旋挖钻机施工总结

                            十五冶二公司    熊勇 孙中然

摘  要

中国十五冶溧阳项目部承建的江苏省溧阳宏峰3*5000t/d水泥生产线，基础的孔桩施工数量较多，业主要求设计院采用人工挖孔桩，桩长在26.0m~33.0m之间，由于地质条件复杂，土质差，在人工挖孔桩施工过程中出现了流砂现象。项目部出于对质量及安全因素的考虑，领导经多次与业主沟通，引进了国内先进的旋挖钻机，旋挖钻机的最大成孔深度为63.0M，最大钻孔直径为2.0M。它施工速度快，节省人力资源，安全环保，环境适应性强，是国内同等设备效率较高，同条件下优先使用的设备。

[关键词]:  水泥厂  桩  流砂现象  旋挖钻机  63.0M  安全环保  优先使用

1、 工程概况

1.  1工程简介

本工程为江苏省溧阳市宏峰水泥有限公司新建3×5000 t/d 水泥生产项目，位于江苏省溧阳市周城镇,距104国道约6km，239省道约2km，厂区与芜太运河连接。我公司承建从生产配料到水泥外运的主要土建工程建设。

建设单位：江苏金峰水泥集团有限公司

勘察单位：江苏南京地质工程勘察院

设计单位：江苏南京凯盛水泥工程有限公司

监理单位：江苏省工程成套设备监理有限公司

1.  2地质概况

     本工程场地座落在鱼塘中，地形较为平坦，局部略起伏，高程基本为吴凇工程4m左右。拟建项目基本位于小岗地及岗间坳沟地貌单元, 区域比较广，基本地质情况如下表:

为节约成本，业主要求设计院采用人工挖孔桩，桩长在26.0m~33.0m之间，护壁要求采用砖护壁。

而江苏南京地质工程勘察院的地质报告中对“成桩可行性分析”中描述如下：

拟建场地可采用人工挖孔桩及钻孔灌注桩进行施工，由于水泥库及熟料库位置处于强风化层厚度大且胶结差，遇水易坍塌，桩长较长，不能采用人工挖孔桩；生料均化库、原料粉磨、窑中及窑尾部位由于处于坳沟部位，淤泥层粉质粘土土体稳定性差，最大厚度达8米，易形成缩径及塌孔等现象，存在施工难度大和极大的安全隐患，不宜采用人工挖孔桩。其余岗位部位的拟建物可以采用人工挖孔桩施工。由于④₂及 ④₅粉质粘土土体较软，有可能形成缩径、塌孔等现象，⑤层粉质粘土中由于有不均匀夹细粉砂及小砾石，挖孔过程中会产生类似“流砂”现象，应采取有一定的防护措施确保施工安全及工程质量。

1.  3气象条件

场地位于长江中下游平原上，处于太湖之侧，为典型的温带气候，全年雨量主要集中在夏秋两季，5～7月份为梅雨季节。冬季较寒冷干燥，年平均气温16^oc，全年最底气温-7^oc。

1.  4 水文条件

表层的1、2、3层含水一般，渗透系数较小，一般在0.5～1.6之间，受降水量影响明显，4层基本为隔水层，5层土有少量含量，6、7层为强风化基岩，存在少量基岩裂潜水，对工程影响不太大。

1.  5施工方式改变

工程开工后，项目部按人工挖孔桩施工，并且一直和业主联系，建议采用混凝土护壁，业主一直不采纳，直到施工到16米左右遇到类似“流砂”现象，并伴随着塌孔现象的发生，安全隐患严重，经与业主各层多次的沟通，业主同意已挖部分仍采用人工挖孔桩，护壁改为混凝土护壁,薄弱处加钢筋网片,未挖的部分将人工挖孔桩改为旋挖钻机施工。人工挖孔桩设计是按端承桩设计，旋挖钻机扩孔要换钻头,加长了施工作业时间增加了孔底沉渣的厚度,且孔的深度较深又处于隐蔽施工,扩孔的尺寸不易控制,为保证桩的质量及设计安全系数，经与设计院联系，改为按磨擦桩设计，不扩孔，相应的加大桩的入岩深度。旋挖钻设备施工桩根数如下表:

旋挖钻施工桩数量一览表：

2、 旋挖钻机基本参数及特点

    本工程仅使用了3台的钻机型号为NR2203SR 旋挖钻机。其单机总重量为 68T，最大成孔深度为63.0M，最大钻孔直径为2.0M。在我部最大钻孔最大深度为55.0M ，最大钻孔直径为1500MM。NR2203SR 旋挖钻机最大爬坡度为40^O，工作状态尺寸为：长（M）×宽（M）×高（M）=8.76/9.6×4.3×20.6/19.3。该设备对各种不同地质的硬黏土、软亚黏土、硬黏土适应性强,钻进效率高,旋挖钻每6h～7h成孔,1天可成孔2个～3个,是冲击钻、反循环钻工作效率6倍之多; 对桩孔直径可选范围大,孔壁稳定,清孔彻底,成孔质量好,能与砼运输设备配合,施工速度快,节省人力资源，安全系数高,提高工作效率,降低施工成本; 环境适应性强,自身功率大,特别适用于供电不足的现场施工,而且不污染环境,施工噪声低,工作现场规范,是目前国内同等设备效率较高,可以在同等条件下优先使用的一种设备。

    钻孔及灌注桩的整个施工过程都是隐蔽工作,每道工序都必须从严要求,保证施工质量, 任何一道工序出现问题都将带来严重的后果。因此,要保证旋挖钻桩的施工质量,必须选择先进的设备,合格的施工人员,严格把握每道工序质量,现场指挥人员具有周密的组织协调能力,有高度的责任心,各部门全面的配合，旋挖钻机的适用范围如下:

〈1〉 从对地层的适宜性来讲，既适用于粘性土，也适用于砂性土，还适用于   

      强度不高的风化岩。本工程旋挖钻机就是在淤泥层上施工的。

〈2〉 从钻孔的方式来讲，既可以湿钻，也可以干钻。

  〈3〉 从钻孔桩的类型来讲，既可以钻直孔，也可以钻斜孔。

〈4〉 从施工空间来讲，不需要提供较大的工作面即可作业，这是其他钻孔 

      灌注桩所无法比拟的。

旋挖钻成孔施工的主要配套机械设备

旋挖钻机与常规钻机的不同特点：

3、现场施工

3.  1工艺流程

     放线定位      设置钢板护筒      钻孔至设计深度     清理沉渣        

      钢筋笼子的下放搭接      混凝土的浇筑

3.  2施工过程

3. 2. 1定位放线：

由于旋挖钻机体积重量较大，项目部使用了两台全站仪布点，在现场地面土质为淤泥的情况下，易引起由桩机运动导致的原桩位标志偏移，所以项目部在桩机施工场地外围设置控制点，下钢板护筒前对原标志进行复测，以确保桩位的准确性。

3. 2. 2钻机就位：

    钻机就位前先对场地进行平整，铺好道路，保证钻机施工时平稳牢固。设置好储水坑，泥浆池及排泥槽（储水坑和泥浆池可用同一坑池）。如原场地地质条件差，建议用大于16mm厚的钢板铺路，以保证钻机工作的稳定性。单机作业时建议采用单机跳打法（ 隔一打一或隔二打一）。当多台钻机施工时要充分的考虑到机器的回转半径和辅助机械的位置及相应的行走路径。行走路径采用梅花桩型间隔施工，以消除一边倒施工中桩间的影响。

3. 2. 3设置钢板护筒

    钻机就位后，对原桩位标志点进行复测，核实过后设置钢板护筒。它的作用是保护孔口，定位导向，维护泥浆面，防止上部土层过松所导致的踏孔，使浇筑混凝土时下的套筒有一个水平稳固的操作平台。护筒的内径应比钻头大200MM，高度多为1.2M～3.0M。埋设护筒的偏差不大于±20MM。若施工场地上层土质较差或上层土层有流砂现象发生，钢板护筒则应该一次性下放至该土层下1.0M左右，同时减慢进尺速度，并采用高密度泥浆护壁，使孔壁形成泥皮，以防止塌孔现象的发生。

3. 2. 4钻孔至设计深度

    设置好护筒，测出筒壁的顶标高。钻机开始钻孔不断的进尺，工作中要及时的向孔内加水，保证泥浆面不低于护筒上表面1.0M左右。若土质较差，应加入高粘性膨润土以确保孔壁不发生塌孔现象。并注意每次钻杆提升到将出护筒时，钻杆应停止提升，让钻头内的水充分流到孔内，减少加水的频率。钻头每次下孔前应检查垂直度情况，如发现偏斜应立即停止钻进。纠正后方可工作。钻机挖出的土方堆积量较大时，挖掘机应及时配合清理土方。

3. 2. 5清理孔内沉渣

    由于旋挖钻机钻头的特殊结构，使成孔后的沉渣厚度可能偏大，规范规定：灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指标应符合下列规定：摩擦桩≤300mm、端承桩≤50 mm、端承摩擦桩与摩擦端承桩≤100 mm，本工程按≤300 mm控制，所以建议在适当的情况下孔深加深0.5M～1.0M。针对不同的孔径可以进行不同的清理方法：

A、若孔径较小，可在钢筋笼下放之前，让钻头再次下孔清理沉渣。钻头下至成孔深度后水平反复的反向旋转10～15分钟，使剩余的沉渣体积尽可能的减小，然后将钢筋笼下。

B、若孔径较大（建议大于1.3M），并且钢筋笼内侧加劲箍上无加强撑筋，除了在下钢筋笼前清理，还可以在钢筋笼子下放后，钻机更换一个合适的较小钻头（最小钻头直径为800MM）进行掏孔清理沉渣，在放小钻头掏孔过程中要密切注意注意下放的位置，尽量保持在的中心位置，密切注意钢筋笼的动态，缓慢的下放防止钢筋笼与小钻头发生纠缠。

    3. 2. 6钢筋笼的下放与搭接

   检查好孔底沉渣厚度符合规范要求(清孔完毕后,10分钟后沉渣不应≥300mm)。由于孔深较深，钢筋笼长度较长，我项目部采用分段吊装，钢筋笼多采用螺旋式箍筋，在1.0～2.0M处设置一道内环加劲箍筋，钢筋笼在下放时两节钢筋笼的搭接连接方式建议采用绑扎搭接。若采用焊接搭接，则需焊接接头处冷却后方可将笼子放入水中（防止焊接焊缝高温遇水炸裂）。

   在施工直径较大的钢筋笼时，为防止在吊装时发生扭曲变形，建议在每节笼子加工时在笼子的其中两个内环劲箍上加焊三角形支撑，加焊的三角支撑的内切圆直径至少大于混凝土导管直径200MM，要不妨碍混凝土导管的下放。

3. 2. 7混凝土的浇筑

浇筑混凝土之前,孔底500mm以内泥浆比重应小于1.25,含砂率≤8%,粘度≤20s，符合要求后，放好钢筋笼后，在护筒上水平稳定好混凝土导管施工平台，使混凝土导管能垂直的下放至孔底。混凝土导管的直径为250～400MM，壁厚不小于3MM，每个标准节长度为3.0M，另外配有0.5M的调整节和大型钢漏斗，导管下放前应试拼装。根据成孔深度数据计算出混凝土导管的长度，导管下放到距孔底0.3～0.5M为宜。

开始浇筑水下混凝土前应挖好排水通道，满足浇筑条件后应立即浇筑混凝土，第一次浇筑混凝土时应使混凝土装到漏斗的80%左右，然后再将堵塞漏斗的卡板拔出，同时要符合规范要求,保证混凝土导管底口埋至混凝土面下0.8M以上。在以后的浇筑中要保持在2.0～6.0M。桩顶的混凝土浇筑高度不能偏低宜高出1.0M，应使在凿除浮浆层后，桩顶的混凝土达到设计要求。在施工中,项目部采用了1立方米混凝土搅拌站搅拌,2～3台混凝土运输车运输,一台混凝土泵送车施工,确保了混凝土施工的连续性,考虑到混凝土为水下浇筑,为确保混凝土的流动性,将混凝土标号提高了一个等级,塌落度为180～210mm。

3. 2. 8导管的拆除

  每次混凝土浇筑后，测量浇筑高度，根据高度计算出应该拔出的导管长度。拔出的导管要及时用水清洗，建议每6.0M长为一个施工节，这样可以节省安装和拆除的时间，加快施工的速度。

3.  3集水坑及泥浆护壁

    施工场地附近的集水坑，用于对钻孔时孔内水的补给及混凝土浇筑时对排出的水的回收循环再利用。在水位低和土层复杂的场地施工时，泥浆的的调制好坏也是顺利完成钻孔的一个关键指标。场地条件差时建议在泥浆里加入优质膨润土、烧碱、纤维素制成化学泥浆。其各组成成分性能和用量如下：
      膨润土：主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，使用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。他具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。
    烧碱（Na₂CO₃）：调整泥浆的ph值，使其保证在8—10的偏碱性范围内，以保证水化膜的厚度，提高泥浆的胶体率（稳定率）和稳定性，降低失水量，同时避免了因ph值过小而引起钻头锈蚀和粘土颗粒难于分解而降低粘度，也避免了ph值过大而引起粘土颗粒凝聚力减弱而造成裂解使孔壁坍塌。
    纤维素（CMC）：增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
钻孔中化学泥浆性能指标和用量如下 :

4、工程质量

 旋挖桩施工完毕后，经南京先科岩土公司检测，每根桩均符合要求。

5、工程感想

<1>工程中应做好定位放线的复测工作,以免造成桩体的偏位。

<2>工程中应注意控制浮浆的厚度和混凝土的标高，以免浮浆破除后混凝土桩体过低造成补桩现象。

<3>施工混凝土浇筑时，应注意混凝土浇筑的连续性，以免造成人为的混凝土施工缝，以至形成断桩，造成不必要的质量事故。

<4>工程中应随时注意机械的保养，以免造成机械故障，影响施工工期。

<5>旋挖钻机能在60米以内进行孔桩作业，在淤泥质土以及更差的环境下施工。

    施工人员少，方便管理，具有安全环保的效果，这是人工挖孔桩所无法比拟的。