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    全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工工法

    2018-10-15


    1. 概念


    全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工主要用于蓋挖法施工中的逆作法施工。通過全套管全回轉鉆機自身的兩套液壓夾緊裝置和垂直控制系統,將鋼管柱垂直插入到初凝前的混凝土中。


    2. 施工原理


         本工藝是根據二點定位的工作原理,通過DTR系列全回轉鉆機自身的兩套液壓定位裝置和垂直液壓系統,將鋼立柱垂直插入到初凝前的混凝土中(混凝土采用緩凝混凝土,緩凝時間約36小時)。鋼立柱在插入混凝土過程中通過鋼立柱下部安裝的定點式水平位移計將信號傳輸到信號采集系統,然后通過無線(有線)方式發送到電腦上,動態監測鋼立柱插入過程的垂直度,采集頻率可達60/分,垂直度可達<1‰,確保施工質量。


    3. 施工特點


    全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工與傳統其他鋼管柱插入施工相比具有以下特點:①成孔過程中全程套管護壁,能有效控制周圍土體的變形和地表的沉降,減小了對周邊環境的影響;②施工場地范圍小,適用于任何不規則形狀的平面或大平面的地下工程;


    ③全套管全回轉鉆機成孔與植入鋼管柱一體化作業,成孔精度高、施工效率高、安全性能高; 


    ④開挖和施工的交錯進行,逆作結構的自身荷載由立柱直接承擔并傳遞給地基,減少了大開挖時卸載對持力層的影響,減小了基坑內地基回彈量。


    4. 適用范圍及設備


    4.1 全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工適用范圍


    全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工一般運于基礎蓋挖逆作施工,特別適用于城市繁華地區、深度開挖、地層軟弱、地基承載力較低條件下的大型地下工程施工。


    4.2 機具設備


    4.2.1 測量設備:全站儀、水準儀、經緯儀。


    4.4.2 機械設備:全套管全回轉鉆機、履帶吊車、挖掘機、裝載機、運輸車、沖抓斗、重錘、套管、導管、電焊機、泵車、工具管、多功能平臺。


    4.4.3 檢測設備:卷尺、孔深檢測器具。


    5. 施工工藝流程


    5.1 施工流程


    全套管全回轉鉆機高精度無偏差鋼管柱插入施工工藝流程如下:


    布置施工現場→樁位放樣→多功能平臺就位→鉆機就位→吊放套管→抓斗取土,套管跟進→測量孔深→清孔→下放鋼筋籠→下放混凝土灌注導管→灌注混凝土至設計標高→吊裝鋼管柱→初始垂直狀態調整→全回轉鉆機下放鋼管柱→鋼管柱垂直度再次調整→鋼管柱下沉至設計標高→垂直度復核→調整垂直度→鋼管柱外側填筑砂石→鋼管柱內澆灌混凝土→待樁孔混凝土終凝→鉆機移開


    5.2 施工要點


    5.2.1 布置施工現場


    合理布置施工現場,清理場地內影響施工的障礙物,保證機械設備有足夠的施工空間,同時樁孔周邊軟弱區域,采用挖機挖除軟弱土,反復壓實后,然后鋪墊鋼板,再鋪設兩條走道板,防止鋼管柱插入時發生地基偏斜現象。


    5.2.2 多功能平臺及全套管鉆機就位對中


    采用全站儀測放樁位中心,利用十字定心法將多功能平臺吊至樁位并實現樁位中心點與平臺中心點對中,隨后吊放全套管鉆機移動至多功能平臺定位槽中,實現鉆機對中,于鉆機頂部平臺設立十字線,校核該中心點是否與樁位中心點重合,如出現偏差,起吊做糾偏處理。


    5.2.3 成孔灌注階段


    該階段施工可參考全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁施工要點及技術控制要求。


    5.2.4 吊裝鋼管柱


    鋼管柱的吊裝采用單機回轉法,起重機一邊起鉤一邊回轉使柱子繞柱腳旋轉而將整根鋼管柱吊起。鋼柱通過卡環將鋼絲繩固定到鋼管柱頂焊接的吊耳上。


    5.2.5 插入鋼管柱


    鋼管柱吊放至全套管全回轉鉆機內,初始時依靠鋼管柱的自重能自由下入孔內一定深度,當浮力大于鋼管柱重量后,由全套管全回轉鉆機將鋼管柱抱緊,用液壓下壓力將鋼管柱下壓插入孔內,當鋼管柱插至混凝土一個行程后,重新復測鋼管柱的垂直度(垂直度由傳感器檢測電腦數據分析)滿足垂直度要求后繼續下壓插入至混凝土中;如不滿足要求可調整全套管全回轉機的水平度,直至鋼管柱垂直度滿足要求。反復以上步驟,直至插入設計標深。          


    5.2.6 鋼管柱外側填筑砂石


    插入鋼管柱至設計標高后,即可對鋼管柱四周進行碎石回填,在鋼管柱外側設置溜槽,回填時保證碎石在鋼管柱兩側均勻填入,防止單側填入過多造成鋼管柱偏位、彎曲,碎石回填至與地面齊平。


    5.2.7 鋼管柱內澆灌混凝土


    鋼管柱四周回填碎石達到設計要求后,全套管全回轉鉆機仍需夾緊鋼管柱,控制好鋼管柱頂標高即可進行鋼管柱內澆筑混凝土。澆灌前先安放混凝土導管和料斗,然后采用泵車澆筑混凝土至設計標高。


    5.2.8 樁孔混凝土終凝后鉆機移位


    鋼管柱內混凝土澆筑完成后,必須待樁孔內混凝土終凝,才能將全套管全回轉鉆機移除,施工下一根樁。


    6. 質量控制


    6.1 樁孔允許偏差控制


    序號

    項目

    允許偏差

    1

    樁孔位中心線

    ±10mm

    2

    樁孔徑

    ±5mm

    3

    樁垂直度

    1/500

    4

    樁孔深

    +300mm


    6.2 成孔灌注過程質量控制


    成孔灌注過程質量控制參照全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁質量控制進行。


    6.3 鋼管柱制作質量控制


    鋼管柱制作質量控制需嚴格把控原材料及加工廠家資質控制。具體加工時分段加工的原材料圓管必須采用相貫面等離子—火焰管材數控切割機進行相貫面切割下料。下料切割、坡口、精度控制均由計算機控制一次完成,精度誤差不大于2mm。同時鋼管柱的裝卸和運輸過程中,應采取支頂、加固、捆綁等有效措施。


    鋼管柱自身質量標準:


    序號

    項目

    允許偏差

    1

    鋼管柱直徑(d

    ±d/500

    2

    縱向彎曲

    5mm

    3

    橢圓度

    1/500

    4

    端面不平度

    3mm


    6.4 樁基混凝土質量控制


    樁內插入鋼管柱工序需要在混凝土初凝前完成,故樁基混凝土需采用超緩凝型混凝土。根據工程的施工經驗,要求樁基混凝土需采用性能好的高效緩凝減水劑,同時要求緩凝時間不少于30小時,沉實時間不少于8小時。


    6.5 多功能平臺及全套管全回轉鉆機水平調節控制


    運用萬能平臺手動、自動調節功能將其調整水平,并重新復核中心位置,滿足要求后調整全套管全回轉鉆機水平度,要求運用全站儀與水準儀相互配合檢測,嚴格把控樁孔中心位置及整體水平度。


    6.6 鋼管柱插入施工質量控制


    鋼管柱下放過程首先依靠其自身重量,鋼管柱能自由下放到孔中一定深度,當浮力大于鋼管柱自重后,由全套管全回轉鉆機將鋼管柱夾緊,并用鉆機的液壓下壓功能將鋼管柱插至設計標高。吊裝前在鋼管柱上安裝兩個垂直傳感器,雙重監測鋼管柱垂直插入精度。鋼管柱吊放至全套管全回轉鉆機內,由夾緊裝置夾緊鋼管柱,采用兩臺全站儀呈90°雙向初測鋼管柱垂直度,并進行初始讀數采集,測定數據可根據電腦分析確定鋼管柱的垂直度,如鋼管柱不能滿足垂直要求,則利用全套管全回轉鉆機支腿液壓油缸不斷調整,直至鋼管柱絕對垂直,將垂直傳感器初始讀數歸零,開始利用全套管全回轉鉆機下插鋼管柱。當鋼管柱插至混凝土頂面后,應重新復測鋼管柱的垂直度,復測方法同上進行,滿足垂直度要求后,繼續下壓插入至混凝土中;如不滿足要求,則繼續調整鉆機的水平度,直至鋼管柱垂直度滿足要求。反復檢測、調整工序,直至鋼管柱下插到設計標深位置。


    鋼管柱插入允許偏差標準:


    序號

    項目

    允許偏差

    1

    鋼管柱中心與樁基礎中心

    ±5mm

    2

    鋼管柱頂面不平度

    ±5mm

    3

    鋼管柱頂面標高與設計標高差(a

    -20mma0mm

    4

    鋼管柱垂直度

    1/1000

    5

    鋼管柱上下端面相應對角線差

    20mm


    6.7 鋼管柱開挖垂直度保證控制


    鋼管柱固定后,在土方開挖期間可能會不可避免地遇到土方開挖機械設備或挖土不均勻導致影響鋼管垂直度的問題,對此,采取以下措施:


    1. 在鋼管柱附近開挖作業時采用小型挖掘機,挖掘過程中要始終保持認真負責的態度,土方坡道的設置盡量避開鋼管柱區域;

    2. 挖土時采用對稱、平衡的開挖方式,即對鋼管柱周邊均勻挖土,鋼管柱周邊土方高差不得超過0.5m,防止鋼管柱兩側高差過大,對鋼管柱產生測壓力,影響鋼管柱垂直度;

    3. 對鋼管柱采用型鋼拉桿進行加固,即在鋼筋混凝土支撐位置設置一道組合型鋼拉桿對鋼管進行固定,防止挖機挖運土方碰撞鋼管,導致鋼管變形;

      土方開挖時需特別注意土方施工設備對鋼管柱的影響。施工時派專人對現場土方施工進行現場旁站監管,鋼管柱周邊50cm范圍內土方采用人工開挖,嚴禁用挖掘機刮柱壁渣土,避免機械開挖對鋼管柱造成破壞。