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深基坑旋挖桩施工技术交底!

发布者:君小豪
工程概况

1基坑支护结构方案

桥西商住楼工程为一栋地上30层,地下2层的高层建筑。基坑开挖深度约8.3m,基坑采用支护桩(旋挖桩)+撑的支护形式,基坑外侧采用双排搅拌桩搭接构成止水幕墙。旋挖桩桩径为1000mm,桩间距为@150mm,桩身采用C25混凝土,要求穿过软土层进入强风化不少于2m。

2工程地质条件

本工程场地主要有如下土层:
(1)杂填土;
(2)淤泥土质;
(3)淤泥质粉细沙;
(4)强风化泥质粉砂岩;
(5)中风化泥质粉砂岩;
(6)微风化泥质粉砂质。
场地内地下水主要赋存于淤泥质粉细砂中,该层厚度较大,且分布连续,具有中等性透水层,为本场地内的强透水层。场地临近珠江,其地下水承压水头高度与珠江水相近,因此场地范围的第四系地层中的地下水与珠江水有较好的水力联系,其主要补给源为珠江水,场地内的地下水位变化受潮汐的影响,地下水位波动较大。
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3请旋挖桩施工平面分布示意图

4旋挖桩施工情况

本工程旋挖桩共170根,预计工期为24d,平均每天完成8根。前期施工每天完成8~10根,但由于后来机械故障和春节假期的影响,导致平均每天施工完成数量4~5根。虽然工期有所滞后,但总体上施工进度仍比较传统冲孔桩和钻孔桩要快。


工艺流程及施工过程控制要点

一请旋挖机构造及技术参数

桥西商住楼工程旋挖桩采用我国较为常用的金泰SD系列多功能钻机,现以本工程所采用的SD20旋挖机进行介绍。

钻杆:具有摩阻式和自锁式伸缩式钻杆供选择 
钻头:可配套短螺旋钻头、普通钻头、捞沙钻头等
底盘:采用特制的专用可扩展底盘,机动性强,提高整机的稳定性
动力配置:采用Cummins系列涡轮增压中冷发动机
电控部分:采用派芬自动控制公司自动及手动调平系统 
液压系统:整机采用全液压传动系统,实现全功率负载适时控制 
结构部分:采用段式可折叠桅杆,可降低运输状态高度
旋挖机结构主要由底盘、钻杆、钻具、动力头、电控系统这五大部分组成,下面简单介绍这几部分结构特点。

1)旋挖钻机的底盘 
底盘可分为专用底盘、履带液压挖掘机底盘、履带起重机底盘、步履式底盘。履带专用底盘结构紧凑、运输方便、外形美观、造价高。履带起重机底盘工作装置采用附着型式,主臂分为可伸缩箱型结构和框架结构,可兼作旋挖钻机和履带式起重机,节约设备投资。步履式底盘一般为三支点液压步履式行走支架、稳定性好、但移动运输不够方便、造价低,目前国内少数厂家采用。点击>>工程资料免费下载
2)钻杆、钻具 
钻杆是一个关键部件,分为内摩阻式外加压伸缩钻杆和自动内锁互扣式外加压伸缩钻杆。内摩阻式钻杆在软土层钻进效率高,锁扣式钻杆提高了动力头施于钻杆并传到钻具的下压力,适于钻进硬岩层,对操作的要求也较高。为了提高作业效率,一台钻机大多配备两套钻杆。钻具有多种,目前有长螺旋和大直 径短螺旋钻头、回转钻斗、捞砂斗、筒形钻斗、扩底钻头、岩心钻头等
3)动力头 
动力头有液压驱动、电机驱动、发动机驱动。无论何种都 具备低速钻进、反转高速甩土功能。目前大都采用液压驱动,有双变量液压马达、双速减速机驱动或低速大扭矩液压马达驱动。动力头的钻进速度一般都具有多挡, 适合在多种工况下作业。电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机,力矩大、过载能力强。 
4)电子控制技术 
90年代国外旋挖钻机的控制技术逐步实现智能化,目前国外旋挖 钻机普遍具备发动机和泵的电子控制系统,能指导主泵最佳输出,使液压负载与发动机转速相匹配,从而利用发动机的最大功率。发动机转速可在负荷较小或无负荷 时实现自动控制,自动降低发动机转速,减少油耗、降低噪音和废气的排放量。桅杆垂直度自动调平系统能对桅杆进行实时监控,可实现手动和自动切换,在一定范 围内自动调整角度,保证施工中桩孔的垂直度要求,提高施工质量;还具备回转倒土控制、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示、整机启动前预先自动检测功能。 

旋挖钻机常用钻头¢600~1200mm,钻杆两节通过内套连接,采用液压钻进系统,通过旋挖斗直接将碴土挖出并运至孔外,可钻深40米,不必像普通钻机在成孔过程中频繁装卸钻杆。


桩机自动化控制程度高,能通过仪表显示调整底座平整,钻杆垂直,能显示钻深和钻速。德国产的BJ 系列旋挖钻机还有对桩位自动找中功能,这些对控制成孔质量非常有利。



二旋挖机施工工艺流程

旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻斗内,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,不断地取土卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺,无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层或有地下水分布,孔壁不稳定,必须采用静态泥浆护壁钻进工艺,向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

施工工艺流程主要分为以下七点:

1) 桩基定位:根据勘测单位提供的水准点及测量控制网引测,在轴线的延长线上做点,桩施工过程中对现场测量控制点进行校核,并做好有效保护。 
2)埋设护筒:护筒中心线对准测定的桩位中心,严格保护护筒的垂直度,确保其中心线与桩中心重合;护筒固定正确位置后,用粘土回填夯实以保证其垂直度。
3)桩机就位:钻机安装就位后,应将钻头中心对准桩位中心,确保施工中不发生孔位偏移。(旋挖钻机一般都带有定位后的锁定功能,只要钻机不整体移位,钻杆可以自由旋转,经操作手的操作,就会仍对准原定桩位中心。)
4)成孔:利用泥浆箱和泥浆池配合使用,采用人工(采用泥浆泵搅拌造浆,泥浆采用钠基或钙基膨润土制作,掺量按泥浆比重的要求进行换算或用泥浆比重仪控制即可。)搅浆护壁成孔,泥浆比重应根据具体底层条件而定,根据试桩及施工经验确定各层地层条件下的钻进参数(泥浆比重选取范围一般为1.05~1.10之间);成孔后对孔径、孔深、沉渣、泥浆比重等各项指标进行检查。(旋挖钻孔最大的优势就是泥浆可以反复利用,第一次造浆后,以后做适当补充即可) 
5)安放钢筋笼:利用吊车将钢筋笼垂直吊入孔内,放到设计标高面后固定好钢筋笼。
6)安装导管:利用吊车将导管放入,导管直径、长度应与孔深配套,管距孔底0.3m,初灌量应保证混凝土扩散后,导管埋入深度不小于1m
7)浇注混凝土:每注入一定量的混凝土,利用吊车向上拔管,每提0.3m, 反插一半,保证混凝土的扩散和密实,如此循环,直至顶面。最小埋入深度不能小于0.5m,最大埋深可达到10m以上,这主要是因为旋挖施工所需要的泥浆比重较小、沉渣较少、砼与泥浆重量差明显。(具体施工中最大埋管深度达到11m,砼在灌注时仍翻浆正常。) 


三旋挖桩施工质量的控制要点

 1、施工质量质量预控

(1)桩机性能检查。桩机组装完成后,应督促施工单位对桩机主要性能进行检查。对于自控系统的准确性,监理应对桩机底座、导杆垂直度等用经纬仪、水准仪核查,确保自控系统偏差在规范允许范围内。 
(2)成孔工艺评定。通过试成孔,确定钻机在场地不同土层的钻进速度,护壁泥浆比重、成孔质量情况作初步分析,为下一步施工提供参考数据。

(3)审查施工组织设计,提倡方案的先进性、可行性、安全合理、质保措施工得力。监帮组合,积极协调,为工程质量保证提供良好的作业条件。施工方案优化对施工阶段的质量控制和工效起到了重要作用。 

(4)督促施工单位按工程要求建立、健全、完善施工现场的质量管理体系,并检查管理体系的正常运行。 

(5)对旁站内容、关键部位、控制目标进行策划,落实旁站人员,建立旁站工作制度。 


2、施工过程的质量控制要点
根据《建筑地基基础工程施工质量验 》要求,对桩基础施工工艺流程和灌注桩易出现的质量通病,在施工过程应设立以下质量监控点:
 ⑴ 桩位测量:施工前应复核基础轴网,建立控制桩,妥善保护;对每根桩定位,可插端头有油漆标志的短钢筋;在每根桩护筒埋设前,还要再次复测,利用轴网上的两根控制桩作基点,矢量前方交汇法复核桩位,防止施工期间挠动造成桩位偏差。
⑵ 护筒埋设:用十字交叉检查护筒中心应与桩中心重合,护筒周边土要填实,保护护筒稳定。
⑶ 桩机就位调整:某些型号的旋挖钻机具有自动调整显示,但监理人员应定期对自控系统复核。
⑷ 成孔:在钻孔过程中,应始终保持孔内泥浆液面位于地下水位以上2m左右。检查自控仪表显示,防止钻头偏移出现孔斜,取出的碴土应及时清运出工作面。
⑸ 入岩:在钻至入岩时,根据最后一挖斗取出的石渣与标准岩样比较,确定入岩界面。如岩层坚硬可换螺旋钻头,钻至不少于设计要求的深度(具体深度可现场根据岩层标高而定)。
⑹ 终孔检查:利用测绳、孔规(或孔径仪)检查孔深、孔径、垂直度等。
⑺ 清孔:按照试成孔经验,可在钢筋笼吊起后开始清孔,有利于减少沉碴厚度。清孔后应立即测量孔深,与导管安装后的孔深比较,确定沉碴厚度。
⑻ 混凝土水下浇灌:砼浇灌过程是成桩的关键阶段,也是质量问题易发阶段,隐蔽性较强,事后难以补救。因此监理全过程旁站监督,发现问题要及时解决,不留质量隐患。旁站时应注意以下几点重要环节:
① 检查每罐车砼配合比,坍落度应符合要求。
② 首灌正常后应连续浇灌砼。在浇灌过程中,应经常用测锤探测混凝土的上升高度并适时提升,逐级拆卸导管,保持导管的合理埋深(2~6m) 
③ 桩顶的灌注标高和桩头砼质量控制。规范要求桩顶灌注标高至少比设计高出0.5m。具体超灌高度因设计桩长,浮浆厚度而定,本工程桩头超灌高度约为0.6m,由于内外压力差较小,拔管速度过快易造成桩头砼不密实,裹入泥砂等质量缺陷,因此在浇灌砼最后阶段应降低拔管速度并往复插拔。


四旋挖机成孔特点

通过与传统钻孔桩机的比较,我们可以得出旋挖桩机成孔工艺有明显的优势之处,其主要优势归纳如下:
⑴ 成孔速度快,是普通循环钻机的5倍以上,有效地保证了工程进度。旋挖钻机钻杆为伸缩式钻杆,提钻速度快。按直径1m, 孔深17m左右的基桩在1h左右即可完成。旋挖钻机对不同的地质情况适应性强,适用广泛。
⑵ 移位方便,旋挖钻机多为液压履带式伸缩底盘,可将钻机方便地移动到所要到达的位置,而不像普通循环钻机移位那么繁琐,同时又保证了整机稳定性及良好的机动性能。
⑶ 定位速度快且定位准确度高。开孔前通过人工指挥钻头中心对准桩位,再由机械手将对应坐标设置为轴心坐标,施工过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位,使钻机达到最佳钻进状态。
⑷ 钻孔深度、垂直度可自动检测及控制。因钻机自身自动化程度高,钻孔深度和垂直度可由电子系统控制并在荧屏实时显示。
 ⑹ 安全、环保特点突出。整机采用全液压传动,整机调平和行走移位均借助液压马达或油缸,不仅过载保护性好,运转平稳,安全可靠,操作灵活轻快,震动小、噪音低,大大减轻了操作者工作强度,而且钻机还设置了主、副卷扬机的高度限位与动臂幅度限位以及驾驶室内液控开关等安全保护装置,从而促进了文明施工和安全生产;钻孔过程不用循环泥浆,使用的泥浆可以循环利用,钻渣可以通过提升旋挖斗时和泥浆分离后运走,减少了污染,施工现场较为整洁干净。
 ⑺ 成孔后沉渣少。旋挖钻机成孔采用静态泥浆护壁,钻渣是通过旋挖斗提出,故沉渣量很小;而其它钻机钻渣是通过泥浆的循环排出,故两三米沉渣是常见的。
 ⑻ 由于旋挖钻机的特殊成孔工艺,其钻头多次上下往复,使孔壁粗糙、不易产生缩径。与传统的钻孔桩相比,旋挖桩的承载力显着提高,承载桩的施工质量有所保证。 

五旋挖机的局限性

旋挖机优势明显,但也有自身难以克服的缺点,归纳如下:
 ⑴ 受施工土层的制约较大 
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,在粘性土层钻进效果最佳,而在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工比较困难,并容易发生孔内事故和机械事故,体现不出旋挖钻进的优越性。
 ⑵ 整机的价格较贵 
目前国产旋挖钻机价格约为400~500万元,进口钻机价格要600多万元人民币。对于一般的基础施工企业,一次性投资几百甚至上千万元购置设备有一定困难。 
 ⑶ 维修费用高、时间长 
旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6000多个小时,超过这一寿命后,一些部件就需要更换修理,尤其是液压系统主泵、动力头以及钻杆钻具,而往往这些关键部件的维修费用较高,时间也较长。桥西支护桩施工中,旋挖机经常出现故障,耽误施工,原因在于钻杆已超出正常工作寿命,经常需要维修焊补。   

六旋挖桩的检测

桥西基坑支护工程根据《建筑地基基础检测规范》DBJ15–60–2008的要求,对用于支护工程的混凝土灌注桩,采用低应变法进行桩身完整性检测;根据低应变法检测结果判定存在桩身缺陷的,采用钻孔抽芯法补充检测。检测方法如下:
    1、低应变法:检测不少于总桩数的10%,且不少于10根。
    2、钻孔抽芯法:检测不少于总桩数的2%,且不少于3根。


七旋挖桩的验收

根据《建筑桩技术规范》JGJ 94–2008的要求,当桩顶设计标高与施工场地标高相近时,基桩的验收应待基桩施工完毕后进行;当桩顶设计标高低于施工场地标高时,应待开挖到设计标高后进行验收。
基桩验收应包括下列资料:
    1、岩土工程勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知书等;
    2、经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更单;
    3、桩位测量放线图,包括工程桩位线复核签证单;
    4、原材料的质量合格和质量鉴定书;
    5、施工记录及隐蔽工程验收文件;
    6、成桩质量检查报告;
    7、单桩承载力检测报告;
    8、基坑挖至设计标高的基桩竣工平面图及桩顶标高图;
    9、其他必须要提供的文件和记录。

旋挖钻机作为一种新型钻孔设备,它具有功率大,钻孔速度快,自动化程度高,移动灵活方便,定位准确,节约劳动力,生产安全,工作方便,环保性能好,噪声小,工作效率高,节约时间,降低施工成本等特点。但它也有因自身原因带来的一些问题,由于其施工工艺环节多,一环不慎,便会有质量问题发生,这就需要施工和监理人员具有认真的工作态度、很强的责任心、良好的技术水平和丰富的临场处理能力。尤其在房屋基础建设中,更需要加强施工管理,搞好成桩质量。