弃碴层中旋挖环接法护壁工艺研究

摘要

随着社会的不断发展，现我国的基础建设工作正在大规模开展，并日趋大型化、复杂化，其中房屋建设、桥梁建设中桩基的数量、种类繁多、施工技术难度越来越大，传统的回旋钻机、冲击钻机成孔效率已较难满足目前桩基的施工所需，在一定程度上迫切需求引进一种新型、高效率的桩基成孔机械，旋挖钻机则是目前一种较为先进的施工机械，有着机动灵活、成孔率高、施工速度快、文明环保等诸多优点，广泛用于房屋建设、高速公路桥梁等基础的工程施工之中。目前旋挖钻机普遍用于土质层、泥沙层、密实的砂砾层及硬度小于50MPa的基岩层之中，其施工的成孔主要工艺是利用可闭合、开启的钻斗底部和侧边，通过可伸缩钻杆带动合金钻斗高速旋转，削剥周围泥土层，将削挖的泥土放入钻斗中，然后通过钻杆将装满泥土的钻斗提出孔外，放置在装碴车上，运送至相应弃碴场，如此循环，形成所需的桩孔。
　　然而高速公路桥梁桩基施工时常遇到覆盖层为松散、虚碴的地质，深度较大，虚碴覆盖工程量较大，如进行清除挖卸处理，势必大大影响工期，同时也增大了施工费用。
　　本文以广东省连州至怀集公路第九标项目中下茅大桥1＃～3＃墩桩基位处10m左右的隧道洞碴覆盖地层施工为工程依托。第一次试验，现场采用振动沉管+回旋钻机或冲击钻机进行施工时，由于护筒脚周围富有大块的硬度较高的石碴，在振动锤振摄下压时出现阻碍，压力过小护筒无法下放，压力过大则将导致护筒偏位，振动沉管无法实现，桩孔中难以储存泥浆，泥浆无法形成循环，故无法施工。
　　第二次试验，采用旋挖钻机结合人工挖孔桩护壁工艺方案进行施工。在采用单一直径的旋挖钻斗进行施工时，先浇筑混凝土锁口平台，待强度≥80％设计强度时，进行旋挖钻进取芯施工，取芯完成混凝土锁口即形成，继续钻进2.0～3.0m，停钻掏碴，然后回填混凝土，待强度≥80％设计强度时，再次在孔内进行钻进取芯施工，取芯完成混凝土护壁环随即形成，继续钻进2.0～3.0m，停钻掏碴，再次回填混凝土，重复取芯工艺，直至穿越虚碴覆盖层，此工艺实施过程中，施工至第2或第3循环时，由于每循环护壁厚度不可控制，最薄弱的混凝土护壁仅5.0cm厚，护壁刚度严重不足，使得孔内出现二次塌方，前功尽弃。
　　在对第二次试验结果的基础上进行改进，形成旋挖“环接法”护壁混凝土工艺，即采用多种直径的混凝土护壁，从上往下，大环套小环，依次环接的方法，避免了因混凝土护壁薄弱而导致二次塌孔现象发生。旋挖“环接法”的钻进工艺同上述基本一致，不同的是，在未穿越虚碴覆盖层前旋挖钻斗的直径不同，先采用大于设计桩径50cm的旋挖钻斗进行钻进，取芯形成护壁时更换比上次钻进直径小20cm的钻斗进行施工，依次循环钻进。最终，形成大环套小环护壁，使得混凝土护壁厚度得到了有效的控制，护壁刚度得到大幅度的提升，成功穿越了虚碴覆盖层。
　　本文首次提出的旋挖“环接法”钻进及护壁施工工艺，是一套经过现场实践验证成熟工艺，可供类似工况的桩基施工借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 依托工程背景简介

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状及发展动态

1．3．1 国内外旋挖钻机的发展情况

1．3．2 国内旋挖钻机的应用情况

1．3．3 国内外旋挖钻机在特殊地层的应用情况

1．4 研究内容及攻克的难题

1．4．1 研究内容

1．4．2 关键技术路线

1．4．3 遇到的问题及解决方法、措施

1．4．4 课题的创新点

第二章 弃碴层桩基工况及施工难点分析

2．1 下茅大桥工程概况

2．1．1 工程简介

2．1．2 结构形式

2．1．3 施工自然条件

2．2 下茅大桥施工总体计划

2．3 下茅大桥弃碴层桩基概况及施工机具选取

2．3．1 复杂地质、地层桩基概况

2．3．2 采用旋挖钻机的必要性

第三章 旋挖钻机在弃碴层桩基中的应用分析

3．1 旋挖钻机的性能特点

3．2 旋挖钻头的主要类型

3．3 旋挖钻头选用基本原则

3．3．1 根据地质、地层选用旋挖钻头

3．3．2 根据其它因素选用旋挖钻头

第四章 弃碴层中旋挖“环接法”护壁施工工艺研究

4．1 弃碴层中钻孔灌注桩方案比选

4．2 弃碴层中钻孔灌注桩初选方案实施

4．3 旋挖钻机“环接法”施工工艺的提出

4．3．1 单一直径护壁有限元模型的建立

4．3．2 有限元模型单元建立情况说明

4．3．3 有限元模型施加荷载情况说明

4．3．4 有限元模型边界条件说明

4．3．5 计算模型分析图

4．3．6 计算模型结果分析

4．4 “环节法”护壁合理厚度选取及验算情况

4．4．1 环节护壁有限元模型的建立

4．4．2 有限元模型单元建立情况说明

4．4．3 有限元模型施加荷载情况说明

4．4．4 有限元模型边界条件说明

4．4．5 计算模型分析图

4．4．6 计算模型结果分析

4．5 旋挖钻机“环接法”具体实施过程分析

4．6 “环节法”施工工艺过程照片

4．7 旋挖钻机钻孔灌注桩基施工保证措施

4．7．1 质量保证措施

4．7．2 文明、安全保证措施

4．8 本章小结

第五章 结论及展望

致谢

参考文献