摘要：本文結合南京市寧溧路快速化改造工程,對3種類型鑽機進行鑽孔工藝比選,在該工程中鑽孔灌注樁採用旋挖鑽施工。介紹旋挖鑽機鑽孔的工作原理及施工工藝,闡述旋挖鑽在市政工程應用,對以後同類工程具有一定的參考價值。
關鍵詞：旋挖鑽機 施工工藝 鑽孔灌注樁
1、工程概況
寧溧路快速化改造工程位於南京市主城東南部, 起於雙橋門立交南端,終於麥德龍路,改造里程約2.5公里。其中SG1標段主要包括新建主線雙向四車道高架及地面雙向六車道改造,新建兩條單向三車道匝道、四條單向單車道匝道等。共有鑽孔灌注樁總計約335根,樁徑1.2～1.5m,樁長20～39m。
該工程樁基處地質情況相對較複雜,岩土層為雜填土、素填土、粘土、粉質粘土、粉質粘土混卵礫石、強風化泥岩、泥質粉砂岩、中風化泥岩、泥質粉砂岩。工程場地位於突起帶之間的基岩盆地中,沉積有厚層的泥質粉砂岩、泥岩和細砂岩,覆蓋層厚度變化較大,且基岩巖面起伏變化也比較大。作為樁基持力層的中風化泥岩、泥質粉砂岩,屬軟巖-極軟巖,遇水易軟化。
2、工程難點
本工程施工主要難點:①南京市區施工,交通壓力大,施工區域極其狹小;②工期較緊,樁基數量較多;③地處鬧市區和綠化帶,環保要求較高;
3、鑽機選型
針對施工現場的施工環境及上述施工難點,為滿足工期及施工質量要求,主要對3種類型鑽機鑽孔工藝進行了研究比選[1-3],3種類型鑽機鑽孔工藝區別見,表1。
根據上述比較結果以及樁基施工的特點、工程地質條件和該工程對環境保護的要求,本工程選用BG200旋挖鑽機,要求旋挖機同時配備筒鑽頭和螺旋鑽頭,在上層土層中使用筒鑽頭並控制鑽進速度;在進入較硬的基岩或礫石層後,用筒鑽頭難以鑽進後,可採用螺旋鑽頭與筒鑽頭交替使用的方法鑽進。
4、旋挖鑽機施工工藝
4.1 工作原理
旋挖鑽成孔首先是通過鑽機自有的行走功能和桅杆變幅機構使鑽具迅速達到樁位,利用桅杆導向下放鑽桿將底部帶有活門的筒式鑽頭置放到孔位,鑽機動力頭裝置為鑽桿提供扭矩,加壓裝置通過加壓動力頭的方式將加壓力傳遞給鑽桿、鑽頭,鑽頭回旋破碎岩土,並直接將其裝入鑽頭內,然後再由鑽機提升裝置和伸縮式鑽桿將鑽頭提出孔外卸土,這樣迴圈往復,不斷取土、卸土,直至鑽到設計孔深。
4.2 護筒埋設
護筒埋設是旋挖作業中的關鍵。護筒採用12mm厚鋼板卷制而成,護筒內徑較樁徑大20cm。在焊接接頭處均加設15cm寬的鋼帶,護筒底加設50cm寬的鋼帶作為刃腳,以為加強鋼護筒的整體剛度。首先採用人工風鎬破除既有道路瀝青面層及路基層,然後利用旋挖鑽機的桶型鑽頭進行開孔,開孔完畢後,利用鑽桿桅杆上的副捲揚機起吊護筒,輔助人工推移,進行護筒埋設,護筒頂口高出地面約30cm。沿護樁拉十字線複核護筒中心,使護筒中心豎直線與樁中心線重合,並在護筒口用紅油漆標識護樁方向線位置。經確認護筒平面位置的偏差不超過50mm,豎直線傾斜度不大於0.5%,則將其四周用粘土夯實。
4.3 泥漿製備
由於旋挖鑽成孔極快,對於護壁要求就更為嚴格,在泥漿製備上一定要嚴格要求,否則極易造成塌孔。造漿材料選擇優質膨潤土,不能使用孔內原土造漿護壁,膨潤土作為泥漿原料一般為用水量的8%,造漿前應根據泥漿效能指標的要求做泥漿配合比的試驗,現場按照泥漿配合比用製漿機拌制泥漿並存入儲漿池。特殊情況下,在使用黏土作為造漿材料時應符合下列要求:①自然風乾後,用手不易掰開捏碎。②乾土破碎時,斷面有堅硬的尖銳稜角。③用刀切開時,切面光滑、顏色較深。④水浸溼後有粘滑感,加水合成泥膏後,容易搓成1mm的細長泥條,用手指揉捻,感覺砂礫不多,浸水後能大量膨脹。
4.4 鑽進出渣
旋挖鑽機鑽孔施工中,泥漿為單向供應,在孔口注漿即可,與常規鑽機泥漿迴圈系統有較大的區別,部分泥漿隨筒鑽出渣而排出,損耗較大,需要隨時觀察孔內泥漿標高, 一般應高出護筒底口1m以上。由於旋挖鑽機鑽渣由筒鑽直接取出孔口,需要裝載機及運渣車輛配合,及時將鑽渣轉移至指定堆放場地。鑽進至鑽機顯示深度在設計深度以上1m左右時,採用經檢定過的鋼絲測繩進行精確測量,避免出現後期超鑽深度過大。
4.5 清孔
由於旋挖鑽的施工特點, 能夠採用掏渣法進行清孔,對於後期二次清孔是有利的。到達設計孔深前,最後一次下鑽時採用減壓吊鑽,並掃孔2～3圈,將孔底鑽渣儘可能取出,並保證孔底大致平整。旋挖成孔後利用旋挖鑽機掏渣鑽鬥進行掏渣,保證樁底沉澱層厚度符合設計及驗標要求(摩擦樁不大於20cm)。在水下砼澆築前,應複查樁底沉渣厚度,不滿足要求時進行二次清孔,二次清孔採用高壓風或泥漿置換法,泥漿置換法為常規施工方法,而高壓風或者高壓泥漿噴射,即在混凝土灌注前,對孔底進行高壓射風或射泥漿數分鐘,使沉澱物漂浮滿足沉渣厚度要求後,立即灌注水下混凝土。
5、旋挖鑽在市政工程中的應用
旋挖鑽機具有成孔速度快、環境汙染小、操作靈活方便、適用性強的優點,結合該市政工程中樁基施工特點,在施工中需特別注意以下幾點:
重視開挖探溝。市政工程的地下管線情況極其複雜,涉及到自來水、國防、電信、煤氣、電力等諸多方面,儘管開鑽前就取得了地下管線的佈置圖,但有些老管線在圖上可能漏標,管線圖的精度也不能滿足實際施工需要。如果貿然鑽進,有可能會造成嚴重損失,同時影響進度。所以在樁位放樣完成後,就必須開挖探溝,深度根據實際需求宜為1～3m。同時在埋設護筒的鑽進過程中,一定要緩速鑽進,遇到異常情況立即停鑽,提鑽後檢視情況。
製作可移動式鋼板泥漿池。在市政工程中,由於施工區的狹小,施工線較長,對環境保護要求較高,製作可移動式鋼板泥漿池,提高泥漿迴圈利用率,降低汙染,加快施工進度。
根據不同的地質條件,選擇不同的成孔方式。針對本工程中地質較差的.世紀廣場旁樁基,從泥面至泥面下10m左右均為鬆散的建築垃圾回填,採用傳統的方法不能滿足其穩定性,避免塌孔事件發生,從而選擇使用長度8～10m,壁厚1cm左右長護筒鑽進成孔,再使用泥漿護壁,取得了比較好的效果。對於地質條件比較好的,採用螺旋鑽+幹成孔的方式,最後採用筒鑽掃孔,同時必須遵循“3個提前”(即提前製作鋼筋籠,提前運至現場,提前在現場焊接),爭取鋼筋籠一次性吊裝完成,做好澆築混凝土的前期準備工作。按放鋼筋籠到澆築完混凝土整過過程不超過40分鐘,這樣,避免塌孔,再次清理孔底的工作,加快了施工進度,同時也保證了樁身的質量。對於較複雜的覆蓋層情況時,此時操作人員需根據出渣土質以及進尺情況,合理控制鑽進速度和提鑽速度,避免對孔壁造成較大的擾動,防止在鑽進過程中發生坍孔事故。對於實際地質情況與地堪報告相差較大時,採用不同旋挖鑽進都無法鑽進,鑽齒磨損極大時,應及時停鑽,防止傷害旋挖鑽機,此時可選擇其他方式成孔,從而避免推遲工期,減小經濟損失。