旋挖钻机培训 — 就业

技术要点

2019-11-12 -
桥梁桩旋挖钻机作业指导书

桥梁桩旋挖钻机作业指导书

 

1、目的

明确桥梁桩基旋挖钻灌注桩作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准,指导、规范桩基作业施工。

2、编制依据

《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》

《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》

《施工图设计文件》

3、适用范围

适用于各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的桥墩桩基施工。施工前应根据不同的地质采用不等的钻头。目前国内常用的德国产BG系列和意大利的R系列旋挖钻机。

 

4、施工方法及工艺要求

旋挖钻钻孔桩施工工艺框图

 

4.1、施工准备

钻孔场地应根据地形、地质、水文资料和桩顶标高等情况结合施工技术的要求,须作准备工作如下:

首先确定钻孔桩位:按照基线控制网及桥墩设计坐标,用全站仪精确放出桩位。

钻孔场地在旱地且施工期间地下水位在原地面以下大于1m者,应平整场地,清除杂物,更换软土,夯填密实。钻机座不宜直接置于不坚实的填土上,以免产生不均匀沉陷。修通旱地位置便道,为施工机具、材料运送提供便利。

钻孔场地在陡坡时,应挖成平坡。如有困难,可用排架或枕木搭设工作平台。

钻孔场地在浅水时,宜采用筑岛法。岛顶面通常高出施工水位0.75~1.0m。筑岛面积按钻孔方法、设备大小等决定。

4.2、泥浆制备

在砂类土、碎(卵)石土或黏土夹层中钻孔,采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔,当塑性指数大于15,可利用孔内原土造浆护壁。

钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆,维持护筒内应有的水头,防止孔壁坍塌。

桩孔砼灌注时,孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内,利用于下一基桩钻孔护壁中。

4.3、埋设护筒

钻孔前设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒内径大于钻头直径,使用旋转钻机钻孔比钻头大约500px,护筒顶面高出施工水位或地下水位2m,埋设钢护筒,护筒内径比桩径大500px,还需满足孔内泥浆面的高度要求,在旱地或筑岛时还高出施工地面0.2-0.3m。护筒埋置深度符合下列规定:

岸滩上,黏性土不小于1m,砂类土不小于2m。当表层土松软时,将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒,在护筒四周回填黏土并分层夯实;护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于125px,倾斜度不大于1%。

水中用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。护筒埋入河床面以下1m;水中平台上按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深,必要时打入不透水层。

在水中平台上下沉护筒,由导向设备控制护筒位置。

护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于125px,倾斜度不得大于1%。

4.4、 钻机就位及钻孔

4.4.1、钻机就位前,应对钻孔各项准备工作进行检查。钻机安装后的底座和顶端应平稳,在钻进中不应产生位移或沉陷。就位完毕,施工队对钻机就位自检。

4.4.2、钻孔前,按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图,挂在钻台上。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。                 

4.4.3、钻孔作业应分班连续进行,填写钻孔施工记录,交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。应经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测,不符合要求时,应及时改正。应经常注意地层变化,在地层变化处应捞取样渣保存。

4.4.4、钻孔过程中应观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况,发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时,应将套管口保险钩挂牢。

4.4.5、当钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查,确认满足设计要求后,立即填写终孔检查证,并经驻地监理工程师认可,方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。

4.5、清孔

详见清孔方法详见冲击钻孔桩方法

4.6、钢筋笼骨架的制作安装

详见挖孔桩笼制作、安装

4.7、导管安装

详见冲击钻孔桩导管安装

4.9、灌注水下混凝土 

详见冲击钻孔桩灌注水下混凝土

5、质量检验标准

详见冲击钻孔桩质量检验标准。

6、钻孔桩常见事故的预防及处理。

常见的钻孔(包括清孔时)事故及处理方法分述如下:

6.1坍孔

各种钻孔方法都可能发生坍孔事故,坍孔的特征是孔内水位突然下降,孔口冒细密的水泡,出渣量显著增加而不见进尺,钻机负荷显著增加等。

6.1.1、坍孔原因

①、泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求,使孔壁未形成坚实泥皮。

②、由于出渣后未及时补充泥浆(或水),或河水、潮水上涨,或孔内出现承压水,或钻孔通过砂砾等强透水层,孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。

③、护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软,或钻机直接接触在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较大坍孔。

④、在松软砂层中钻进进尺太快。

⑤、提出钻锥钻进,回转速度过快,空转时间太长。

⑥、水头太高,使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。

⑦、清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低,用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆(或水),使孔内水位低于地下水位。

⑧、清孔操作不当,供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔停顿时间过长。

⑨、吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

6.1.2、坍孔的预防和处理

①、在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。

②、发生孔口坍塌时,可立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻。

③、如发生孔内坍塌,判明坍塌位置,回填砂和粘质土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔处以上1m-2m,如坍孔严重时应全部回填,待回填物沉积密实后再行钻进。

④、清孔时应指定专人补浆(或水),保证孔内必要的水头高度。供水管最好不要直接插入钻孔中,应通过水槽或水池使水减速后流入钻中,可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机,防止触动孔壁。不宜使用过大的风压,不宜超过1.5-1.6倍钻孔中水柱压力。

⑤、吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入,严防触及孔壁。

6.2钻孔偏斜

各种钻孔方法可能发生钻孔偏斜事故。

6.2.1、偏斜原因

①、钻孔中遇有较大的孤石或探头石

②、在有倾斜的软硬地层交界处,岩面倾斜钻进;或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进,钻头受力不均。

③、扩孔较大处,钻头摆动偏向一方。

④、钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。

⑤、钻杆弯曲,接头不正。

6.2.2、预防和处理

①、安装钻机时要使转盘、底座水平,起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上,并经常检查校正。

②、由于主动钻杆较长,转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设导向架,控制杆上的提引水龙头,使其沿导向架对中钻进。

③、钻杆接头应逐个检查,及时调正,当主动钻杆弯曲时,要用千斤顶及时调直。

6.3掉钻落物

钻孔过程中可能发生掉钻落物事故。

6.3.1、掉钻落物原因

①、掉钻落物原因

卡钻时强提强扭,操作不当,使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。

②、钻杆接头不良或滑丝。

③、电动机接线错误,钻机反向旋转,钻杆松脱。

④、转向环、转向套等焊接处断开。

⑤、操作不慎,落入扳手、撬棍等物。

6.3.2、预防措施

①、开钻前应清除孔内落物,零星铁件可用电磁铁吸取,较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞,然后在护筒口加盖。

②、经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。

6.3.3、处理方法

掉钻后应及时摸清情况,若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔,使打捞工具能接触钻杆和钻锥。

6.4糊钻和埋钻

糊钻和埋钻常出现于正反循环回转钻进中,糊钻的特征是在细粒土层中钻进时进尺缓慢,甚至不进尺出现憋泵现象。

预防和处理办法:对正反循环回转钻,可清除泥包,调节泥浆的相对密度和粘度,适当增大泵量和向孔内投入适量砂石解决泥包糊钻,选用刮板齿小、出浆口大的钻锥;严重糊钻,应停钻,清除钻渣。对钻杆内径、钻渣进出口和排渣设备的尺寸进行检查计算。

6.5扩孔和缩孔

扩孔比较多见,一般表局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大,易于出现扩孔,扩孔发生原因与坍孔相同,轻则为扩孔,重则为坍孔。若只孔内局部发生坍塌而扩孔,钻孔仍能达到设计深度则不必处理,只是混凝土灌注量大大增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进,应按坍孔事故处理。

缩孔即孔径的超常缩小,一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提外鸣叫的迹象。缩孔原因有两种:一种是钻锥焊补不及时,严重磨耗的钻锥往往钻出较设计桩径稍小的孔;另一种是由于地层中有软塑土(俗称橡皮土),遇水膨胀后使孔径缩小。各种钻孔方法均可能发生缩孔。为防止缩孔,前者要及时修补磨损的钻头,后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进,并复钻二三次;或者使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径,直至使发生缩孔部位达到设计要求为止。对于有缩孔现象的孔位,钢筋笼就位后须立即灌注,以免桩身缩径或露筋.

6.6梅花孔(或十字孔)

常发生在以冲击锥钻进时,冲成的孔不圆,叫做梅花孔或十字孔。

6.6.1、形成原因

①、锥顶转向装置失灵,以致冲锥不转动,总在一个方向上下冲击。

②、泥浆相对密度和粘度过高,冲击转动阻力太大,钻头转动困难。

③、操作时钢丝绳太松或冲程太小,冲锥刚提起又落下,钻头转动时间不充分或转动很小,改换不了冲击位置。

④、有非匀质地层,如漂卵石层、堆积层等易出现探头石,造成局部孔壁凸进,成孔不圆。

6.6.2、预防办法

①、应经常检查转向装置的灵活性,及时修理或更换失灵的转向装置。

②、选用适当粘度和相对密度的泥浆,并适时掏渣。

③、用低冲程时,每冲击一段换用高一些冲程冲击,交替冲击修整孔形。

④、出现梅花孔后,可用片、卵石混合粘土回填钻孔,重新冲击。

6.7卡锥

常发生在以冲击锥钻进时。

6.7.1、原因

①、钻孔形成梅花形,冲锥被狭窄部位卡住。

②、未及时焊补冲锥,钻孔直径逐渐变小,而焊补后的冲锥大了,又用高冲程猛击,极易发生卡锥。

③、伸入孔内不大的探头石未被打碎,卡住锥脚或锥顶。

④、孔口掉下石块或其它物件,卡住冲锥。

⑤、在粘土层中冲击冲程太高,泥浆太稠,以致冲锥被吸住。

⑥、大绳松放太多,冲锥倾倒,顶住孔壁。

6.7.2、处理方法

①、当为梅花卡钻时,若锥头向下有活动余地,可使钻头向下并转动直径较大方向提起钻头。也可松一下钢丝绳,使钻锥转动一个角度,有可能将钻锥提出。

②、卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻。宜用由下向上顶撞的办法,轻打卡点的石头,有时使钻头上下活动,也能脱离卡点或使掉入的石块落下。

③、用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放进孔内,将冲锥勾往后,与大绳同时提动,或交替提动,并多次上下、左右摆动试探,有时能将冲锥提出。

④、在打捞过程中,要继续搅拌泥浆,防止沉淀埋钻。

⑤、用其它工具,如小冲锥、小掏渣筒等下到孔内冲击,将卡锥的石块挤进孔壁,或把冲锥碰活动脱离卡点后,再将冲锥提出。但要稳住大绳以免冲锥突然下落。

⑥、用压缩空气或高压水管下入孔内,对准卡锥一侧或吸锥处适当冲射一些时候,使卡点松动后强行提出。

⑦、使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正。

⑧、用以上方法提升锥无效时,可试用水下爆破提锥法。将防水炸药(小于1kg)放于孔内,沿锥的滑槽放到锥底,而后引爆,震松卡锥,再用卷扬机和链滑车同时提拉,一般是能提出的。

6.8外杆折断

常见于旋转钻机。

6.8.1、折断原因

①、用水文地质或地质钻探小孔径钻孔的钻杆来作桥梁大孔径钻孔桩用,其强度、刚度太小,容易折断。

②、钻进中选用的转速不当,使钻杆所受的扭转或弯曲等应力增大,因而折断。

③、钻杆使用过久,连接处有损伤或接头磨损过甚。

④、地质坚硬,进尺太快,使钻杆超负荷工作。

⑤、孔中出现异物,突然增加阻力而没有及时停钻。

6.8.2、预防和处理

①、不使用弯曲严重的钻杆,要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接丝扣完好,以螺丝套连接的钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施。

②、钻进过程中应控制进尺速度。遇到坚硬、复杂的地质,应认真仔细操作。

③、钻进过程中要经常检查钻具各部分的磨损情况和接头强度是否足够。不合要求者,及时更换。

④、在钻进中若遇异物,须以处理后再钻进。

⑤、如已发生钻杆折断事故,可按前述打捞方法将掉落钻杆打捞上来。并检查原因,换用新或大钻杆继续钻进。

6.9钻孔漏浆

6.9.1、漏浆原因

①、在透水性强的砂砾或流砂中,特别是在有地下水流动的地层中钻进时,稀泥浆向孔壁外漏失。

②、护筒埋置太浅,回填土夯实不够,致使刃脚漏浆。

③、护筒制作不良,接缝不严密,造成漏浆。

④、水头过高,水柱压力过大,使孔壁渗浆。

6.9.2、处理办法

①、凡属于第一种情况的回转钻机应使用较粘稠或高质量的泥浆钻孔。冲击钻机可加稠泥浆或回填粘土掺片石、卵石反复冲击增强护壁。

②、属于护筒漏浆的,应按前述有关护筒制作与埋设的规范规定办理。如接缝处漏浆不严重,可由潜水工用棉、絮堵塞,封闭接缝。如漏水严重,应挖出护筒,修理完善后重新埋设。

7、钻孔桩断桩常见事故及处理

7.1首批混凝土封底失败

7.1.1事故原因和预防措施

⑴导管底距离孔底大高或太低。

原因:由于计算错误,使导管下口距离孔底太高或太低。太高了使首批砼数量不够,埋不了导管下口(1米以上)。太低了使首批砼下落困难,造成泥浆与混凝土混合。

预防措施:

准确测量每节导管的长度,并编号记录,复核孔深及导管总长度。

也可将拼装好的导管直接下到孔底,相互校核长度。

⑵首批砼数量不够。

   原因:由于计算错误,造成首批砼数量不够,埋管失败。

预防措施:根据孔径、导管直径认真计算和复核首批砼数量。

⑶首批混凝土品质太差。

原因:首批砼和易性太差,翻浆困难。或坍落度太大,造成离析。

预防措施:搞好配合比设计,严格控制混凝土和易性。

⑷导管进浆。

   导管密封性差,在首批砼灌注后,由于外部泥浆压力太大,渗入导管内,造成砼与泥浆混和。

7.1.2处理办法

    首批混凝土封底失败后,应拨出导管,提起钢筋笼,立即清孔。

 

7.2供料和设备故障使灌注停工

7.2.1事故原因和预防措施

原因:由于设备故障,混凝土材料供应问题造成停工较长时间,使混凝土凝结而断桩。

预防措施:施工前应做好过程能力鉴定,对于部分设备考虑备用;对于发生的事故应有应急预案。

7.2.2处理方法

⑴如断桩距离地面较深,考虑提起钢筋笼后重新成孔。

⑵如断桩距离地面较浅,可采用接桩。

⑶如原孔无法利用,则回填后采取补桩的办法。

7.3灌注过种中坍孔

7.3.1事故原因和预防措施

原因:由于清孔不当、泥浆过稀、下钢筋笼时碰撞孔壁、致使在灌注过程中发生坍孔。

    预防措施:详见第6.1.1节。

7.3.2处理办法

⑴如坍孔并不严重,可继续灌注,并适当加快进度。

⑵如无法继续灌注,应及时回填重新成孔。

7.4导管拨空、掉管。

7.4.1事故原因和预防

⑴导管拨空

原因:由于测量和计算错误,致使灌注砼时导管拨空,对管内充满泥浆;或导管埋深过少,泥浆涌入导管。

预防措施:应认真测量和复核孔深、导管长度;应对导管埋深适当取保守数值。

⑵掉管

   原因:导管接头连接不符合要求;导管挂住钢筋笼,强拉拉脱等。

预防措施:每次拆管后应仔细重新连接导管接头;导管埋深较大时应及时拆管。

7.4.2处理办法

⑴混凝土面距离地面较深时应重新成孔。

⑵混凝土面距离地面较浅可采取接桩办法。

7.5灌注过程中混凝土上升困难、不翻浆。

7.5.1事故原因

⑴混凝土供料间隔时间太长,灌注停顿,混凝土流动性变小。

⑵混凝土和易性太差。

⑶导管埋深过大。

⑷在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低。

⑸导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大。

7.5.2补救措施:

⑴提起导管,减少导管埋深。

⑵接长导管,提高导管内混凝土柱高。

⑶可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土。

7.6灌注高度不够

7.6.1事故原因和预防

原因:测量不准确;桩头预留量太少。

预防措施:可采用多种方法测量,确保准确;桩头超灌预留量可适当加大。

7.6.2处理办法

   挖开桩头,重新接桩处理。

 


本文由旋挖钻机培训整理提供。

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