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    全套管全回转钻机钻孔灌注桩施工工法

    2018-10-15

    1. 前言

      冲抓斗跟管钻进法全套管全回转钻机灌注桩即贝诺特灌注桩。成孔过程中持续抓斗抓土与套管钻进,确保全程钢套管做护壁,成孔后孔内加放钢筋笼,灌注混凝土而成。为了满足我国大直径灌注桩基础施工及土木建筑市场发展的需求,提高桩基行业的技术力量,适应我国经济的发展水平,近年来该施工工法被广泛应用于楼房桩基建设、高铁高架桥墩桩基建设等不同领域的桩基础施工中,并体现出其独有的社会效益及经济效益。

    2. 施工原理

      全套管全回转钻机钻孔灌注桩主要是利用DTR全套管全回转钻机的回转装置使钢套管与土层间的摩擦阻力大大减少,边回转边压入,同时利用冲抓斗、冲击锤挖掘取土,直至套管下压至设计标高为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定,并确认桩端持力层,然后清除虚土。清孔后将钢筋笼放入,接着将导管竖立在钻孔中心,最后灌注混凝土成桩

    3. 施工特点

      全套管全回转钻机钻孔灌注桩施工与传统泥浆护壁的钻、冲击成孔及其他作业法的大直径灌注桩的施工方法相比具有以下优点:①低噪音,无振动,安全性高;②成孔过程中全程钢套管护壁,避免塌孔缩颈等施工事故,可靠近既有建筑物施工,成孔质量高;③配合各种类型冲抓斗,几乎可以在各种土层、岩层施工,钻进过程中可直观判别地层及岩石特性;④依靠DTR全套管全回转钻机自身强大的扭矩及下压力,施工速度快,钻进深度大;⑤成孔直径标准,充盈系数小,同时成孔垂直度便于掌握,垂直精度高;⑥不使用泥浆,避免泥浆进入混凝土的可能性,成桩质量高,同时作业面干净,环保性好,适合于市区内施工。

    4. 适用范围及设备

    4.1 全套管全回转钻机钻孔灌注桩常用范围

    主要针对软弱地层、坚硬深厚卵石层、砾石层,流砂淤泥等强缩颈层、桩位下方存有高承压水层、喀斯特地层、多层或设计桩位下方存在废桩、垃圾土等障碍物时的复杂地层条件下进行施工。亦或桩基工程施工时,遇到桩位中心紧贴地下建筑物周边,或紧挨对位移敏感的特殊构筑物的环境下进行施工。适用于直径0.8m3.2m的不同桩径桩基施工,目前已完成深度150米的桩基施工。

    4.2 主要机具设备

    4.2.1测量设备:全站仪、水准仪、经纬仪。

    4.2.2机械设备:DTR全套管全回转钻机、履带吊车、挖掘机、运输车、冲抓斗(旋挖钻机)、重锤、套管、导管、电焊机、灌注斗、筒式取水器。

    4.2.3检测设备:试块模、坍落度计、孔径检测仪、孔深检测器具。

    5. 施工工艺流程

    5.1 施工流程  DTR全套管全回转钻机钻孔灌注桩单桩施工流程:


     

    5.2 施工要点


    5.2.1 全套管钻机就位对中


    采用全站仪测放桩位中心,利用十字定心法将基板吊至桩位并实现桩位中心点与基板中心点对中,随后吊放全套管钻机移动至基板定位槽中,实现钻机对中,于钻机顶部平台设立十字线,校核该中心点是否与桩位中心点重合,如出现偏差,起吊做纠偏处理。


    5.2.2 压入第一节套管


    第一节套管的施工效果是影响桩基垂直度的主要因素。下压过程中从XY两个轴线方向,利用测锤配合经纬仪(全站仪)检测套管垂直度,如若出现轻微偏斜现象,可通过调整全套管全回转钻机支腿油缸来确保套管垂直(调整后必须用经纬仪进行检测);当偏斜现象过于严重时,需将套管起拔至上步套管垂直处,进行基坑内回填后重新下放。


    5.2.3 取土成孔,套管跟进


    先压入带高强度合金刀头的第一节套管, 压入深度约3米后,采用冲抓斗从套管内部取土,一边取土一边下压套管。特殊地层取土成孔的工序作业可视不同的具体地层采用相应方法进行施工:


    • 在地表软弱、流砂层中的成孔方法

      地表软弱地层应设置大型全套管全回转钻机工作台,流砂层属易塌孔缩颈地层,此时取土工序要求取土面要始终高于套管底口且深度不小于2.5米,同时穿越流砂地层施工时,需运用反复上下运动方法进行套管压入,防止始终下压动作造成流砂相对套管产生压密现象。

    • 在漂卵石层中的成孔方法

      在漂卵石层中采用边挖掘边跟进套管的方法,可超前取土400mm左右,体型较小漂石(300mm左右)可采用冲抓斗将漂石抓出,遇到体型较大漂石时,可用楔形锤顺着套管小心冲击,把漂石拨到钻孔中心后抓出,也可用重锤将其击碎后再抓出,当遇到大于桩径的漂石时,可重锤冲击、钻挖钻机取芯、人工爆破等方式予以清除。

    • 在硬岩层中的成孔方法

      在硬岩层中成孔时,需采用超挖法进行套管跟进。超挖施工即挖掘深度大于套管下放深度,超挖施工可利用重锤配合冲抓斗进行,同时也可以利用旋挖钻机截齿或牙轮钻头进行取芯超挖。

    • 在溶洞(卡斯特)地层中的成孔方法

      遇到溶洞(卡斯特)地层时,需放慢全套管全回转钻机套管回转下压施工,利用设备自身良好的垂直度调节性能及钻速、钻压与扭矩的自动控制性能,仔细认真的完成穿过溶洞的钻进任务。(根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况,按照先短后长,先易后难,先外后内的原则确定各桩施工顺序)

    • 在含水层中的成孔方法

      当遇到含水层时,应将套管先下压至相对隔水层,再进行冲抓作业,如果孔内含水量较大时,则需要采用筒式取水器辅助排水。

      5.2.4 吊放钢筋笼

      成孔达到设计标高后,再次检查孔的深度、垂直度是否符合设计要求,同时清理孔底虚土,经检查合格后,采用多点起吊法起吊钢筋笼下放至基坑中,同时采取有效措施保证钢筋笼标高,钢筋笼下放位置应距孔底约50cm

      5.2.5 灌注混凝土

      孔内有水时,采用水下混凝土法灌注施工。孔内无水时,采用干孔灌注施工,此时需要振捣。开始灌注混凝土时,为确保混凝土能封堵孔底,应一次性灌注2-3m3混凝土,混凝土灌注过程中确保混凝土面高出套管和导管底部端口不小于2-2.5米,防止起拔过快影响成桩质量。

      5.2.6 逐次拔管

      逐次拔管包含套管及混凝土灌注导管,混凝土灌注一定方量时应进行拔管工序,即要保证混凝土面高出套管和导管底部端口不小于2-2.5米,同时也要注意及时拔管,防止混凝土凝固在套管内部产生“闷管”现象。

      6. 质量控制

      6.1 桩垂直度控制

      根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》GB5029919993.1.5条规定,地下桩基工程中桩的垂直度允许误差为3‰。桩基垂直度控制也是施工技术重点及难点,具体控制方法可从以下几方面进行:

      6.1.1 套管自身垂直度检测

      在平整的场地上测放出两条相互平行的直线,将套管放置在两条直线之间,然后用线锤和直尺进行检验,要求套管垂直度要控制在2‰以内;检测包含单节套管及按照桩深将套管配置连接到一起的整体套管。

      6.1.2 成孔过程中桩的垂直度检测

      在套管四周选取两个正交方向(XY两个轴线方向),采用测锤配合经纬仪不断校核套管的垂直度,发现偏斜现象立即处理,该检测工序需要贯穿整个成孔过程,同时在每一节套管对接前,需要用直尺及线锤进行孔内垂直度检查,检测合格后并做好记录方可进行下节套管对接。

      6.1.3 纠偏措施

      当套管起始入土时(5m左右),若出现轻微偏斜现象可通过升降全套管全回转钻机四个支腿油缸调整套管垂直度;当套管入土深度过深时,通过调节全套管全回转钻机支腿油缸已无法进行垂直度调整,此时应该进行管内回填,一边回填一边起拔套管,将套管起拔至上次检查垂直度合格位置,调整套管垂直后,重新下压施工。

      6.2 地下障碍物处理控制

      遇到较大的障碍物不能正常施工时可以先将冲抓斗换成重锤击碎障碍物将其清除,或采用旋挖钻机截齿或牙轮钻头配合钻进施工。

      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过10cm,泥浆残渣颗粒大小不得超过3mm。孔内无水时,可人工进入孔底清孔,孔内虚土不多且孔内无水或水位很浅时,可轻放抓斗,细心清底,孔内水位较高且沉淀物多时采用掏渣法即利用冲抓斗配合沉渣桶进行残渣清除(或利用旋挖钻机双翼钻筒进行),如若以上方法均不能将孔底处理充分时,需在下放混凝土灌注导管后利用导管采用正反循环法进行清孔处理。

      6.4 钢筋笼上浮现象处理控制

      钢筋笼上浮是指在混凝土灌注过程中,套管及导管起拔带动钢筋笼上升或混凝土顶托上升的现象,预防及处理措施如下:①严格控制混凝土质量,混凝土中骨粒大小应小于20mm;②灌注混凝土之前先起拔一段套管,查看钢筋笼是否上浮,并做相应处理;③钢筋笼焊接时安装钢筋笼导正器;④钢筋笼底部焊接一块比钢筋笼直径略小的薄钢板(或钢筋笼底部做成锥形),增加抗浮能力。

      6.5 混凝土灌注控制

      1. 混凝土灌注前,要清理套管内壁上粘连的泥土,防止其影响成桩质量;

      2. 混凝土灌注过程中要经常根据灌注高度起拔套管及导管,既防止套管及导管凝固在混凝土中,也要严格控制防止套管及导管起拔过快露出混凝土面;

      3. 混凝土灌注不得低于设计标高。

      6.6 成孔成桩质量检测控制

      成孔成桩质量检测按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002和现行国家行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008执行。


    1. 应用实例

      成兰铁路太平站大桥桩基工程

      该工程位于四川省阿坝州茂县太平乡地段,地层以粗角砾、块石土、粉质粘土为主,其中桩基位置处覆埋深超90米,压力高达1Mpa高承压水,给施工带来严峻挑战。经过多次现场考察及会议研讨,选择采用DTR2605H全套管全回转钻机进行施工,施工工艺为套管分级护壁,外套管采用直径2m钢套管(60余米),内套管采用直径1.5m的钢套管进行施工,按照此工艺进行施工,最终完成桩径1.5米,桩深最大达151米的灌注桩施工,是国内目前全套管全回转钻机施工最深的灌注桩,也是全套管全回转钻机钻孔灌注桩施工工法在世界上最深的钢套管灌注桩。

      沪昆铁路桂林段桥桩加固工程

      该工程加固采用1.5m直径钢套管桩,桩深40-80m;地层分布有砂层、卵砾石层和呈串珠状发育溶洞等,且地下水位较高。施工过程严禁对高铁运行产生干扰。期间DTR1505DTR2005HDTR2605H等多台全回转钻机参与了抢险施工,抢险前高铁运行经过此里程段下沉3mm,实际施工过程中,高铁运行下沉降监测仍为3mm,经十二局局指挥部确认全回转套管施工对运行的高铁未产生任何干扰,成功的完成了中铁十二局分配的灌注桩施工任务。