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    全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁施工工法

    2018-10-15

    1. 前言

      沖抓斗跟管鉆進法全套管全回轉鉆機灌注樁即貝諾特灌注樁。成孔過程中持續抓斗抓土與套管鉆進,確保全程鋼套管做護壁,成孔后孔內加放鋼筋籠,灌注混凝土而成。為了滿足我國大直徑灌注樁基礎施工及土木建筑市場發展的需求,提高樁基行業的技術力量,適應我國經濟的發展水平,近年來該施工工法被廣泛應用于樓房樁基建設、高鐵高架橋墩樁基建設等不同領域的樁基礎施工中,并體現出其獨有的社會效益及經濟效益。

    2. 施工原理

      全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁主要是利用DTR全套管全回轉鉆機的回轉裝置使鋼套管與土層間的摩擦阻力大大減少,邊回轉邊壓入,同時利用沖抓斗、沖擊錘挖掘取土,直至套管下壓至設計標高為止。挖掘完畢后立即進行挖掘深度的測定,并確認樁端持力層,然后清除虛土。清孔后將鋼筋籠放入,接著將導管豎立在鉆孔中心,最后灌注混凝土成樁

    3. 施工特點

      全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁施工與傳統泥漿護壁的鉆、沖擊成孔及其他作業法的大直徑灌注樁的施工方法相比具有以下優點:①低噪音,無振動,安全性高;②成孔過程中全程鋼套管護壁,避免塌孔縮頸等施工事故,可靠近既有建筑物施工,成孔質量高;③配合各種類型沖抓斗,幾乎可以在各種土層、巖層施工,鉆進過程中可直觀判別地層及巖石特性;④依靠DTR全套管全回轉鉆機自身強大的扭矩及下壓力,施工速度快,鉆進深度大;⑤成孔直徑標準,充盈系數小,同時成孔垂直度便于掌握,垂直精度高;⑥不使用泥漿,避免泥漿進入混凝土的可能性,成樁質量高,同時作業面干凈,環保性好,適合于市區內施工。

    4. 適用范圍及設備

    4.1 全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁常用范圍

    主要針對軟弱地層、堅硬深厚卵石層、礫石層,流砂淤泥等強縮頸層、樁位下方存有高承壓水層、喀斯特地層、多層或設計樁位下方存在廢樁、垃圾土等障礙物時的復雜地層條件下進行施工。亦或樁基工程施工時,遇到樁位中心緊貼地下建筑物周邊,或緊挨對位移敏感的特殊構筑物的環境下進行施工。適用于直徑0.8m3.2m的不同樁徑樁基施工,目前已完成深度150米的樁基施工。

    4.2 主要機具設備

    4.2.1測量設備:全站儀、水準儀、經緯儀。

    4.2.2機械設備:DTR全套管全回轉鉆機、履帶吊車、挖掘機、運輸車、沖抓斗(旋挖鉆機)、重錘、套管、導管、電焊機、灌注斗、筒式取水器。

    4.2.3檢測設備:試塊模、坍落度計、孔徑檢測儀、孔深檢測器具。

    5. 施工工藝流程

    5.1 施工流程  DTR全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁單樁施工流程:


     

    5.2 施工要點


    5.2.1 全套管鉆機就位對中


    采用全站儀測放樁位中心,利用十字定心法將基板吊至樁位并實現樁位中心點與基板中心點對中,隨后吊放全套管鉆機移動至基板定位槽中,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。


    5.2.2 壓入第一節套管


    第一節套管的施工效果是影響樁基垂直度的主要因素。下壓過程中從XY兩個軸線方向,利用測錘配合經緯儀(全站儀)檢測套管垂直度,如若出現輕微偏斜現象,可通過調整全套管全回轉鉆機支腿油缸來確保套管垂直(調整后必須用經緯儀進行檢測);當偏斜現象過于嚴重時,需將套管起拔至上步套管垂直處,進行基坑內回填后重新下放。


    5.2.3 取土成孔,套管跟進


    先壓入帶高強度合金刀頭的第一節套管, 壓入深度約3米后,采用沖抓斗從套管內部取土,一邊取土一邊下壓套管。特殊地層取土成孔的工序作業可視不同的具體地層采用相應方法進行施工:


    • 在地表軟弱、流砂層中的成孔方法

      地表軟弱地層應設置大型全套管全回轉鉆機工作臺,流砂層屬易塌孔縮頸地層,此時取土工序要求取土面要始終高于套管底口且深度不小于2.5米,同時穿越流砂地層施工時,需運用反復上下運動方法進行套管壓入,防止始終下壓動作造成流砂相對套管產生壓密現象。

    • 在漂卵石層中的成孔方法

      在漂卵石層中采用邊挖掘邊跟進套管的方法,可超前取土400mm左右,體型較小漂石(300mm左右)可采用沖抓斗將漂石抓出,遇到體型較大漂石時,可用楔形錘順著套管小心沖擊,把漂石撥到鉆孔中心后抓出,也可用重錘將其擊碎后再抓出,當遇到大于樁徑的漂石時,可重錘沖擊、鉆挖鉆機取芯、人工爆破等方式予以清除。

    • 在硬巖層中的成孔方法

      在硬巖層中成孔時,需采用超挖法進行套管跟進。超挖施工即挖掘深度大于套管下放深度,超挖施工可利用重錘配合沖抓斗進行,同時也可以利用旋挖鉆機截齒或牙輪鉆頭進行取芯超挖。

    • 在溶洞(卡斯特)地層中的成孔方法

      遇到溶洞(卡斯特)地層時,需放慢全套管全回轉鉆機套管回轉下壓施工,利用設備自身良好的垂直度調節性能及鉆速、鉆壓與扭矩的自動控制性能,仔細認真的完成穿過溶洞的鉆進任務。(根據地質鉆探資料提供的溶洞分布情況,按照先短后長,先易后難,先外后內的原則確定各樁施工順序)

    • 在含水層中的成孔方法

      當遇到含水層時,應將套管先下壓至相對隔水層,再進行沖抓作業,如果孔內含水量較大時,則需要采用筒式取水器輔助排水。

      5.2.4 吊放鋼筋籠

      成孔達到設計標高后,再次檢查孔的深度、垂直度是否符合設計要求,同時清理孔底虛土,經檢查合格后,采用多點起吊法起吊鋼筋籠下放至基坑中,同時采取有效措施保證鋼筋籠標高,鋼筋籠下放位置應距孔底約50cm

      5.2.5 灌注混凝土

      孔內有水時,采用水下混凝土法灌注施工。孔內無水時,采用干孔灌注施工,此時需要振搗。開始灌注混凝土時,為確保混凝土能封堵孔底,應一次性灌注2-3m3混凝土,混凝土灌注過程中確保混凝土面高出套管和導管底部端口不小于2-2.5米,防止起拔過快影響成樁質量。

      5.2.6 逐次拔管

      逐次拔管包含套管及混凝土灌注導管,混凝土灌注一定方量時應進行拔管工序,即要保證混凝土面高出套管和導管底部端口不小于2-2.5米,同時也要注意及時拔管,防止混凝土凝固在套管內部產生“悶管”現象。

      6. 質量控制

      6.1 樁垂直度控制

      根據我國《地下鐵道工程施工及驗收規范》GB5029919993.1.5條規定,地下樁基工程中樁的垂直度允許誤差為3‰。樁基垂直度控制也是施工技術重點及難點,具體控制方法可從以下幾方面進行:

      6.1.1 套管自身垂直度檢測

      在平整的場地上測放出兩條相互平行的直線,將套管放置在兩條直線之間,然后用線錘和直尺進行檢驗,要求套管垂直度要控制在2‰以內;檢測包含單節套管及按照樁深將套管配置連接到一起的整體套管。

      6.1.2 成孔過程中樁的垂直度檢測

      在套管四周選取兩個正交方向(XY兩個軸線方向),采用測錘配合經緯儀不斷校核套管的垂直度,發現偏斜現象立即處理,該檢測工序需要貫穿整個成孔過程,同時在每一節套管對接前,需要用直尺及線錘進行孔內垂直度檢查,檢測合格后并做好記錄方可進行下節套管對接。

      6.1.3 糾偏措施

      當套管起始入土時(5m左右),若出現輕微偏斜現象可通過升降全套管全回轉鉆機四個支腿油缸調整套管垂直度;當套管入土深度過深時,通過調節全套管全回轉鉆機支腿油缸已無法進行垂直度調整,此時應該進行管內回填,一邊回填一邊起拔套管,將套管起拔至上次檢查垂直度合格位置,調整套管垂直后,重新下壓施工。

      6.2 地下障礙物處理控制

      遇到較大的障礙物不能正常施工時可以先將沖抓斗換成重錘擊碎障礙物將其清除,或采用旋挖鉆機截齒或牙輪鉆頭配合鉆進施工。

      6.3 清孔控制

          灌注水下混凝土前要求孔底成渣厚度不得超過10cm,泥漿殘渣顆粒大小不得超過3mm。孔內無水時,可人工進入孔底清孔,孔內虛土不多且孔內無水或水位很淺時,可輕放抓斗,細心清底,孔內水位較高且沉淀物多時采用掏渣法即利用沖抓斗配合沉渣桶進行殘渣清除(或利用旋挖鉆機雙翼鉆筒進行),如若以上方法均不能將孔底處理充分時,需在下放混凝土灌注導管后利用導管采用正反循環法進行清孔處理。

      6.4 鋼筋籠上浮現象處理控制

      鋼筋籠上浮是指在混凝土灌注過程中,套管及導管起拔帶動鋼筋籠上升或混凝土頂托上升的現象,預防及處理措施如下:①嚴格控制混凝土質量,混凝土中骨粒大小應小于20mm;②灌注混凝土之前先起拔一段套管,查看鋼筋籠是否上浮,并做相應處理;③鋼筋籠焊接時安裝鋼筋籠導正器;④鋼筋籠底部焊接一塊比鋼筋籠直徑略小的薄鋼板(或鋼筋籠底部做成錐形),增加抗浮能力。

      6.5 混凝土灌注控制

      1. 混凝土灌注前,要清理套管內壁上粘連的泥土,防止其影響成樁質量;

      2. 混凝土灌注過程中要經常根據灌注高度起拔套管及導管,既防止套管及導管凝固在混凝土中,也要嚴格控制防止套管及導管起拔過快露出混凝土面;

      3. 混凝土灌注不得低于設計標高。

      6.6 成孔成樁質量檢測控制

      成孔成樁質量檢測按現行國家標準《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2002和現行國家行業標準《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008執行。


    1. 應用實例

      成蘭鐵路太平站大橋樁基工程

      該工程位于四川省阿壩州茂縣太平鄉地段,地層以粗角礫、塊石土、粉質粘土為主,其中樁基位置處覆埋深超90米,壓力高達1Mpa高承壓水,給施工帶來嚴峻挑戰。經過多次現場考察及會議研討,選擇采用DTR2605H全套管全回轉鉆機進行施工,施工工藝為套管分級護壁,外套管采用直徑2m鋼套管(60余米),內套管采用直徑1.5m的鋼套管進行施工,按照此工藝進行施工,最終完成樁徑1.5米,樁深最大達151米的灌注樁施工,是國內目前全套管全回轉鉆機施工最深的灌注樁,也是全套管全回轉鉆機鉆孔灌注樁施工工法在世界上最深的鋼套管灌注樁。

      滬昆鐵路桂林段橋樁加固工程

      該工程加固采用1.5m直徑鋼套管樁,樁深40-80m;地層分布有砂層、卵礫石層和呈串珠狀發育溶洞等,且地下水位較高。施工過程嚴禁對高鐵運行產生干擾。期間DTR1505DTR2005HDTR2605H等多臺全回轉鉆機參與了搶險施工,搶險前高鐵運行經過此里程段下沉3mm,實際施工過程中,高鐵運行下沉降監測仍為3mm,經十二局局指揮部確認全回轉套管施工對運行的高鐵未產生任何干擾,成功的完成了中鐵十二局分配的灌注樁施工任務。