潛孔錘+旋挖成孔灌注樁施工技術(shù)

潛孔錘+旋挖成孔灌注樁施工技術(shù)【摘要】：某核電站蒸汽供能項目能源站子項位于2#常規(guī)島廠房南側(cè)，基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁，為入巖端承樁。該區(qū)域周邊臨近有運行的發(fā)電廠房，振動過大將會造成運行設(shè)備停機(jī)風(fēng)險；地基情況復(fù)雜，從上至下依次為開山拋填的碎塊石、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化二長淺粒巖、中風(fēng)化二長淺粒巖。根據(jù)以上情況，單一傳統(tǒng)的成孔方式無法滿足要求，經(jīng)過詳細(xì)分析及調(diào)研，采取氣動潛孔錘+旋挖鉆成孔方式進(jìn)行混凝土灌注樁的施工，大大減少設(shè)備成本，縮短了工期。經(jīng)檢測機(jī)構(gòu)檢測樁身完整性、地基承載力均滿足設(shè)計要求。【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜地質(zhì)氣動潛孔錘旋挖鉆成孔灌注樁1.工程概況蒸汽供能項目技術(shù)路線采用蒸汽轉(zhuǎn)換技術(shù)，即利用某核電站3、4號機(jī)組二回路主蒸汽經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)換裝置生產(chǎn)工業(yè)蒸汽，通過長輸管網(wǎng)將蒸汽輸送至某市石化基地用汽企業(yè)。主要建構(gòu)筑物和設(shè)施包括：新建能源站、化水廠、脫水機(jī)間、綜合管架、閥門站及廠區(qū)管網(wǎng)等。新建能源站能源站子項位于2#常規(guī)島廠房南側(cè)，基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁，為入巖端承樁。該區(qū)域周邊臨近有運行的常規(guī)島發(fā)電廠房，振動過大將會造成發(fā)電運行設(shè)備停機(jī)風(fēng)險。同時，該區(qū)域地基情況復(fù)雜，從上至下依次為開山拋填的碎塊石（粒徑大的超過60cm，呈棱角狀，級配較差，厚度9.1～11.4m）、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化二長淺粒巖、中風(fēng)化二長淺粒巖。垂直分布有多層。面對工程量大、地質(zhì)多層多樣、存在堅硬石塊等復(fù)雜的地質(zhì)條件，如采用傳統(tǒng)沖孔樁施工工藝，施工工期將嚴(yán)重滯后。經(jīng)過詳細(xì)分析及調(diào)研，采取氣動潛孔錘+旋挖鉆成孔方式進(jìn)行混凝土灌注樁的施工，大大減少設(shè)備成本，縮短了工期。經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測樁身完整性、地基承載力均滿足設(shè)計要求。2.施工工藝的選擇本工程原設(shè)計為沖孔灌注樁，由于沖孔振動大，對周邊發(fā)電運行廠房設(shè)備有影響，同時沖孔工藝施工周期長，無法滿足本工程要求。結(jié)合本工程地質(zhì)復(fù)雜、工期緊等特點，采用旋挖鉆機(jī)攜帶氣動潛孔錘鉆頭穿透大塊石回填層，再采用旋挖鉆機(jī)成孔，灌注混凝土的施工工藝。2.1氣動潛孔錘工作原理在氣動潛孔錘鉆進(jìn)過程中，高壓空氣驅(qū)動沖擊器內(nèi)的活塞作高頻往復(fù)運動，并將該運動所產(chǎn)生的動能源源不斷的傳遞到鉆頭上，使鉆頭獲得一定的沖擊功。鉆頭在該沖擊功的作用下，連續(xù)的對孔底巖石施行沖擊。巖石在該沖擊功的作用下，形成體積破碎。同回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，該工藝是以鉆頭沖擊破碎巖石取代了切削巖石；以動載沖擊代替了靜載研磨，以巖石的體積破碎代替了研磨剪切破碎。在潛孔錘鉆進(jìn)的同時，一部分被體積破碎下來的巖屑被具有一定壓力及速度的空氣吹離孔底，并排出孔口、減少了巖石重復(fù)破碎的機(jī)會。所以氣動潛孔錘有較高的鉆進(jìn)效率。2.2旋挖鉆工作原理旋挖鉆機(jī)在根據(jù)土層鉆進(jìn)至淤泥層、粘性土、泥土、粉質(zhì)土、(泥)砂層時采用普通鉆具抓斗進(jìn)行旋挖作業(yè)，當(dāng)遇至卵(漂)石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、永久凍土、風(fēng)化基巖等地層時換為金剛石截齒鉆具進(jìn)行切割鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深后，金剛石截齒鉆具取下調(diào)換成可閉合式抓斗進(jìn)行碎石抓取，直至達(dá)到設(shè)計沉渣厚度后即可成孔報驗完成鉆孔。3.施工技術(shù)3.1工藝流程工藝流程：平整場地→定位放線→潛孔錘鉆孔及埋設(shè)護(hù)筒→泥漿制備→旋挖鉆進(jìn)成孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→再次檢查孔底沉渣→灌注水下混凝土→拔出護(hù)筒一樁基完整性檢測。3.2定位放線測放基點：依據(jù)建設(shè)單位提供的坐標(biāo)高程控制點，轉(zhuǎn)點至施工現(xiàn)場內(nèi)埋點形成定位控制網(wǎng)，作為施工測量、復(fù)測、復(fù)核依據(jù)；測設(shè)方法：首先要設(shè)計圖紙進(jìn)行樁位編號，并計算出各樁位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后采用電子全站儀根據(jù)轉(zhuǎn)至場內(nèi)并經(jīng)復(fù)測的控制點位測設(shè)出將要施工的樁位并經(jīng)質(zhì)檢及監(jiān)理單位復(fù)核，施工樁位將采用鋼筋節(jié)打點，且每個樁位應(yīng)注明樁位編號。3.3成孔石塊回填層部分成孔采取啟動潛孔錘成孔，剩余部分采取泥漿護(hù)壁旋挖鉆機(jī)成孔。（1）潛孔錘成孔由攜帶潛孔錘鉆頭的旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔，空氣潛孔錘的鉆機(jī)型號為SR285R，為國內(nèi)先進(jìn)設(shè)備；空氣壓縮機(jī)兩臺,型號為XS1210CD、LUY350-30，有效工作壓為30bar,額定排氣量34.2m3/min，可以滿足鑿巖、排渣清孔的需要。此種潛孔錘鉆機(jī)解決了以下問題:1)實現(xiàn)全過程套管跟進(jìn),高效連接鉆桿和套管，提升整體施工效率；2)正循環(huán)進(jìn)氣排渣的氣路設(shè)計，將排渣氣流束縛在套管和防塵罩內(nèi)，減少環(huán)境污染；3)在動力頭上設(shè)計有緩沖裝置，將潛孔錘振動對機(jī)器的破壞性降低,確保機(jī)器長壽命運轉(zhuǎn)；4)所有油路、氣路操作集成在駕駛室內(nèi)，實現(xiàn)一人操作。本鉆機(jī)性能可靠、功能齊全、自動化程度高,能實現(xiàn)潛孔錘鉆進(jìn)與套管全程同時跟進(jìn)，能方便高效地進(jìn)行鉆孔施工。旋挖潛孔錘成孔首先是將鉆頭及鉆桿裝入鋼護(hù)筒中，本工程根據(jù)地質(zhì)特點及成孔工藝，確定鋼護(hù)筒高度為12m。開動潛孔錘鉆進(jìn)，同時將鋼護(hù)筒帶入，利于潛孔錘排出氣壓將孔內(nèi)渣土吹出。先啟動空氣壓縮機(jī)，當(dāng)氣壓達(dá)到12Mpa壓力時，潛孔錘形成隨旋轉(zhuǎn)振動，開動鉆機(jī)內(nèi)外動力頭進(jìn)行沖鉆。為防止偏孔，開孔時要采取慢速沖擊；鋼護(hù)筒解決了防止樁孔坍孔、卡鉆或埋鉆的問題。套管隨潛孔錘進(jìn)尺而跟進(jìn)穿透塊石回填層后關(guān)閉外動力頭，跟管停止。（2）旋挖鉆機(jī)成孔旋挖鉆孔，淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)粘土采用普通鉆具抓斗進(jìn)行旋挖作業(yè)；入巖后采用金剛石截齒鉆具進(jìn)行切割鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計孔深后，金剛石截齒鉆具取下調(diào)換成可閉合式抓斗進(jìn)行碎石抓取，直至達(dá)到設(shè)計沉渣厚度后即可成孔報驗完成鉆孔。鉆機(jī)就位后，鉆頭中心對準(zhǔn)樁位，定位誤差不大于20mm。鉆進(jìn)時應(yīng)隨時檢查泥漿比和含砂率，不符合要求時，及時調(diào)制。經(jīng)常注意地層變化，在地層變化處進(jìn)行撈取渣樣，判明后計入記錄表中，并與地質(zhì)剖面圖核對。開鉆時必須慢速鉆進(jìn)，待導(dǎo)向部位或鉆頭全部進(jìn)入地層后，方可加速鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中，操作人員隨時觀察鉆桿是否垂直，并通過深度計數(shù)器控制鉆孔深度。中途不得停頓，因故停鉆時，鉆進(jìn)應(yīng)將鉆頭提離孔底5m以上。在鉆孔過程中，指定專人經(jīng)常對孔徑、孔深、垂直度等項進(jìn)行檢查，施工時做好鉆孔記錄。當(dāng)鉆至設(shè)計深度后，用測繩檢查泥漿和孔底沉淀厚度，并及時通知監(jiān)理工程師進(jìn)行樁孔檢查驗證。清孔鉆孔深度達(dá)到設(shè)計要求并符合終孔條件后，應(yīng)進(jìn)行清孔。清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣則是影響灌注樁承載能力的主要因素之一。清孔則是利用泥漿在流動時所具有的動能沖擊樁孔底部的沉渣，使沉渣中的巖粒、砂粒等處于懸浮狀態(tài)，再利用泥漿膠體的粘結(jié)力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔，最終將樁孔內(nèi)的沉渣清干凈。旋挖灌注樁灌注前，由于從提鉆到導(dǎo)管安裝完畢過程很長，對于鉆孔灌注樁來說，必然會使第一次清孔后的沉渣增加，如果不采取措施，沉渣過多，容易引起灌注事故，直接影響樁基的承載力，危及結(jié)構(gòu)安全。因此，必須高度重視灌注前的二次清孔工作。第一次清孔方法終孔檢查后，應(yīng)迅速進(jìn)行第一次清孔，第一次清孔用鉆頭反復(fù)撈取松渣，直至松渣厚度符合規(guī)范要求為止。第二次清孔方法二次清孔在安裝鋼筋籠和下導(dǎo)管之后進(jìn)行，調(diào)整泥漿比重，以較小比重泥漿從導(dǎo)管壓入孔內(nèi)，置換孔中沉渣及大比重泥漿，使泥漿比重及沉渣厚度符合規(guī)范要求，經(jīng)監(jiān)理工程師同意后灌注水下混凝土。為保證混凝土的灌注質(zhì)量，沉渣厚度符合規(guī)范和設(shè)計規(guī)定，泥漿比重在1.05以內(nèi)。3.4鋼筋籠制作及安裝（1）鋼筋籠制作鋼筋籠在現(xiàn)場分節(jié)制作，主筋與加強(qiáng)筋全部焊接，螺旋筋與主筋采用隔點焊加固，鋼筋籠制作符合設(shè)計及規(guī)范要求。制作好的鋼筋籠，即進(jìn)行逐節(jié)驗收，合格后掛牌存放。（2）鋼筋籠孔內(nèi)安放鋼筋籠主筋在孔口焊接，單面焊10d，焊縫高度≥0.3d，焊縫寬度≥0.8d。兩段籠子應(yīng)保持順直，同截面接頭不得超過配筋的50%，間距錯開，不少于35d。鋼筋焊接完好后，應(yīng)緩慢下放入孔內(nèi)，嚴(yán)禁砸籠。3.5下導(dǎo)管（1）導(dǎo)管的選擇采用絲扣連接的導(dǎo)管，導(dǎo)管直徑根據(jù)樁徑確定，底管長度為4m，中間每節(jié)長度一般為3m。在導(dǎo)管使用前，必須對導(dǎo)管進(jìn)行外觀檢查、對接檢查。外觀檢查：檢查導(dǎo)管有無變形、坑凹、彎曲，以及有無破損或裂縫等，并應(yīng)檢查其內(nèi)壁是否平滑，對于新導(dǎo)管應(yīng)檢查其內(nèi)壁是否光滑及有無焊渣，對于舊導(dǎo)管應(yīng)檢查其內(nèi)壁是否有混凝土粘附固結(jié)。對接檢查：導(dǎo)管接頭絲扣應(yīng)保持良好。連接后應(yīng)平直，同心度要好。經(jīng)以上檢驗合格后方可投入使用，對于不合格導(dǎo)管嚴(yán)禁使用。導(dǎo)管長度應(yīng)根據(jù)孔深進(jìn)行配備，滿足清孔及水下混凝土澆筑的需要，即清孔時能下至孔底；水下澆筑時，導(dǎo)管底端距孔底0.5m左右，混凝土應(yīng)能順利從導(dǎo)管內(nèi)灌至孔底。（2）導(dǎo)管下放導(dǎo)管在孔口連接處應(yīng)牢固，設(shè)置密封圈，吊放時，應(yīng)使位置居中，軸線順直，穩(wěn)定沉放，避免卡掛鋼筋籠和刮撞孔壁。3.6混凝土澆筑混凝土車攪拌運輸：混凝土坍落度控制在18～22cm，用攪拌車混凝土直接到孔口倒入料斗內(nèi)。水下混凝土澆筑：澆筑前，計算出混凝土澆筑初灌量。施工中要保證澆筑初灌量。澆筑時導(dǎo)管埋深控制在2～6m，拆管前專人測量孔內(nèi)混凝土面，并做記錄，澆筑混凝土接近樁頂標(biāo)高時，應(yīng)控制最后一次澆筑量，確保樁頂標(biāo)高符合設(shè)計要求。試塊制作：在澆樁過程中，隨機(jī)抽取1～2盤混凝土做試塊，每支樁應(yīng)做一組試塊，制作好的試塊在12h后拆模，放置靜水中養(yǎng)護(hù)。試塊評定采用數(shù)理統(tǒng)計法評定。3.7鋼護(hù)筒拔出當(dāng)樁基混凝土灌注完成，檢查無誤后，采用60tSCC型履帶起重機(jī)配合QZ60振動打樁錘進(jìn)行鋼護(hù)筒拔出。先開啟振動錘振動1分鐘后再起吊拔管，起拔速度控制在每分鐘≦1米,自澆注完成后,振動拔管時間控制在30分鐘左右完成，最長不得超過60分鐘。結(jié)束語采用氣動潛孔錘+旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁施工工藝，在塊石回填層、淤泥層及中風(fēng)化巖層等復(fù)雜地質(zhì)條件下，可輕松施工,快速鉆孔成樁；且有外護(hù)筒保護(hù),孔徑、孔壁形狀質(zhì)量好、垂直精度高,施工速度快。氣動潛孔錘灌注樁施工工藝中采用的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)克服了