的中微风化孤石;另外项目所在区域地下水丰富,水位高。

2　工程地质条件

2.1　地层

场地内岩土层自上而下简述如下。

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生活垃圾和建筑垃圾①杂填土:为人工堆填,堆填时间为,干~稍湿1~,3a,结构松散未完成自,含

重固结稍湿②,,主要为粉粘粒粉质黏土工程地质性能差:为第四纪全新统冲洪积成因;层厚0.60~6.50m。

,稍有光泽,无摇震反应,干强度,干~

中等,韧性中等,局部土质软硬不均。含部份石英质3.砂60m。

,局部含砂较高,呈软塑~可塑状态,层厚1.20~

和,稍密状③粉砂,:矿物成分以长石为第四纪全新统冲积成因、石英及云母为主,稍湿,颗粒~饱

形状为次圆粒状及针片状,磨圆较差,颗粒组成以粉细砂为主,其中粉粘粒含量约占15.1%~31.0%,细砂约占30.6%~41.5%,中砂约占19.8%~25.3%,粗3.砂约占40m。

10.8~18.6%,含有少量的砾砂,厚度0.90~

呈稍湿④卵石~饱和:为第四纪冲洪积成因,以中密状态为主,局部稍密,含少量石英砂、密实状,

9.态2%,。卵石粉粘粒约约占56.2.1%7%~~17.66.1%,2%,余为充填的各粒径砾石约占6.2%~

砂,卵石成分主要为中~微风化花岗岩、石英砂岩,

100mm;全场分布层厚分11.选差40,~粒19.径50m。

一般20~60mm,最大约成,原岩组织结构全部破坏⑤残积黏性土:残积成因,风化成土状无摇震反,花岗岩完全风化形应,干强度中等韧性低,本层属特殊性土,遇水易软化、崩解的特性,自上而下土质变硬,可塑~硬塑状态;全场分布,层厚5.10~14.30m。

局部见有大小不一的球状风化体分布⑥全风化花岗岩:花岗岩风化形成;岩体基本质,风化完全,

量等级为Ⅴ级,泡水易软化、降低强度;自上而下风化减弱12.00m。

,与下伏层呈渐变关系;全场分布,层厚4.40~

成⑦散体状强风化花岗岩(γ5):花岗岩风化形

Ⅴ,级灰黄或灰白色;,风化强烈,岩体基本质量等级为隙发育⑧揭示层厚碎块状强风化花岗岩3.05~11.70m。

,原岩结构已部分风化破坏:灰黄色,岩芯多呈碎块状、风化强烈、裂及少量短柱状~13.⑨20m。

,岩体基本质量等级Ⅴ级,层厚5.3中风化花岗岩,风化中等,:块状构造灰白、灰黄色,岩石较坚硬,原岩组织结构4.部份破坏70,层厚

粒结构块状构造⑩~11.微风化花岗岩70m。

,岩石较坚硬:灰白色,,层厚少量风化裂隙2.50~7.10m。,为中

2.2　地下水

拟建场地地下水动态变化主要受季节性控制,

天然条件下,地下水总体由北向南排泄,地表水和地下水未受污染;勘察期间测得场地各钻孔中地下水8.初见水位60m。

1.40~8.70m,混合稳定水位埋深1.20~

3　施工工艺

3.1　工艺原理

全套管回转钻机是由钻机卡盘的竖向油缸驱动径向夹持套管体,使套管进行360°连续回转的同时下压或起拔套管,套管受回转扭矩、轴向压拔力、径向夹持力的共同作用,通过卡盘夹持套管使套管实现回转和压拔,经过套管柱的传递把轴向压拔力和回转扭矩传递给套管靴(即套管钻头),使钻头切削土层或岩石,不断压入套管,利用套管的护壁作用,用旋挖钻机将套管内土体掏出的一种新型施工方法。在套管回转过程中,为防止机身跟着套管一起回转而配备专用的反扭矩锁将机身卡紧,在设备的工作能力范围内驱动装置可以任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力,回转速度设有高、中、低三档速度,可以根据套管直径、地质条件以及扭矩的变化情况等来选择最适宜的回转速度;水平调整油缸采用专用的液压回路,所以在套管回转时也可以调整其垂直度。3.2　准,避免了塌孔和砼超灌现象①工艺优点

污染小、无振动;②全套管护壁成孔直径标

,充盈系数小,节约砼的使用,成桩质量高;③工效快,土层中可达14m/h,对可能出现的孤石,也可以利用高强刀头切割通过,达到全套管护壁的效果;④钻进深度大、根据地层情况,最大作业深度可达100m以上;⑤成孔垂直度便于掌握,垂直度可以精确到1/500,但,也存在提升行程较短、套筒钻进速度慢、对施工场地硬化要求高等缺点。3.3　工艺流程

测量放样—钻机就位—放置钢套管钻机驱动钻进—旋挖机掏土—钢套管沉入设计孔深—扩底—吊放钢筋笼—气举反循环清孔—灌注混凝土—设备移1位下一桩施工所示①。—2d后压注浆,具体施工流程如下图

中心。

路基板定位。利用路基板孔中心对准桩位用回转钻机驱动钢套管进行钻进施工②放置钢套管钻机驱动钻进。定好桩位以后,使用壁厚50

,

mm带套管靴的套管后内径不小于设计桩径的钢护筒,用吊机吊起另一节套管,在钻进第一节,与钻入地下的套管进行连接,套管采用内螺纹高强度螺栓

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进行连接,然后继续钻进施工。施工过程中要严格控制套管的垂直度,满足规范要求(图2、图3)。套管进场前对其进行校直,确保工程桩施工垂直度;成孔过程中桩的垂直度监测和检查。

③旋挖机掏土。套管下到位后需要用旋挖机进

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第31卷

行掏土和嵌岩作业,回转钻机驱动套管钻进和旋挖取土钻进这两种工艺要交替进行,直到钻进至设计孔深满足设计要求后,钻进工作完成。钻渣土要及时运出工地,渣土弃运要按照环保要求运到规定的地点。

图1　工艺流程图

Figure1　Technologicalflow

图2　全回转钻机工人接钢套管

Figure2　Fullrotarydrillingrigworkersconnectingcasing

图3　全回转钻机下钢套管

Figure3　Fullrotarydrillingrigloweringdownsteelcasing

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　　④扩底钻进照设计扩大头要求进行扩底作业。进入符合设计要求的地层后。将扩大头钻头可,按

靠连接在旋挖主动钻杆上缓慢放下孔内进行扩大头施工,其扩底钻头的张开翼的张开度应事先在地面上进行调试,便于扩孔时控制,并检查扩底钻头的连结是否可靠、收张是否灵活。扩底钻进采用低速回转参数,扩底完成后,钻头在原位回转收起张开翼后方可提钻。扩底钻头见图4所示。若扩孔时遇到坚硬孤石旋挖机扩不动时,则需继续往下钻穿孤石后方能扩底。若扩孔时遇到坚硬孤石时,扩孔桩径无法达到设计要求,应通知监理、设计单位和业主,商议确认后方能进行下步工序施工。

图4　扩底钻头示意

Figure4　Aschematicdiagramofbottomreamer

高(地面下约⑤气举反循环清孔4m),灌砼导管下好后利用气举反循。由于该工程地下水水位较

环在导管混合器内形成负压把孔底的沉渣和泥浆水通过导管循环到孔口,并不断向孔内补充稀泥浆,保持孔内水位平衡压力,避免孔壁坍塌;孔底沉渣清理干净后立即灌注混凝土。该清孔法具有清渣速度快、效果好、降低施工成本等优点。

4　施工中的问题及处理方法

大,直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸①垂直度纠偏。在成孔中若发现垂直度偏差过调节套管的垂直度达到纠偏的目的;若利用钻机油缸纠偏无效时将套管拔出用粘土回填夯实后重新校正,或者根据实际地质情况在原桩位周边引孔。

到一些较大卵石或小孤石等障碍物②遇到地下障碍物的处理。在施工过程中若遇

,可以直接抽干套管内积水后人工下去进行清除;若遇较大孤石先用冲锤打碎后再用冲抓掏出;若遇岩层时,使用旋挖机进行嵌岩施工。

状强风化花岗岩③防止孔壁坍塌,为了防止孔壁坍塌。本桩基工程的持力层为碎块

,在进行扩大头施工时需要使用泥浆护壁,由于本工程地下水水位较高且存有粘土层,在施工中加入清水具有自然造浆性能,泥浆比重一般控制在1.2-1.3之间,若自然土层造浆不足可以加入粘性土或膨润土进行造浆调节泥浆比重,泥浆起到平衡土压力的作用,施工时应保持护筒内的液面高度以达到平衡土压力的作用,防止扩大头部分孔壁坍塌。

5　施工效果

目一期工程中完成一根桩的综合时间为①较大地缩短施工工期。经过统计比较36.8h,,该项

而二期完成一根桩的综合时间为19.8h,施工完成一根桩的综合时间可以节省17h,则二期245根桩基工程全部完成可以缩短工期卵石地层②成孔质量好174天。

,避免了塌孔。采用全套管隔离松散易塌的砂、埋钻等现象,也确保了桩端扩大头的顺利进行,减少材料的使用并保证了桩基的质量声波透射检测试验结果均满足设计及规范要求③。

桩基质量更加优良。桩基经过静载、低应变,质、

量达到优良标准,本桩基工程共抽取12根桩进行静载试验检测,其中最大沉降量为19.82mm,最小沉降量为10.6mm;全部桩基进行低应变检测,其中Ι

类桩233根占95.1%,Ⅱ类桩12根占4.9%;共进行2超声波检测根占5.%;40桩基最大偏位小于根,其中Ι类桩38100根占95%,Ⅱ类桩期桩基工程所采用的液压振动锤旋挖钻孔灌注桩工mm;相比于一

艺施工结果的静载试验的最大沉降量35.4mm、最小沉降量18.6mm的静载试验等检测结果质量更加优良。参考文献:

[1]的研究宋志彬[J].,建筑机械冯起赠,许本冲,2013,40(9):29,等.全套管钻进机理和全回转套管钻机-36.

[2]施工工法沈保汉[J]..盾安工程机械与维修DTR全套管全回转钻机喀斯特地层大直径灌注桩,2013(12):112-117.[J].[3]王英坡中国煤炭地质,王庆学,2013,25(8):48,朱其富.复杂地质条件下桩基础施工难点分析[4]2017(9):224陈长月.大型旋挖机钢护筒钻进成孔技术应用-49.

-225.

[J].价值工程,[5]国地质大学郇盼.全套管钻进中套管的受力分析与数值模拟(北京),2014.[D].北京:中工大学[6]王招洪,2013.

.旋挖桩法施工及检测管理方法研究[D].广州:华南理