旋挖钻进工艺在广东潮州电厂桩基工程中的应用

1、收稿日期:2004-12-06作者简介:赵鹏飞(1967-,男(汉族,陕西武功人,河南省地质矿产勘查开发局第二地质队副总工程师,探矿工程专业,工程硕士,从事岩土工程施工技术管理工作,河南省焦作市解放东路,(03913932773,z haopengfei 8384yah oo .co ;王占友(1977-,男(汉族,辽宁铁岭人,北京振冲工程股份有限公司项目经理,岩土工程专业,从事地基与基础施工技术管理工作,北京市。旋挖钻进工艺在广东潮州电厂桩基工程中的应用赵鹏飞1,王占友2(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质队,河南焦作454002;2.北京振冲工程股份有限公司,北京100102摘 要:结合

2、广东大唐潮州三百门电厂钻孔灌注桩旋挖钻进施工中遇到的一些难题,通过对原有的旋挖钻斗结构优化改进,解决了钻进效率低、钻斗出甩土困难、成孔孔底沉渣过厚问题,并结合使用优质泥浆防止了塌孔问题,提高了施工效率。关键词:旋挖钻进;钻斗;斗齿;切削刃;广东潮州电厂;钻孔灌注桩中图分类号:TU 473.1+4 文献标识码:B 文章编号:1672-7428(200508-0018-02旋挖钻进工艺代表当今基础施工的先进水平,是今后基础施工业的发展方向之一。目前生产旋挖钻机的厂家很多,型号种类繁多,但结构和工作原理大同小异。旋挖钻机施工具有以下特点:可实现多种钻进方式,钻头更换方便,对地层适应性强,设备性能先进

3、,自动化程度高,劳动强度低,钻进效率高,成桩质量好,环境污染小,无循环钻进,适应于缺水地区施工。但在某些具体工程施工中,还存在一系列问题。本文以旋挖钻机在广东大唐潮州电厂桩基工程施工为例,进行工艺性的应用研究。1 工程概况广东大唐潮州三百门电厂一期桩基工程场区位于广东省潮州市饶平县拓林镇,北京振冲工程股份有限公司承担1、2号机组主厂房、电除尘、集控楼、输煤系统等钻孔灌注桩施工,桩径800、1000mm 两种,桩端持力层以进入中风化花岗岩层为主,桩长4050m 不等,总桩数约2400根,混凝土理论方量约为65000m 3,采用旋挖钻进工艺成孔。2 工程地质水文地质条件211 工程地质条件根据岩土

4、工程勘查报告,场地土大部分为海相沉积,按从上到下的顺序,各层土特性如下:层,细砂,灰白、灰黄色,成分为石英,级配不良,分选性较好,呈稍湿饱和,中密状态,局部为松散稍密,局部为密实状态,属海相沉积成因;层,中砂,灰黄色,成分主要为石英,级配良,分选性差,呈饱和密实状态,局部呈松散状态,属海相沉积成因;层,淤泥,深灰色,含有机质,土质细腻,有异味,混少量贝壳,呈很湿、流塑状态,属海相沉积成因;-1层,淤泥质土,深灰色,含有机质,有异味,混少量贝壳,呈很湿、流塑状态,属海相沉积;层,粘土,深灰色,土质细腻,质纯,含少量有机质,干强度高,韧性高,呈湿、可塑状态,属海相沉积成因;层,中砂,浅灰、黄色,成

5、分主要为石英,级配良,分选性差,含少量粘性土,局部含多量粘性土,呈饱和密实状态,局部呈中密状态,属海相沉积成因;层,粉质粘土,黄白、灰白、灰黄等色,干强度高,韧性高,含多量石英砂,局部夹中、粗砂薄层,呈湿、硬塑状态,部分呈坚硬状态,属海相成因;层,砂质粘性土,棕红、褐黄、灰白等色,含多量石英砂、角砾,局部夹全风化岩块,呈湿、硬塑坚硬状态,由花岗岩风化形成,残积成因;-1层,全风化花岗岩,灰白、棕红、褐黄等色,长石和黑云母全风化为粘土矿物,岩心呈土状,岩质软弱,遇水易软化,局部夹残积土;-2层,强风化花岗岩,浅黄、灰、褐黄色,长石和云母多已风化成为次生物,岩心多呈土状,岩质软弱,遇水易崩解;-3

6、层,中等风化花岗岩,灰、灰白、浅黄等色,中细粒花岗结构,块状构造,矿物主要成分为石英、长石和少量黑云母,部分长石和黑云母已风化为次生矿物,部分岩心呈半岩半土状,岩块含量>50%。18探矿工程(岩土钻掘工程 2005年第8期212水文地质条件潮州三百门电厂厂址所在区域属中亚热带季风气候,四季分明,气候温和,湿度大,雨量充沛,场区位于海边,淡水较缺,地下水位在自然地表以下215 m左右,受海水潮汐影响,地下水对混凝土有腐蚀作用,桩基混凝土须进行防腐处理。3旋挖钻进中遇到的难题本次工程所用的旋挖钻机有德国宝峨BG钻机6台,意大利土力钻机3台,通过前期工程施工,发现成孔过程中主要存在以下难题:(

7、1易出现孔壁坍塌,发生埋钻现象;(2旋挖钻进成孔后,孔底沉渣较厚,许多孔沉渣厚度>6m,清孔难度较大;(3钻进粘土层时,粘性土在钻斗内易卡堵,出甩土困难;(4钻进较硬的粘土层、风化花岗岩地层时,钻进效率很低,每日仅成桩3根。4解决难题的对策411解决塌孔问题为保证旋挖钻机顺利成孔,不出现孔壁坍塌、埋钻现象,主要采取加深孔口护筒长度及钻进过程中使用优质泥浆的方法。41111加深护筒采用护筒直径大于桩径5c m,长度延伸至地表以下6m,开钻时,先用截齿式螺旋钻头钻深4m,下入护筒,卸掉螺旋钻头,用旋挖钻机伸缩钻杆冲击护筒边,将护筒沉入,如下不到位,可用螺旋钻头在护筒内掏土,再用旋挖钻机钻杆冲

8、击护筒边,直至护筒下入到与地表平齐,然后,在护筒外用土围40c m土圈,便于储存一定量的泥浆,在钻进提钻过程中,及时补充孔内泥浆,维持孔内压力平衡。31112使用优质泥浆对于砂层、淤泥层,未钻孔前地层处于压力平衡状态,一旦被钻穿以后,破坏了原有的相对平衡,必须调整钻进泥浆性能,以利于维持孔内压力平衡。对于砂层,由于砂颗粒之间粘结性能较差,旋挖钻进过程中,在清水的扰动下,砂颗粒自动从孔壁脱落,易引起孔壁坍塌埋钻现象。除增加泥浆的密度外,还应当增加泥浆粘度,当粘度较大的泥浆适当渗入孔壁之后,可明显增加孔壁砂层砂颗粒之间的粘结力,并在孔壁形成一层颗粒细小致密的泥皮,使孔内水不与孔壁砂颗粒直接接触,增

9、加孔壁的稳定性。本次工程施工除使用优质粘土粉外,还加入了Na-C MC(钠羧甲基纤维素增粘剂,配方为:优质粘土粉230kg,水1m3,纯碱6kg,Na-C MC8kg左右。制出的泥浆密度为1115g/c m3左右。通过以上措施,保证了旋挖钻机在成孔过程中孔壁的稳定,解决了塌孔埋钻问题。412旋挖钻斗结构的优化改进为了解决旋挖钻机成孔后孔底沉渣较厚、旋挖钻斗出甩土困难、成孔速度较慢等问题,经过前期的施工摸索,对旋挖钻斗进行优化改进。41211解决钻进出甩土困难无论德国宝峨钻机还是意大利土力钻机,一般原配置的双开门旋挖钻斗的斗齿刃前角均为45b,本次工程施工,各钻机所配置的均为自动内锁互扣/铠0式

10、钻杆,内外钻杆通过齿条互相啮合,使内外钻杆形成一个有机的整体,动力头传递到钻具上的扭矩和压力较大,而工程施工的桩径为800、1000 mm两种,桩径较小,平均到单位钻齿上的压力较大,钻斗切削齿吃土过深,进入钻斗筒体粘土有一定的挤密作用,钻斗提出筒口后,出甩土困难。通过分析比较得知,我们将所有钻斗切削刃前角均改为30b,钻斗进土和孔外出土均比较容易。41212提高钻进速度在将钻斗切削刃前角均改为30b的基础上,根据地层不同,使用切削刃不同的钻斗。对于砂层、淤泥层、软弱粘土层,钻斗的切削刃均采用废旧的汽车减震弹簧钢板焊接,并将其气割得比较锋利,便于钻进切割土体;对于硬度较大的砂性粘土层,全风化、中

11、风化花岗岩地层,钻斗的切削刃前角仍为30b,钻斗一侧的切削刃改为排列较密的斗齿,另一侧切削刀刃仍为汽车弹簧钢板,便于破碎、切割土体;钻进终孔前,进入中风化花岗岩地层,钻进比较困难,立即更换钻斗,先选用截齿锥形螺旋钻头钻进,破碎、松动地层,再用改进后的旋挖钻斗捞取碎岩。通过图1改进后的钻斗结构图上述的钻斗改进,结合锥形螺旋钻头的使用,提高了钻进速度,且钻斗的切削刃不易折断。41213减少孔底沉渣考虑本工程地层的实际情况,经过仔细分析,钻斗在上述改制的基础上又做了小小的优化改进(见图1。一般在砂层、淤泥层、软弱粘土层,钻斗切(下转第22页192005年第8期探矿工程(岩土钻掘工程固位置设置水准控制

12、基点,经常用仪器观测以控制位置和标高。(2沉井垂直度的控制:在井壁上按4或8等分标出垂直轴线,定时用经纬仪检查轴线,发现偏移达5c m,或四面标高不一致时及时纠偏,以保证沉井位置正确。216沉井封底由于基底为粉砂层,抽水会产生涌水和流砂,沉井下沉到要求的高度后,不能抽干沉井内水,而是先进行沉井内水下砼封底,再施工承台钢筋砼。21611封底砼厚度计算封底厚度计算按四边简支支承的双向板、底部承受均布荷载(静水压力形成的荷载,即地下水头形成的压力减去封底砼重力考虑。P=r水h-213d=15-2131=217t=27kN(取d=1m式中:P底部所受均布荷载。最大弯矩M=aP c2式中:a弯矩系数,查

13、表得a=010429;c最小跨的计算跨度,取8125m。则M=01004292781252=7188t#m=7818 k N#m封底砼厚度h=315KM/(b f ct1/2+D式中:K安全系数,取2165;M板的最大弯矩;b板宽,一般取1m;f ct砼抗拉强度设计值,C23砼f ct=1500kN/m2;D水下砼可能与井底掺混的增加厚度,取014m。h=315KM/(b f ct1/2+D=(31521657818/(115001/2+014=111m即封底砼厚度取111m即可满足要求。21612沉井砼封底沉井基本稳定后即可进行封底,施工时采用提升导管法灌注封底水下砼,灌注要求和方法同灌注钻

14、孔桩水下砼。但在灌注过程中要及时测量封底砼厚度,并保证封底最小厚度不小于计算厚度,同时要尽量保证封底厚度一致。217承台施工沉井内封底砼达到设计强度后,用抽水机抽干沉井内积水,凿除封底砼浮渣及高出承台底部分的砼,凿除钻孔桩桩头砼,安装加固模板,绑扎钢筋,灌注承台砼。3结语在施工中,针对此桥所处的粉砂地层这一特殊地质情况,及时采用了不排水吸泥下沉沉井、水下砼封底等正确的施工方法,有效地保证了既有线路基稳定,保证了行车安全,也保证了工程施工质量和施工进度。取得了较好的社会效益和经济效益。此桥基础的施工方法在类似地质条件下值得借鉴和选用。(上接第19页削刃外径大于扩径区1c m,如此,不使钻斗扩径区

15、二次扰动孔壁,以减少孔底沉渣。在较硬砂性粘土层,全风化、中风化花岗岩地层,粘性土层,扩径区外径大于钻斗切削刃外径1c m,进行二次扩孔,防止钻进过程中孔壁形成螺旋状,使钢筋笼不能顺利下入到位。通过以上改进,不同地层用不同钻斗,旋挖钻机成孔后,孔底沉渣在规范范围内,保证了成孔质量,加快了施工进度。4结语本文结合旋挖钻机在广东大唐潮州电厂灌注桩施工中遇到的一些难题,通过使用优质泥浆,调整旋挖钻斗的切削刃角度,在砂层、淤泥层、软弱粘土层,使用汽车废旧弹簧钢板作为钻斗切削刃,且钻斗切削刃外径大于扩径区1c m;在较硬砂性粘土层;全风化、中风化花岗岩地层,粘性土层,使用钻斗的切削刃为旧弹簧钢板和钻斗截齿相结合,扩径区大于钻斗切削刃外径1c m。确保了钻孔质量,每台机组由原来日成孔34个,提高到每日成孔10个以上,加快了施工进度,提高了效益。旋挖钻进工艺是一种较新的施工技