旋挖钻在察凯高速公路桩基施工中的应用 旋挖钻桩基施工方案

来源:高中教育 发布时间:2019-03-12 05:40:11 点击:

  一 旋挖钻成孔原理及适用条件      旋挖钻成孔是在一个可闭合开启的桶式钻头底部及侧边安装、焊接、切削刀具,在液压钻杆的旋转驱动下,切削挖钻土层,使被切削土体通过活动阀门进入的桶式钻头内,然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆,将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地钻进、卸土,直至设计深度。
  对粘结性较好的土层,可采用干式钻进成孔工艺。而对于松散易坍塌地层或地下水位以下的砂层,则应采用静态泥浆护壁钻井工艺。
  
  (一)旋挖钻机的特点
  钻机采用履带式底盘,具有行走功能、移动方便、就位快速准确、能极大提高工作效率。钻机本身配备控制系统,便于自动化施工,可自动调整各项技术指标,保证钻机的孔位、垂直度、孔径、孔深等全部达到规范和设计要求。
  钻机配置多种钻头,适用于不同地质成因的硬粘土、软粘土、粗砂、卵砾石地层。钻头具有多效功能,可钻进,又可以提渣、清孔,而且施工速度快。同时型号不同,桩径也不同,选择范围很大,可以完成直径φ600mm~φ2000mm,深度达60~70m的桩基。
  钻机采用动力头装置,动力头的给进力加上钻杆的重量,使得钻进能力强,钻进效率高。在硬粘土、软粘土、粗砂、卵砾石地层中的钻进效率是冲击钻,是反循环钻机工作效率的6倍。对于直径1.5m、孔深40m左右的桩孔,10h即可成孔。
  在采用旋挖钻施工中不必挖大规模的泥浆池,现场环境好;钻渣可直接装车外运,不污染场地;施工噪音小,是一种典型的环保型施工设备。
  旋挖钻机主要适用于土层、砂层,以及较松散的、粒径较小的卵砾石层,粘性土层效果最佳,而在硬的岩石地层(一般单轴抗压强度30MPa以上)、较致密的卵砾石、大直径的漂石层施工比较困难,并易发生孔内事故和机械事故。
  
  二 旋挖钻机应用情况
  
  (一)线路区地质情况概述
  该实例位于青海省海西州境内,是青海省“两横三纵三条路”主骨架的重要组成部分,在察汗诺通过茶察连接线与国道109线连接。是青海省海西州东连西宁、西入新疆、北接甘肃的跨区域公路交通运输网的枢纽性的主干线。
  线路经过区域位于青藏高原东北部,属柴达木盆地东沿与南祁连山系的过渡段,具有高山谷地与新生代盆地相间的特点,察汗诺谷地向南地势渐低,坡降为20~50‰,海拔3090~3300米,谷宽800-1500米,沟底多为黄土状土,地势平坦。
  依据地貌、第四纪堆积物成因和岩土工程性质,将线路区域内地基土分别纳入五个工程地质区:I区:山前冲积区,为山前倾斜平原,坡降一般10~20‰,主要由圆砾、卵石加砂,局部表层覆盖粘性土,中密度为主。Ⅱ区:平原区,缓倾斜平原,坡降一般≤10‰,地形较平坦;主要由上部粉质粘土、细砂层、硬塑土、下部卵石及圆砾层组成,中密为主。Ⅲ区:冲、洪积河谷区,冲洪积扇毗连、波状起伏地形,坡降为10~20‰,向谷地倾斜,坡度10~20度,重构发育。Ⅳ区:湖积平原区,水草沼泽地,地表为草皮,地形平坦,地表草皮一下主要有粉砂质淤泥组成,松软、承载力低。V区:基岩出露区,山体斜坡,地形起伏较大,地势向山角倾斜,主要有上部强风化岩,碎石状,下伏中风化岩组成。
  
  (二)察柴高速公铁立交工程实例
  察柴高速全线设公铁立交2754米/6座,桥梁跨径20-40米不等,桥宽24m,四车道,设计行车速度80km/h,桥涵设计荷载采用公路一1级。30米、40米跨径上部采用后张法预应力小箱梁结构,其余为先张法空心板。下部为柱式、肋板式墩台身,钻孔灌注桩基础。共有钻孔灌注桩800余根,设计桩径均为φ1.2-1.8米m,桩长30m左右。桥梁工程总工期12个月,但桥梁下部、基础部分施工经与铁路部门协调,工期为4个月。为维护合同的严肃性,保质、保量按期完工,同时为减少因施工对铁路运行的干扰,该工程桩基采用旋挖钻工艺施工。
  桩基地层资料为:桥梁所处位置地表高差1.7米,地形较为平坦,为第四系全新冲、洪积层。底层分布及构造简单,底层分布连续稳定,不存在断裂构造。地下水为第四系松散层孔隙水,受大气降水和地表径流补给,补给量呈季节性变化。底下水埋深16.8~20m。
  底层分布较简单,变化较小,地面以下0~10m为粉质粘土及细砂层,10~20m为砾石土,20~30m为角砾石层,持力层为3-6层角砾层。
  钻孔桩共计800根,桩长30m左右。投入4台旋挖钻机,100个工作日全部完成。鉴于桥梁所在区域下部体层以砾石土、卵砾石层为主,以及地下水位16.8~20m,为保证桩基钻进的安全,防止产生塌孔,可采用静态泥浆护壁钻进工艺。有时因施工机械损坏、天气影响,造成施工速度相对迟缓,在这种情况下每台旋挖钻机每天也可完成1.5根桩基的施工作业。
  经对监测,所有基桩优良率达到95%以上。
  
  三 青海海西地区旋挖钻机应用前景展望
  
  青海海西地区大抵构造属祁吕贺兰山字形构造,与秦岭昆仑构造带之间的过度地带。区内主要构造轮廓、地层走向褶皱及断裂展布等大致遵循北西延展,表层第四系覆盖层较厚,各种构造活动迹象不十分明显。区内主要为第四系上更新统,沙土经过长期固结,状态为中密。第四系全新统主要为粉质粘土地层。目前桥梁桩基设计深度20~40m,其地质情况适宜采用旋挖钻施工。从地域上看,海西范围内适合旋挖钻机施工的区域占总面积的3/5以上。由于海西地下水位埋藏较深,利于护壁钻进施工,对于推广旋挖钻施工工艺,具有很好的地质、水文条件。
  目前旋挖钻在共茶高速及察德高速桥梁桩基施工中已有很多成功的应用实例,如茶卡互通、察汗诺互通、茶察连接线K27+298公铁立交、K4+581公铁立交桩基施工等。
  随着西部大开发战略及支撑藏区经济发展政策的实施,青海公路建设得到快速发展,公路等级普遍提高,各种大跨径、高技术含量的桥梁构造物得到全面发展,因而需要大量的桩基施工机械。旋挖钻施工工艺以其低噪声、高效率、低污染、低造价、保质保量的特点,在施工场地条件适宜的情况下必将得到广泛应用。

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