華樺
摘 要:目前旋挖鉆進(jìn)技術(shù)中對鉆進(jìn)硬巖、極硬巖常規(guī)辦法是采用旋挖鉆機(jī)筒鉆進(jìn)行“硬磨”。為解決上述問題,本文通過不對旋挖本身進(jìn)行改變,而是利用組合外部設(shè)備的方式大幅提高了對高強(qiáng)度巖鉆進(jìn)的入巖效率。
關(guān)鍵詞:道路橋梁工程;基礎(chǔ)工程;樁基施工
0 前言
旋挖鉆機(jī)是建筑工程中成孔作業(yè)的現(xiàn)代化施工機(jī)械,它具有自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動靈活、施工率高等特點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用橋梁、市政設(shè)、高層建設(shè)等基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁工程。但是在硬地層如巖石或極硬巖中,嵌巖式的樁基施工技術(shù)仍處于不斷探索和完善階段,在應(yīng)用和施工經(jīng)驗(yàn)方面的資料也很有限,為了適應(yīng)城市化發(fā)展的要求,隨著越來越多的超高層建筑、大橋梁的建設(shè),將會有更多的樁基,需要嵌入中、微風(fēng)化硬質(zhì)巖或極硬巖層施工。
目前旋挖鉆進(jìn)技術(shù)中對鉆進(jìn)硬巖、極硬巖常規(guī)辦法是采用旋挖鉆機(jī)筒鉆進(jìn)行“硬磨”。
為解決上述問題,本文通過不對旋挖本身進(jìn)行改變,而是利用組合外部設(shè)備的方式大幅提高了對高強(qiáng)度巖鉆進(jìn)的入巖效率。
1 旋挖鉆機(jī)的優(yōu)越性及工作原理
旋挖鉆機(jī)采用動力頭裝置,具有軸向壓力及扭矩大的特點(diǎn)。施工時,鉆機(jī)根據(jù)不同地層可自動調(diào)整,使各項(xiàng)鉆進(jìn)參數(shù)達(dá)到最佳,自有的行走功能和桅桿變幅機(jī)構(gòu)使得鉆具能正確的就位到樁位,利用桅桿導(dǎo)向下放鉆桿將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位,鉆機(jī)動力頭裝置為鉆桿提供扭矩、加壓裝置通過加壓動力頭的方式將加壓力傳遞給鉆桿鉆頭,鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土,并直接將其裝入鉆頭內(nèi),然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土,這樣循環(huán)往復(fù),不斷地取土、卸土,直鉆符合設(shè)計深度。節(jié)省大量人力。作業(yè)人員在安全的環(huán)境下作業(yè),實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。旋挖鉆進(jìn)為干式或無循環(huán)泥漿鉆進(jìn),護(hù)壁泥漿為可重復(fù)利用,無需外運(yùn),大大減少環(huán)境污染,挖出的土直接裝車外運(yùn),保持現(xiàn)場清潔平整;旋挖鉆機(jī)采用原裝進(jìn)口柴油機(jī),噪音小、功效高,能耗是完成相同工作量鉆(沖)孔樁機(jī)的1/4。據(jù)統(tǒng)計,在相同地層旋挖鉆機(jī)的成孔速度是傳統(tǒng)(沖)孔鉆機(jī)的3~5 倍左右。
2 潛孔鉆機(jī)的工作原理
潛孔鉆機(jī)一般用于鉆鑿巖石錨索孔、錨桿孔、爆破孔、注漿孔等鉆鑿施工。其工作原理是,潛孔鉆的風(fēng)動沖擊器連同金剛石鉆頭裝在釬桿的前端,鉆孔時,推進(jìn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)推進(jìn)并將一定的軸向壓力施加于孔底,使鉆頭與孔底巖石相接觸;回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn),安裝在鉆桿前面的沖擊器,在壓縮空氣的作用下,使活塞往返沖擊鉆頭,完成對巖石的沖擊;壓縮空氣從回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)入,經(jīng)中空桿直達(dá)孔底,把破碎的巖粉從鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間排至孔外。由此可見,潛孔式鑿巖的實(shí)質(zhì)是,在軸向壓力的作用下,沖擊和回轉(zhuǎn)兩種破碎巖石方法的結(jié)合,其中沖擊是間斷的,回轉(zhuǎn)是連續(xù)的,巖石在沖擊和剪切力作用下不斷地被壓碎和剪碎,可見潛孔鉆機(jī)對巖石的破壞性是顯著的。行走裝置由行走架、液壓馬達(dá)、多級行星式減速機(jī)、履帶、驅(qū)動輪、從動輪及張緊裝置組成,可適應(yīng)大多數(shù)地型自由行走。
本項(xiàng)目則集合以上兩種機(jī)械特點(diǎn),采用潛孔鉆機(jī)配合旋挖鉆機(jī)的方法進(jìn)行施工,快速突破硬質(zhì)或極硬巖層,從而提高機(jī)械使用效率、降低施工成本、提高施工效率。
3 工程概況
重慶市某工程項(xiàng)目處于滑移帶上,需成孔數(shù)十根基礎(chǔ)樁。場地地層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,主要分布有人工填土、滑坡堆積層、石英砂巖、量碳質(zhì)泥巖等。設(shè)計要求樁端嵌入中、微風(fēng)化石英砂巖層,且樁端以下支承巖層的3倍樁徑或5 m深度范圍是完整石英砂巖層。該項(xiàng)目淺層石英砂巖與碳質(zhì)泥巖交替發(fā)育,故需多次穿過石英砂巖完成嵌巖。石英砂巖天然強(qiáng)度達(dá)85 MPa~135 MPa。屬于堅(jiān)硬巖層,如采用普通SR420旋挖機(jī)在中風(fēng)化層鉆進(jìn)緩慢,在微風(fēng)化層甚至無法鉆進(jìn)。
4 主要施工難點(diǎn)
(1)成孔垂直度偏差大,深距離鉆進(jìn)地層阻力大,易使鉆桿彎曲偏斜。軟硬地層交替易致鉆頭偏鉆,形成斜孔。
(2)成孔孔徑難保證上軟下硬地層易使樁徑出現(xiàn)上端大、下端小的現(xiàn)象,原因是上端樁穿越軟土地層,成孔時間久,孔壁擾動影響大,易出塌孔等不良問題,造成孔徑擴(kuò)大。
(3)在軟硬層過渡區(qū)域,鉆機(jī)鉆進(jìn)困難,鉆頭偏向較軟地層,從而使鉆頭不斷向各個方位鉆進(jìn),但一旦進(jìn)入硬巖層,鉆頭握裏力強(qiáng)勁,就不再擴(kuò)孔,所以易造成孔徑大小不一的情況發(fā)生。
(4)成樁工效低,成本高,由于樁徑大,入巖深,巖層單軸抗壓強(qiáng)度高,鉆齒磨損嚴(yán)重,鉆頭進(jìn)尺緩慢,成樁式效過低,造成施工成本高。
5 施工技術(shù)要點(diǎn)
根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)和施工難點(diǎn)分析,本文提出的組合式施工工藝不但要實(shí)現(xiàn)樁底硬巖破碎,保證成孔垂直度、孔徑質(zhì)量,需且要保證施工工效高、成本低。
(1)平整場地,測量放樣將施工位置夯實(shí)、整平,一般開發(fā)部坡度不大于3度,地基承載力特征值不小于200 kPa,以適宜旋挖、潛孔鉆機(jī)、吊車、混凝土罐車出入施工現(xiàn)場。施工現(xiàn) 場水、電、路三通,達(dá)到施工要求。
(2)潛孔鉆機(jī)使用方式:1)在原地面延樁內(nèi)壁均勻布孔,每孔間距10 cm,垂直鉆進(jìn)至設(shè)計深度,孔間間距是為保證孔壁厚度,防止輕微偏心后動能過大而導(dǎo)致串孔。然后再由旋挖鉆機(jī)開孔,鉆進(jìn)至設(shè)計高程。此種方式優(yōu)點(diǎn):是在旋挖開孔前施工,即提高了潛孔鉆機(jī)的使用率,也不影響旋挖機(jī)正常施工,同時對旋挖筒鉆鉆齒垂直范圍內(nèi)的巖層造成破壞,保證成孔垂直度,提高了施工工效。缺點(diǎn):是由于從原地面開鉆,每單孔施工周期相對延長,且需嚴(yán)格控制潛孔鉆成孔垂直度,防止串孔??捎娩摪遄灾颇>咛岣咝省?)在旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至硬巖時停止,在樁孔口平放一根工字鋼作為潛孔鉆機(jī)鉆架的作力點(diǎn),由潛孔鉆機(jī)在巖層上施鉆,布孔以蜂窩狀更為有利,起到破壞孔內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)的作用,突破該層或鉆進(jìn)至設(shè)計高程,再替換為旋挖鉆機(jī)施工。優(yōu)點(diǎn):是潛孔鉆機(jī)單孔施工周期短,可利用旋挖鉆機(jī)多孔施工中的間隙交替作業(yè)。缺點(diǎn):是鉆頭需加長至巖層施鉆,由于高度過大,且鉆桿無束縛,擺動大,無法實(shí)現(xiàn)延樁內(nèi)壁均勻布孔,破壞的是樁中心部分的巖層結(jié)構(gòu),所以布孔數(shù)較第一種方式多。但同樣能提高成孔工效。
6 結(jié)語
本文提出的應(yīng)對堅(jiān)硬巖旋挖施工工藝,是采用潛孔鉆和旋挖鉆機(jī)的組合施工。潛孔鉆機(jī)具有鉆孔、導(dǎo)孔以及破壞樁基內(nèi)部巖層結(jié)構(gòu)的作用,旋挖鉆機(jī)利用筒鉆可反復(fù)突破巖層夾層,到達(dá)設(shè)計深度,從而滿足樁基有效長度和設(shè)計嵌巖要求。 該新工藝方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)潛孔鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)的組合能適于層巖硬度超過120 MPa硬巖中。
(2)本工藝結(jié)合了潛孔鉆和旋挖鉆機(jī)設(shè)備特點(diǎn),潛孔鉆即可在樁基位置先施工到樁基設(shè)計深度,也可在開孔進(jìn)入巖層后把巖石打成蜂窩狀,用以破壞樁基底部巖石結(jié)構(gòu),然后再使用旋挖鉆機(jī)施工,提高入巖效率,節(jié)省施工時間。有效地降低施工成本,同時能夠有效地降低施工現(xiàn)場噪音污染,保護(hù)環(huán)境,特別適用于市區(qū)等對于噪音環(huán)境要求較高地段。
(3)本工藝對潛孔鉆機(jī)使用方式進(jìn)行改進(jìn),使原本僅用于成孔錨桿、爆破孔等的機(jī)械器具提供了新的使用方式,即提高了機(jī)械使用率又可為成孔質(zhì)量和成效率提供幫助。
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