旋钻挖桩原理.docx

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旋钻挖桩原理

第一节 旋挖钻孔灌注桩基础技术方案

一概述钻孔桩工程，现场地形、地质情况

   本标段共有钻孔桩576根，桩径1.5m，桩长60m，每个墩身下设18根，左右幅各9根，属于群桩基础，上设大体积承台。

桩基按“m”法进行计算和配筋，其入土深度，在设计中已考虑了恒载、活载、温度、支座位移、砂土液化、湿陷性黄土等因素的影响。

0#台、1#墩、2#墩身桩基础分别地处黄土台塬上、中、下部，地质情况主要为黄土、粉质粘土、细纱；

3#～11#地质情况大体为细砂、中砂、粉土、卵石土、粉质粘土，其中粉质粘土和细砂主要集中在桩体下部。

具体分布情况如下图示。

12#～32#地质情况大体为细砂、中砂、卵石土和粉质粘土，其中卵石层相对厚点，在钻孔中发现两层胶结带，特别难钻，分别处于桩体中下部和桩底部位。

具体分布情况如下图示意。

    二、混凝土配合比的设计

    桩体设计为25#混凝土，为确保其质量，特委托陕西省公路工程试验检测中心进行配合比的设计。

具体情况如下：

 试件的制作和混凝土的强度检验结果

水泥砂碎石水

技术参数

尧柏中砂碎石饮用水砂率（%）44

配合比

1

1%

水灰比

产地

蒲城

霸河

当地

180-220

kg/m3

410

800

1017

197

密度（kg/m3）

2428

    注:

1、设计强度为25mpa,配制强度为

       2、抗压试件尺寸：

15×15×15cm

       3、检验标准：

jgj55-2000、jtj053-94

       4、极限抗压强度：

7天为;28天为（修正系数取

     2、混凝土配合比的设计计算

（1）、混凝土试配强度的计算

    fcu,0≥fcu,k+σ

      fcu,0—混凝土的施工配制强度（mpa）

      fcu,k—混凝土的设计强度等级（mpa），取fcu,k＝25mpa

        σ—强度标准差（mpa）取σ＝

     ∴ fcu,0＝25+×＝

（2）、水灰比的计算

           w/c＝ka*fce/（fcu,0+ka*kb*fce）

    ka,kb--回归系数,对于碎石，ka＝;kb＝.

    fce—水泥28天抗压强度实测值（mpa）

     fce＝kc*fce,g

    kc—水泥富裕系数,kc＝

    fce,g—水泥强度等级值,fce,g＝

    则  fce＝×＝

    ∴  w/c＝×+××＝

    （3）、坍落度、集料最大粒径、用水量的选取

    本大桥钻孔桩采用水下混凝土施工法，考虑到桩径大、桩长深、混凝土方量大、浇注时间长，因此选取坍落度为180mm—220mm。

   钻孔桩主筋净间距15.3cm，4＝3.82cm,因此最大碎石粒径选用31.5mm,最小粒径5mm,为连续级配。

   根据混凝土坍落度查《普通混凝土配合比设计规程》（jgj55—2000   j64—2000）中表4.0.1—2，同时结合现场施工经验，取每方混凝土用水量为mwo＝240kg。

   考虑到混凝土的灌注时间长，为充分保证施工过程顺利，因此添加适当的高效减水剂（dlh型），起缓凝和减水作用，减水率β＝19%，掺量为水泥的1%，则实际拌和用水为：

    w＝mwo*（1-β）＝ 240×（1-19%）＝195kg

    （4）、水泥用量（mco）的计算

    mco＝mwo／（w/c）＝195/＝406kg

    （5）、粗细集料用量的计算（质量法）

    假定混凝土容重mcp＝2400kg/m3，根据经验选取砂率βs＝44%。

   mco+mgo+mso+mwo＝mcp  （mgo、mso分别为石子、砂子质量）

   βs＝mso/（mgo+mso）×100%

    经计算得：

mso＝792kg；mgo＝1007kg

    （6）、每方混凝土材料用量计算

    水泥（c）：

406kg   水（w）：

195kg     高效减水剂：

4.06kg

   砂（s）：

792kg     碎石（g）：

1007kg

    （7）、试拌和，检查混凝土的和易性

   为准确反映实验结果，现用50l拌和机拌和，30l实验材料试拌。

同时，为检查砂率是否合适，在用水量和水泥用量不变的情况下，变更砂率±2%，既砂率分别为42%、44%、46%，具体数量如下：

   砂率：

      42%            44%            46%

   水泥：

    水：

   中砂：

   碎石：

   外加剂：

    试拌结果发现,砂率为44%的混凝土和易性交好,坍落度为200mm时，经抹面试验,沙浆数量较为适宜，以此配合比为基准配比。

    （8）、强度试验

   为检查水灰比是否合适，以基准配比为基础，在保持砂、石和用水量不变的情况下，变更水泥用量，得到三组混凝土，材料数量如下：

    水灰比：

   水泥：

    水：

   中砂：

   碎石：

   外加剂：

    根据混凝土28天抗压强度结果和灰水比关系对照得知，当水灰比为,砂率为44%，与试配强度最相吻合。

则选用此组配合比。

    （9）、调整

    实测混凝土体积密度为2428kg/m3，计算混凝土体积密度为2404.06kg/m3，对计算混凝土量进行调整，调整系数γ＝2428／＝，则最终混凝土配合比材料用量为:

     水泥：

 ×＝410kg

     水：

 195×＝197kg

    中砂：

 792×＝800kg

    碎石：

 1007×＝1017kg

    外加剂：

 ×＝4.10kg

    c：

w：

s：

g：

dlh＝410：

197：

800：

1017：

＝1:

:

:

:

    三、旋挖钻机与常规钻机比较的特点及适用范围。

    1、旋挖钻机不同与常规钻机的特点

区别旋挖钻机回旋钻机

1成孔工艺不同

用筒式钻头成孔，将斗齿切削下来的土直接装进筒式容器内，然后由钻杆提出。

用梳齿钻头、滚刀钻头等将土切削，通过循环泥浆带出孔口。

2就位方式不同

履带式行走体系移动方便，就位仅需几分钟，钻机整体置于履带上进行钻孔作业。

通过吊车或人工简易方法就位，对原地面要求高，辅助工作时间长

3施工需求能源不同

由自带的柴油发动机输出动力来完成钻机的行走移动和钻进工作

依靠现场提供大功率电源来完成钻孔工作，

4钻进工效不同

钻杆为液压伸缩式，与钻头相连，可快速下钻和提钻，使钻进速度快，效益高。

钻杆间通过栓接或销接，每钻进到一定深度，就必须人工加一节钻杆，速度慢、效益低。

5自身稳定性的可调程度不同

自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，机体垂直度，钻杆垂直度，成孔垂直度通过电子监测元件控制，操作手可直接读取，操作起来简易方便。

自身稳定性和垂直度依靠垫在钻机下面的方木和楔块通过人工来调整，成孔垂直度只有在成孔后可测设。

6使用的泥浆不同

由澎润土、烧碱、纤维素根据不同地质按一定比例组成化学泥浆，泥皮薄，护壁作用好，并可重复利用，环境污染小。

造浆材料一般为桩体自身土质，遇到砂性土加些粘土或澎润土即可。

                                        六、 施工工艺

        1、工艺原理

       旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。

护壁泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进用泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。

成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。

工艺框图如图所示：

    由流程图可知，旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标的泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。

    3、施工操作要点

（1）桩位的测量放样

    采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。

桩位用ø10mm、长度35-40cm钢筋打入地面30cm（四周填以水泥砂浆或混凝土来保护）作为桩的中心点，然后在桩位周围做上标记，既便于寻找又可防止机械移位时破坏桩点。

（2）埋设护筒

    护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。

    a、护筒的要求

    护筒选用整体式钢制护筒，壁厚5—8mm，高度3m，内径180cm。

为了增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，在护筒的上口和中部的外侧各焊一道加劲肋。

由于整个钻孔桩处于黄河高漫滩区，地下水位较高，故在施工前先用水平仪测出原地面标高、地下水位的高度，在埋设护筒时，护筒的顶端均高出地下水位2.0m以上，以增加孔内水头压力。

    b、护筒的埋设

    在埋设护筒前，首先对场地进行平整，垫高、清除杂物。

施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。

首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，在钻头的端部临时连接一扩孔器，使成孔直径可达165cm，深度略小于护筒的埋深，然后用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中，从钻头连接扩孔杆至钻进挖深到安放好护筒仅需15分钟。

护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。

经确认护筒平面位置的偏差不大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，则将其四周用粘土填实，准备下一道工序的施工。

    （3）钻孔

    a、钻机就位

    旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。

钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。

    b、调制化学泥浆:

化学泥浆调制的好坏是钻孔桩施工是否顺利的一个关键性指标，经过反复实验，本大桥用泥浆采用优质膨润土、烧碱、纤维素制成，其各组成成分性能和用量如下：

    膨润土：

主要成分为蒙脱石，分钙土和钠土，使用时加入纯碱改造成钠土用于配浆。

他具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。

烧碱（na2co3）：

调整泥浆的