旋挖樁工藝發(fā)展的論文

2023-07-08 論文

　　摘要：旋挖樁工藝在我國是近幾年才推廣使用的一種先進(jìn)的樁基施工工藝，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、橋梁和大型建筑的樁基施工。近幾年，在青藏鐵路、北京地鐵、奧運(yùn)場館、首都機(jī)場新航站樓等大型工程的施工中，旋挖樁高效、環(huán)保、效益高的優(yōu)勢得到公認(rèn)，國內(nèi)掀起了“旋挖樁熱”，旋挖鉆機(jī)是“十五”期間發(fā)展最快的樁工機(jī)械產(chǎn)品。廣州地區(qū)應(yīng)用旋挖樁工藝較遲，實(shí)例不是很多，下面以某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用旋挖樁施工的成功例子分析該施工工藝在廣州地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展前景。

　　關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；工藝；優(yōu)點(diǎn)；局限性；應(yīng)用；發(fā)展

　　1工程概述

　　1.1工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

　　某工程建設(shè)規(guī)模為地上16層、地下2層，場地地面標(biāo)高7.24～7.75m，基坑開挖深度7.62～10.00m。基坑支護(hù)的做法為：采用間距為1400的Ф1000鉆孔樁加設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索+水泥攪拌樁止水的支護(hù)形式，其中鉆孔樁的樁長有12.12、10.50、9.50、8.44、10、9.10、9.07、11m等8種，混凝土等級為C25。

　　1.2工程地質(zhì)特征

　　根據(jù)野外鉆探結(jié)果，場地巖土層按成因類型自上而下分別為人工填土層（Qml）、沖積層（Qal）、殘積層（Qe）l以白堊系（K）風(fēng)化巖帶。其中人工填土層為①雜填土，沖積層包含②1粉土、②2淤泥、②3粉質(zhì)粘土、②4粉土和②5中砂，風(fēng)化殘積層為③粉土，基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖巖體，包括④1全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖帶、④2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖帶、④3中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖帶和④4微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖帶。

　　1.3水文情況

　　場地地下水屬第四系孔隙潛水類型，地下水位主要受大氣降水的影響，水位埋深為0.8～1.5m，標(biāo)高為6.12～6.95m。在場地地層中，雜填土層、粉土和層為相對透水層；中粗砂層為主要含水層，沖積粉質(zhì)粘土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、殘積粉土層、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖帶為相對隔水層。場地含水層呈透鏡狀，局部分布，儲水量不大，總的來說場地地下水不豐富。

　　1.4鉆孔樁的實(shí)施情況

　　鉆孔樁共264條，投入20臺鉆孔樁機(jī)，計(jì)劃13d完成。在施工過程中，由于樁機(jī)損壞及天氣原因影響，8d成孔122條樁，比計(jì)劃慢了約40條，即每臺鉆孔樁機(jī)每天成孔0.76條。

　　現(xiàn)場項(xiàng)目部經(jīng)過與樁施工隊(duì)協(xié)調(diào)，增加投入1臺廣州地區(qū)較少使用的旋挖鉆機(jī)（如圖1）。結(jié)果，在最后5d的時(shí)間里，鉆孔樁機(jī)成孔92條，旋挖鉆機(jī)成孔50條，平均10孔/d。支護(hù)樁施工按計(jì)劃順利完成，為整個(gè)地下室施工贏得了時(shí)間。

　　2旋挖鉆機(jī)的成孔工藝

　　旋挖鉆機(jī)成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。對粘結(jié)性好的巖土層，可采用干式或清水鉆進(jìn)工藝，無需泥漿護(hù)壁。而對于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩(wěn)定，必須采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，向孔內(nèi)投入護(hù)壁泥漿或穩(wěn)定液進(jìn)行護(hù)壁。旋挖樁施工流程圖見圖2：

　　3旋挖鉆機(jī)成孔的優(yōu)點(diǎn)

　　3.1廣泛的適應(yīng)性

　　在硬土地層，由于傳統(tǒng)鉆機(jī)的自重有限，不可能給鉆頭施加更大的進(jìn)給壓力。而旋挖鉆機(jī)由于采用動力頭裝置，動力頭的給進(jìn)力加上鉆桿的重量，鉆進(jìn)能力強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在相同的地層中，旋挖鉆機(jī)的成孔速度是轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的5～10倍。

　　3.2成孔速度快

　　旋挖鉆機(jī)的成孔速度最快能達(dá)到1m/min，與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比優(yōu)勢明顯，這樣就有效地保證了工程的進(jìn)度，節(jié)省了工期，減少了施工投入。

　　3.3環(huán)保特點(diǎn)突出

　　目前國內(nèi)傳統(tǒng)鉆機(jī)多采用連接鉆桿形式和掏渣桶掏渣，在鉆進(jìn)過程中多采用泥漿循環(huán)方式，在施工中需在場內(nèi)設(shè)置泥漿池，文明施工難以控制。而旋挖鉆機(jī)采用動力頭形式，其工作原理是用短螺旋鉆頭或旋挖斗，利用強(qiáng)大的扭矩直接將土或砂礫等鉆渣旋轉(zhuǎn)挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥漿支護(hù)的情況下就可以實(shí)現(xiàn)干法施工，即使在特殊地層需要泥漿護(hù)壁的情況下，泥漿也只起支護(hù)作用，鉆削中的泥漿含量相當(dāng)?shù)停@使污染源大大減少，改善了施工環(huán)境，成孔效率大大提高。

　　3.4提高樁的承載力

　　由于旋挖鉆機(jī)的特殊成孔工藝，其鉆頭的多次上下往復(fù)，使孔壁粗糙、不易產(chǎn)生縮徑。與傳統(tǒng)的鉆孔樁相比，旋挖樁的承載力顯著提高。

　　3.5行走移位方便

　　旋挖鉆機(jī)的履帶機(jī)構(gòu)可將鉆機(jī)方便地移動到所要到達(dá)的位置，而不像傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)移位那么繁瑣，從而加快了施工速度，對場地的適應(yīng)能力極強(qiáng)。

　　3.6樁孔對位方便準(zhǔn)確

　　這是傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)根本達(dá)不到的，在對位過程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備就可以精確地實(shí)現(xiàn)對位，使鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài)。

　　4旋挖鉆機(jī)的局限性

　　4.1受施工土層的制約較大

　　旋挖鉆機(jī)主要適用于土層、砂層，以及較松散的、粒徑較小的卵礫石層，在粘性土層鉆進(jìn)效果最佳，而在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石層施工比較困難，并容易發(fā)生孔內(nèi)事故和機(jī)械事故，體現(xiàn)不出旋挖鉆進(jìn)的優(yōu)越性。

　　4.2整機(jī)的價(jià)格較貴

　　目前國產(chǎn)旋挖鉆機(jī)價(jià)格約為400～500萬元，進(jìn)口鉆機(jī)價(jià)格要600多萬元人民幣。對于一般的基礎(chǔ)施工企業(yè)，一次性投資幾百甚至上千萬元購置設(shè)備有一定困難。

　　4.3維修費(fèi)用高、時(shí)間長

　　旋挖鉆機(jī)的全負(fù)荷正常工作壽命為6000多個(gè)小時(shí)，超過這一壽命后，一些部件就需要更換修理，尤其是液壓系統(tǒng)主泵、動力頭以及鉆桿鉆具，而往往這些關(guān)鍵部件的維修費(fèi)用較高，時(shí)間也較長。

　　5旋挖樁在廣州地區(qū)的應(yīng)用情況分析

　　5.1旋挖樁適用地層

　　旋挖樁適用地層范圍較廣，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，其適用地質(zhì)條件如下：

　　①適用于砂巖、灰?guī)r、花崗巖及黏土層、砂層、淤泥質(zhì)等地層中；②適用于進(jìn)入硬巖施工，一般在單軸抗壓強(qiáng)度30MPa以下硬巖中成孔速度較理想；③軟弱地層成孔速度較快，如有塌孔情況可采用套管跟管鉆進(jìn)或鋼護(hù)筒護(hù)壁的方法處理。

　　5.2廣州地區(qū)地質(zhì)情況

　　廣州位于粵中拗陷（三級單元）的中部，廣從、瘦狗嶺、廣三斷裂是本區(qū)構(gòu)造的基本骨架，主要以廣從斷裂和瘦狗嶺斷裂為界線分成4個(gè)構(gòu)造區(qū)：增城凸起，廣花凹陷，東莞盆地，三水?dāng)嘞菖璧亍Ｊ莨穾X斷裂以南構(gòu)造區(qū)，包括廣州市中心及黃埔港一帶，處于三水?dāng)嘞菖璧貣|延部分。主體構(gòu)造走向是東西向，其次是北西向。巖層埋深較淺，一般為10～20m左右，有的地方甚至從5m開始即進(jìn)入巖層。該地區(qū)微風(fēng)化巖層單軸抗壓強(qiáng)度一般在30MPa左右，有的達(dá)到35MPa，有一定起伏。

　　5.3應(yīng)用情況分析

　　根據(jù)旋挖樁適用的地層情況，旋挖鉆機(jī)在廣州地區(qū)土層中成孔較為理想，其不僅適用于工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，同時(shí)可以作為工程樁的理想樁基施工機(jī)械。

　　6發(fā)展前景

　　旋挖樁技術(shù)被譽(yù)為“綠色施工工藝”，在我國有很好的發(fā)展前景，進(jìn)口產(chǎn)品正大量涌入我國市場，而我國同類產(chǎn)品的開發(fā)尚處于初始階段，未來幾年將處于急速發(fā)展的上升和成熟時(shí)期。今天，我國正處在一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種工程建設(shè)急需大量的建設(shè)機(jī)械，特別是公路橋梁、鐵路、水利、城市發(fā)展，需要大量的樁工機(jī)械設(shè)備，從其發(fā)展的速度來看，旋挖鉆機(jī)的市場需求量還是比較大的。

　　在廣州，旋挖樁的應(yīng)用處于萌芽階段，只在一些大型的工程（如地鐵）施工中使用過，可供參考的施工經(jīng)驗(yàn)較少。但是隨著廣州及周邊城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型地下工程必然越來越多，旋挖樁施工工藝必將具有非常廣闊的前景。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]張啟君國內(nèi)外旋挖鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析(上篇)建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理2006年04期.

　　[3]陶坤旋挖鉆機(jī)在樁基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用與分析探礦工程(巖土鉆掘工程)2007年02期.

　　[4]劉偉旋挖鉆機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用建筑機(jī)械化2004年第11期.

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