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旋挖桩工艺发展的论文

论文 时间:2019-05-12 我要投稿
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  摘要:旋挖桩工艺在我国是近几年才推广使用的一种先进的桩基施工工艺,广泛应用于公路、铁路、桥梁和大型建筑的桩基施工。近几年,在青藏铁路、北京地铁、奥运场馆、首都机场新航站楼等大型工程的施工中,旋挖桩高效、环保、效益高的优势得到公认,国内掀起了“旋挖桩热”,旋挖钻机是“十五”期间发展最快的桩工机械产品。广州地区应用旋挖桩工艺较迟,实例不是很多,下面以某工程围护结构采用旋挖桩施工的成功例子分析该施工工艺在广州地区的应用和发展前景。

  关键词:旋挖钻机;工艺;优点;局限性;应用;发展

  1工程概述

  1.1工程基坑支护设计

  某工程建设规模为地上16层、地下2层,场地地面标高7.24~7.75m,基坑开挖深度7.62~10.00m。基坑支护的做法为:采用间距为1400的Ф1000钻孔桩加设一道预应力锚索+水泥搅拌桩止水的支护形式,其中钻孔桩的桩长有12.12、10.50、9.50、8.44、10、9.10、9.07、11m等8种,混凝土等级为C25。

  1.2工程地质特征

  根据野外钻探结果,场地岩土层按成因类型自上而下分别为人工填土层(Qml)、冲积层(Qal)、残积层(Qe)l以白垩系(K)风化岩带。其中人工填土层为①杂填土,冲积层包含②1粉土、②2淤泥、②3粉质粘土、②4粉土和②5中砂,风化残积层为③粉土,基岩为白垩系泥质粉砂岩岩体,包括④1全风化泥质粉砂岩带、④2强风化泥质粉砂岩带、④3中风化泥质粉砂岩带和④4微风化泥质粉砂岩带。

  1.3水文情况

  场地地下水属第四系孔隙潜水类型,地下水位主要受大气降水的影响,水位埋深为0.8~1.5m,标高为6.12~6.95m。在场地地层中,杂填土层、粉土和层为相对透水层;中粗砂层为主要含水层,冲积粉质粘土层、淤泥质粉质粘土、残积粉土层、全风化泥质粉砂岩带为相对隔水层。场地含水层呈透镜状,局部分布,储水量不大,总的来说场地地下水不丰富。

  1.4钻孔桩的实施情况

  钻孔桩共264条,投入20台钻孔桩机,计划13d完成。在施工过程中,由于桩机损坏及天气原因影响,8d成孔122条桩,比计划慢了约40条,即每台钻孔桩机每天成孔0.76条。

  现场项目部经过与桩施工队协调,增加投入1台广州地区较少使用的旋挖钻机(如图1)。结果,在最后5d的时间里,钻孔桩机成孔92条,旋挖钻机成孔50条,平均10孔/d。支护桩施工按计划顺利完成,为整个地下室施工赢得了时间。

  2旋挖钻机的成孔工艺

  旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻斗内,然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺,无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层,或有地下水分布,孔壁不稳定,必须采用静态泥浆护壁钻进工艺,向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。旋挖桩施工流程图见图2:

  3旋挖钻机成孔的优点

  3.1广泛的适应性

  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。

  3.2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,这样就有效地保证了工程的进度,节省了工期,减少了施工投入。

  3.3环保特点突出

  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,钻削中的泥浆含量相当低,这使污染源大大减少,改善了施工环境,成孔效率大大提高。

  3.4提高桩的承载力

  由于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。

  3.5行走移位方便

  旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置,而不像传统循环钻机移位那么繁琐,从而加快了施工速度,对场地的适应能力极强。

  3.6桩孔对位方便准确

  这是传统循环钻机根本达不到的,在对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位,使钻机达到最佳钻进状态。

  4旋挖钻机的局限性

  4.1受施工土层的制约较大

  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。

  4.2整机的价格较贵

  目前国产旋挖钻机价格约为400~500万元,进口钻机价格要600多万元人民币。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。

  4.3维修费用高、时间长

  旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6000多个小时,超过这一寿命后,一些部件就需要更换修理,尤其是液压系统主泵、动力头以及钻杆钻具,而往往这些关键部件的维修费用较高,时间也较长。

  5旋挖桩在广州地区的应用情况分析

  5.1旋挖桩适用地层

  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适用于进入硬岩施工,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。

  5.2广州地区地质情况

  广州位于粤中拗陷(三级单元)的中部,广从、瘦狗岭、广三断裂是本区构造的基本骨架,主要以广从断裂和瘦狗岭断裂为界线分成4个构造区:增城凸起,广花凹陷,东莞盆地,三水断陷盆地。瘦狗岭断裂以南构造区,包括广州市中心及黄埔港一带,处于三水断陷盆地东延部分。主体构造走向是东西向,其次是北西向。岩层埋深较浅,一般为10~20m左右,有的地方甚至从5m开始即进入岩层。该地区微风化岩层单轴抗压强度一般在30MPa左右,有的达到35MPa,有一定起伏。

  5.3应用情况分析

  根据旋挖桩适用的地层情况,旋挖钻机在广州地区土层中成孔较为理想,其不仅适用于工程围护结构的施工,同时可以作为工程桩的理想桩基施工机械。

  6发展前景

  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,进口产品正大量涌入我国市场,而我国同类产品的开发尚处于初始阶段,未来几年将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的。

  在广州,旋挖桩的应用处于萌芽阶段,只在一些大型的工程(如地铁)施工中使用过,可供参考的施工经验较少。但是随着广州及周边城市建设规模的不断扩大,大型地下工程必然越来越多,旋挖桩施工工艺必将具有非常广阔的前景。

  参考文献

  [1]张启君国内旋挖钻机的现状与施工技术点交通世界(建养.机械)2005年07期.

  [2]张启君国内外旋挖钻机发展现状与结构特点分析(上篇)建设机械技术与管理2006年04期.

  [3]陶坤旋挖钻机在桩基础施工中的应用与分析探矿工程(岩土钻掘工程)2007年02期.

  [4]刘伟旋挖钻机的发展及应用建筑机械化2004年第11期.

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