冲抓成孔灌注桩施工技术.docx

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冲抓成孔灌注桩施工技术

冲抓成孔灌注桩施工技术

在桥梁工程中的应用

成都建式路桥建设有限公司邓家勋邓江云

【摘要】在工程建设中推广泛应用“新技术、新工艺、新设备和新材料”是党和政府大力倡导的。

实施“四新”技术，对于加快施工进度、保证工程质量和安全文明施工、提高经济效益、社会效益、促进企业健康发展有很大帮助。

本文对成（都）彭（州）高速入城段改造工程第七标段中应用冲抓成孔灌注桩施工技术实践进行总结，目的是为同行提供参考。

【关键词】冲抓成孔钢护筒桩基础

一、引言

随着城市基础设施建设的快速发展，技术含量高、施工难度大、规模大的项目在工程建设项目中所占的比重越来越大。

冲抓成孔施工技术以其进度快、质量好、安全有保障、更利于环保等优点迅速成为在桥梁桩基础施工的主要方法之一

二、工程概况

1.桩基设计简介

成（都）彭（州）高速入城段改造工程，全线采用高架桥形式。

我公司承建的第七标段，由主线高架桥和匝道桥两部分组成。

桥基础为摩擦桩基础，共有桩基162根，最大单根桩长28米，总长度3944m。

桩直径分φ150㎝和φ180㎝两种规格，φ150㎝桩基136根，总长3332m，φ180㎝桩基26根，总长612m。

桩基布置形型：

主线高架桥为2×2群桩，匝道桥为1×2群桩。

桩基础需用C25砼7500m3。

2.工程地质

桥址区各钻孔深度范围内所揭露地层自上而下依次为第四系全新统人工填土层（Q4ml）和第四系上更新统冰水堆积层（Q3fgl+al），具体为填筑土层、粘土层、亚砂土层、中砂层、卵石层。

3.水文地质

3.1场地内地下水主要为赋存于第四系砂、卵石层中的孔隙潜水，补给来源为大气降水、河渠水及区域地下水。

具有随季节变化的特点，地下水位为7～10m左右，其年变化幅度约为1.5-2.0m。

3.2场地地下水含水层主要为砂卵石层，属强透水性地层，厚度较大，本场地砂卵石层的平均渗透系数采用K=22m/d。

3.3地表水及地下水对混凝土无结晶类、分解类及结晶分解类腐蚀，防护等级为常规防护。

三、桩基施工方案选择

目前，在成都地区桩基础施工主要采用人工挖孔灌注桩和冲击钻成孔灌注桩两种方法。

人工挖孔桩施工方便，不需要大型机械设备，可同时进行多个桩基础的施工。

但需要大量的人力，井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量隐患严重。

冲击钻成孔灌注桩施工较好地克服了人工挖孔桩施工的不足，施工进度进一

步加快。

缺点是需要泥浆护壁，不利于环境保护和文明施工；如果工期紧张，同样需要多台钻孔设备。

和以上两种施工方法相比，冲抓钻成孔灌注桩施工更是一种先进的方法。

它采用全钢护筒跟进护壁，冲抓钻钻进速度更快，生产效率更高。

不仅更有利于桩孔的成形、防止坍孔，而且安全文明施工和桩基质量得到保证。

它施工专业化，所需工作面少，便于施工管理和控制；桩基全部成型所需时间短，便于流水作业的组织，在工程量大、工期紧的情况更显现出它的优越性。

从本工程桩基础的数量、工期要求、安全文明施工、工程质量、施工技术、设备配套情况（只有φ150㎝钢护筒）等几方面综合比较结果，决定对φ150㎝桩基础采用冲抓成孔灌注桩施工方案，φ180㎝桩基础采用冲击成孔灌注桩施工方案。

四、施工工艺流程

冲抓成孔水下砼灌注桩施工工艺流程图

五、冲抓钻机简介

1.冲抓钻机设备构成及工作原理

该工程采用日本生产的全回转冲抓钻孔成套设备。

它由RT-150型全回转器、RTP—180液压动力单元、钢护筒、履带式式起重机、反力架和抓斗等组成。

成孔原理为：

用大吨位液压机械将全钢护筒旋转向下压入并切割土层，以钢护筒作为钻孔导向及护壁，用锤式抓斗对护筒内的土、石进行挖掘，并在挖掘的同时旋转护筒使之下沉，从而形成桩孔。

钢护筒在灌注水下砼过程中与砼导管一道拔除。

2.冲抓钻机组成和和基本参数

组成

技术参数名称

参数值

旋

转

器

型号

RT-150

镗孔直径

1000-1500mm

套管抽取力度

1636kN

套管推进（压下）力度

170-490kN

可信的汽缸冲程

500mm

扭矩

1180kN-m

转速

1.4min-1

重量（未计锁口盘）

28500kg

液

压

动

力

单

元

型号

RTP-180

柴油机

品牌/型号

HINO/EP100TD

输出/速度

185ps/2000spm[136kw]

类型

柴油、直接燃油喷射、涡轮增压、水冷

液压泵

用于旋转的变量活塞泵:

流量/压力

223Iit./min.×2件

270kgf/cm²[26.5Mpa]

用于驱动/抽取和夹持的变量活塞泵:

流量/压力

1733Iit./min

245kgf/cm²[24.0Mpa]

齿轮泵用于水准测量:

流量/压力

72.3Iit./min

210kgf/cm²[20.5Mpa]

遥控箱

外形尺寸

3630×1600×2056mm

整机重量

4500kg

履带式起重机

50000kg以上

园形抓斗

D1000

反力架

3.冲抓钻机的试运行

冲抓钻机拼装成型后，对行走部份、管路部份、旋转部份、动力部份、臂架等各部份进行检查，然后进行试运行。

试运行的主要项目有：

臂架提升、臂架旋转、钢护筒夹紧、钢护筒回转、钢护筒推入、钢护筒拔除、抓土、卸土等。

4.钢护筒概况

该冲抓成孔钻机配套设备为原厂定型配制，外径D150㎝规格。

其内径为141㎝，面板采用24㎜厚钢板。

首节护筒下端设有刃口，便于护筒向下推入。

护筒标准长度为6m，另设2m、3m等调节段。

六、主要施工方法和注意事项

冲抓成孔砼灌注桩施工与冲击成孔砼灌注桩施工程序和方法类似。

在冲击成孔砼灌注桩施工过程中，钢护筒和钢筋笼吊装需增加吊装设备，而冲抓成孔配套设备有履带式起重机，不再另增吊装机械。

本文重点叙述与冲击成孔砼灌注桩施工方法的不同之处。

1.埋设第一节护筒和冲抓钻机就位

对桩位置处整平压实，用吊车（履带式起重机）将旋转器吊运到位并校准其中心位置，使其就位。

用钻机的护筒夹具夹住钢护筒，启动液压系统将其缓慢推入土层内。

要注意在推入过程中随时观测钢护筒的中心位置及竖直度。

钢护筒刃口与挖掘底面的关系应遵循如下原则：

①若挖掘底面为一般土质，刃口可先行压进，刃口在与挖掘底面保持几乎同等深度的情况下掘进；

②在不易坍塌的土质中，若钢护筒压进困难，则可适当超挖；

③在漂石、卵石层中也应先进超挖，但必须保证周围土层的松弛程度最小。

2.抓斗在钢护筒内的掘土

操作操作杆使抓斗进入钢护筒中即可进行挖掘。

挖掘需柔和地进行，抓斗的摆幅需平稳，以防对钢护筒造成损害。

在抓斗进行挖掘时，启动钢护筒回转和液压装置，使钢护筒匀速旋转并匀速推进（压下）。

按挖掘与钢护筒推进同步进行的程序连续进行，直至第一节钢护筒推入完毕。

3.钢护筒的连接

当上一节钢护筒推入完毕后，需安装下一节钢护筒，其连接方法按如下进行：

⑴使臂架倾斜，便于护筒就位；

⑵使用起重机将钢护筒吊起；

⑶检查钢护筒铰接点位，将钢护筒连接部位上的泥沙或其他污物清理干净，涂上润滑油；

⑷将钢护筒吊起垂直放置于已推入土体中的一段钢护筒上；

⑸插入铰接点的锁销，用T型搬杆拧紧，完成连接。

⑹重复5.2、5.3步骤,直至掘进到桩底设计高程。

4.在不同地层中的不同挖掘方法

根据不同的地质状况，选用不同的挖掘方法。

基本原则是确保在与周围地层保持最小摩擦力的状态下进行。

以下是列出本工程中可能遇到的地层所对应的挖掘方法。

⑴软土层

为防止坍塌，挖掘时钢护筒要超前推入地层中1～1.5m，然后用抓斗在钢护筒内抓土。

当由于地下水的压力使桩孔底部砂土向外膨涌时，增加泥浆进行防护。

⑵普通稍硬土层和密实砂土层

钢护筒要超前推入地层中30㎝左右,再进行挖掘，这是标准的挖掘方法。

⑶含有卵石的土层

对此类地层，挖掘时钢护筒不推入土层，但超前开挖的深度不能太深，一般采用20㎝，若卵石直径较小，则应采用15㎝。

⑷坚硬土层

挖掘十分坚硬的土层时，钢护筒不提前推入土层，可提前挖掘深度以100㎝为限。

⑸孤石

当遇较大的卵石或孤石时，采用如下方法处理：

在锤式抓斗装上破碎箍进行破碎、等其落到孔底时进行开挖、使用岩钻、用凿井机钻凿。

5.冲孔施工注意事项

⑴钢护筒回转

挖掘时钢护筒要不停回转，在浇筑桩基混凝土并拔除钢护筒之前均不能停止。

但在土体压力很小时不需连续回转。

当遇沙层时需连续回转使沙层密实。

⑵桩孔的垂直度控制

冲抓钻机控制桩孔垂直度主要通过以下两方面实现：

一是精确安装钢护筒套架；

二是在推入第一节钢护筒时用水平尺检测确保其垂直推入。

⑶挖掘暂停

当遇特殊情况需暂停挖掘工作时，需对钢护筒周围的土层进行仔细分析，以便准确掌握回转停止时的土压力，并每间隔一定时间回转一次钢护筒。

⑷桩孔深度的测量方法

钻进过程中，使用机体配置的测量锤进行测量，也可根据钢护筒埋入的长度计算大致孔深。

6.成孔检查

冲抓成孔施工过程中要根据抓斗出渣情况判断桩孔地质资料是否与设计提供资料一致。

如果不相符，应向监理、设计及相关部门提出，按审核确定的方案及时处理。

冲抓成孔施工采用全钢护筒跟进钻孔，钢护筒外径与设计孔径一致，不需要检查桩基直径。

因钢护筒自身的质量过硬，刚度较大，在确保首节钢护筒精确就位和垂直推入的情况下可不进行桩孔垂直度的检测，主要检查桩孔的深度。

检测时，采用测量锤进行。

在冲孔达到设计高程后，进行孔底处理和自检；合格后，报请质监、建设、设计、勘察、监理各方，共同验收并填写检查验收记录。

确认合格后进行下道工序施工。

七、常见故障的原因与处理方法

为了保证施工质量、工程进度和机械设备安全，施工前应对可能发生的各种情况进行预测，制定切实可行的应紧预案。

本工程采取的应紧预案措施如下：

常遇故障

主要原因

处理方法

桩孔

偏斜

首节钢护筒埋设后，挖掘不当。

确保第一节、第二节钢护筒竖直埋设。

在软土地基上安装钻机，因重心位置向桩位方向前移，使钻机向前方下倾。

挖掘开始后，应随挖掘随测定钢护筒是否竖直，若钢护筒倾斜则需将其拔除并重新进行钻机安装及调平。

钻机

滑动

当旋转钢护筒的反力比钻机自重和钻机与地面之间的摩擦力大时，将使钻机向后部产生滑动。

特别是雨天发生此类故障的可能较大。

1、减少钢护筒表面摩擦力，如避免钢护筒卷曲、反复上下转动钢护筒、向钢护筒内外注水、在钢护筒外周灌注膨润土泥浆。

2、采取钻机后部压重的方法，如在钻机后部打设防滑桩、在钻机液压支架上安设防滑体、加配重等。

3、事先对安装钻机的地基进行加固处理。

扩孔

过大

因地下水作用，钢护筒外部土砂呈流动状，流砂将沿钢护筒外的缝隙下降，经由钢护筒刃口之间的间隙侵入护筒内，导致土层松动并留有孔隙，造成孔径过大。

砼浇注时，护筒提升速度减缓，并随时测量砼导管底部距砼顶面的高度，始终保持导管在砼里的埋深不小于6米。

遇厚砂层时进尺缓慢

钢护筒在含有地下水的土层中旋转时，周围细砂被振实，进尺缓慢。

当地下水位以下有5米以上厚砂层时，钢护筒不能向下推入。

当遇5米以上厚砂层时，不适宜使用此方案，可改用反循环法施工。

在漂石层中钻进困难

漂石粒径较大，不易挖掘。

采用先行挖掘施工法，即先超挖40㎝左右，把漂石取出来，挖掘时将孔径稍扩大一点，并向孔内加入粘土，以阻止地下水的反涌。

如此反复操作。

或采用冲击锥将大漂石冲碎后再用冲抓钻钻进。

钢护筒难于拔除或拔不出来

当钢护筒周围的摩擦力比钻机的拔除能力大许多时

1、使钢护筒处于回转状态，利用操作转向阀，保持行当的回转角度，随着持续回转使其阻力减小，待慢慢恢复正常状态后再拔除。

2、利用其他千斤顶方式进行顶升。

钢护筒刃脚磨损

拔除后按规定堆焊刃口。

成孔方式不当

用锤式抓斗和钢护筒刃口保持相同深度方法成孔。

在成孔过程中，按规定回转钢护筒。

浇筑砼方法不当，使套管内的粘着力太大

保持砼上升面和钢护筒刃口之间的搭接长度不要太长，或在钢护筒上端装较短节段，使开始浇筑砼时钢护筒就可向上拔除。

钢护筒倾斜，与拔除力方向不一致

正确保持钢护筒竖直度

钻机地基不良或钻机安装不当

钻机安装地基必须结实，钻机安装必须竖直。

锤式抓斗掉入孔底

吊索磨损、钢丝绳插扣连接不好、中心链条磨损

勤检查和及时维修或更换。

八、冲抓成孔灌注桩孔施工要求

1．为了提高冲抓成孔机械设备工作效率，桩基础钢筋笼加工要在桩基成孔前进行，清孔后能马上安装。

2.要做好桩基础掘进的地质情况记录。

与地勘资料不符或出现其它情况要及时有关方面及时处理。

3.要提前做好商品砼供应准备,要确保每个桩基础水下砼能及时、连续灌注。

九、结束语

成（都）彭（州）高速入城段改造工程第七标段采用冲抓成孔灌注桩施工技术，提升了桥梁施工的科技含量。

它不仅现场安全文明施工、工程质量得到保证，施工环境等得到改善，而且施工进度更是明显加快。

单根桩基础的掘进速度达到5米/小时以上，从桩基放线、钻机就位、钻孔、清孔、下钢筋笼、水下砼灌注到桩基础成型全过程，达到了每两天完成3根桩甚至每天两根桩基础的施工水平。

2008年11月12日，成都市建设工程施工安全监督站在该工地召开了安全文明施工和冲抓成孔灌注桩施工现场观摩会，受到与会者的好评。