冲抓锥在钻（冲）孔灌注桩施工中的应用

廖培涛　韦兴标

摘要:文章结合工程实例,介绍了在柳钢技术改造项目中因回填土层含大量钢碴废铁等复杂地层,利用冲抓锥自重冲切土、快速提升桩外卸土等“直上直下”优点完成该钢碴废铁回填土层的机械成孔,提高机械成孔效率,缩短工期,降低工程成本;同时克服采取其他方法在该钢碴废铁回填土层施工的成孔效率低,成功解决回转钻机和冲击钻机在该回填层成孔效率低下的技术难题。

关键词:冲抓锥;“直上直下”;机械成孔

中图分类号:TU753文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0084-02

2002年以来广西柳州钢铁集团公司相继进行转炉厂、小热轧厂、6#和8#高炉及110m²烧结机工程等项目的技术改造工作,而这些技术改造项目的基础多采用钻(冲)孔灌注桩基础,钻(冲)孔灌注桩直径多在φ600～φ1800㎜,桩端持力层为微风化白云岩,我院2003年2月～5月承担110m²烧结机工程180余根φ600～φ1200㎜钻(冲)孔灌注桩施工。因该施工现场大部分回填有厚3.00～8.00m钢碴废铁,尤其是以6#和8#高炉及110m²烧结机工程钻(冲)孔灌注桩施工现场回填钢碴废铁层厚大,单块体积大,厚达1.50m废钢碴。这些钢碴废铁严重影响钻(冲)孔灌注桩施工进度,造成冲击钻头崩刃和全面钻进钻头硬质合金崩刃,回转钻机蹩车严重,回转钻机转盘损坏。钻(冲)孔灌注桩施工初期,每当回转钻机蹩车严重或冲击钻机正常钻进无进尺时,用强力磁铁打捞因钻遇钢碴废铁造成钻头崩刃或脱落硬质合金及钢碴废铁后,继续钻进;钻进过程中如发现地面振动大,且钢丝绳摆动力幅度大,初步推断遇大钢碴废铁块,部分废钢碴已超过钻孔直径,只好回填。回填后采取人工挖孔,埋设混凝土护壁的方法,清除部分桩孔内大块废钢碴;若废钢碴确实太大,还必须采用挖掘机大开挖,清除大块废钢碴后重新回填施工钻(冲)孔灌注桩。因该场地内地下水呈弱酸性,造成部分人工挖孔作业人员皮肤灼伤。为克服钻(冲)孔遇钢碴废铁机械成孔效率低下、人工挖孔作业人员被灼伤的施工技术难题,在开孔钻进该回填钢碴废铁时,采用冲抓锥进行施工,利用其“直上直下”特点,大大提高机械成孔效率,尤其是遇大块废钢碴时,及时采用挖掘机进行大开挖,则可节约大量的时间,提高机械钻进效益,降低工程成本。

一、场地内工程地质特征与水文地质条件

(一)场地内工程地质特征

根据工程地质勘察资料,场地内岩土层自上而下依次为人工堆填土及第四系溶余残留堆积的黏性土和中石炭统大埔组中厚层细晶白云岩,各岩土层岩性分述如下:

1.杂填土(第1层Qml):杂色,主要由炉渣、矿碴、铁碴(块)、黏性土及建筑垃圾组成,硬质物极不均匀,结构松散;层厚0.60～10.30m,场地内均有分布。该层地基土承载力标准值fak=140kPa,桩的极限侧阻力标准值qsik=20kPa。

2.素填土(第2层Qml):黄色、棕(褐)黄色,由黏性土组成,偶含矿碴及建筑垃圾,结构松散,稍湿,层厚1.10～6.70m,顶面埋深0.60～3.90m,不连续分布于场地中部北东侧。该层地基土承载力标准值fak=130kPa,桩的极限侧阻力标准值qsik=18kPa。

3.可塑状黏土(第3层Qel):棕黄、褐黄、灰绿色,结构较松软,呈可塑状,土湿,局部地段顶部夹矿碴、煤粉及有机质,属中偏高压缩性土,层厚0.50～7.00m,顶部埋深0.60～8.70m,部分地段缺失。该层地基土承载力标准值fak=140kPa,桩的极限侧阻力标准值qsik=20kPa。

4.硬塑状黏土(第4层Qel):黄、褐黄色,结构致密,土质均匀,呈硬塑状,属中压缩性土,层厚0.70～7.70m,顶部埋深2.70～9.50m,部分地段缺失。该层地基土承载力标准值fak=230kPa,桩的极限侧阻力标准值qsik=60kPa。

(5)可塑状黏土(第5层Qel):黄、褐黄色,结构松软,呈可塑状,局部呈软塑状,属高压缩性土,层厚0.50～1.60m,顶部埋深8.00～12.50m,主要分布于基岩面附近。该层地基土承载力标准值fak=150kPa,桩的极限侧阻力标准值qsik=25kPa。

6.中风化白云岩(第6层C2d):灰色、浅灰色,细晶结构,岩石较坚硬,性脆,裂隙较发育,岩芯呈碎块状、砂状,断面新鲜,层厚0.50～2.60m,顶部埋深2.50～11.80m。该层地基土承载力标准值fak=2200kPa。

7.风化白云岩(第7层C2d):浅灰色,细晶结构,中厚层状构造,岩体完整性较好,岩石质硬性脆,岩芯呈短柱状、碎块状,断面新鲜,钻探揭露厚度3.00～8.60m,顶部埋深2.50～17.50m。该层地基土承载力标准值fak=6000kPa。

(二)场地内水文地质条件

场地内主要地下水可分为上层滞水和岩溶裂隙水。其中上层滞水赋存于填土层及黏性土的空隙中,主要接受地表水及工业废水下渗补给,水量较小;岩溶裂隙水主要在地下岩溶发育地段,出水量约30～50m3/h。根据水质分析结果,该场地内地下水pH值=8.15,呈弱碱性,对混凝土基础无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

二、钻(冲)孔方法在回填钢碴废铁层的成孔技术

(一)回转钻机机械成孔方法

在该钢碴废铁回填层机械成孔中,多家施工单位采用硬质合金钻头全面钻进回转钻机成孔,因回填钢碴废铁极不均匀,且单体钢碴达1.50m厚,回转钻机蹩车或转盘损坏严重,硬质合金钻头崩刃严重。通常情况下,如遇小块钢碴废铁,钻机跳动或蹩车,纯钻效率在0.3～0.5m/h;如遇大块钢碴废铁,钻机开始跳动或蹩车严重,待钻出一个较完整的工作面,钻机回转平稳,但钻进效率极低,纯钻效率多在0.1～0.2m/台班。据不完全统计,完成该层(通常5～8m厚)钻进,需要4～7台班。

(二)冲孔钻机冲击成孔

在该钢碴废铁回填层机械成孔中,采用冲孔钻机冲击成孔效率明显比回转钻机成孔效率高,但同样因回填钢碴废铁极不均匀,冲击成孔效率不高,冲击锤头崩刃严重。通常情况下,如遇小块钢碴废铁,纯钻效率在0.5～0.8m/h;如遇单体钢碴宽度部分超过设计桩孔直径,呈半边岩,易造成冲孔偏斜,发生卡钻夹钻事故。在遇满孔冲击成孔效率极低,冲击锤头崩刃严重,纯钻效率多在0.3～0.5m/台班。据不完全统计,完成该层(通常5～8m厚)钻进,需要3～5台班。

三、其他施工方法穿越该钢碴废铁回填层

(一)人工挖孔方法

一些施工单位为提高在该钢碴废铁回填层成孔效率,在施工机械进场施工前,采取人工挖孔、埋设钢筋混凝土护壁的方法穿越该钢碴废铁回填层,待挖至黏土层0.50m后,采用回转钻机“机械成孔,泥浆护壁”的方法完成土层和基岩的钻进成孔。但因该场地内地下水呈弱碱性,挖孔作业人员出现皮肤灼伤,影响施工进度。

(二)挖掘机大开挖方法

在遇满孔钢碴废铁的钻孔,通常情况下采取挖掘机进行机械大开挖,清除大块钢碴废铁,后回填黏土,重新测量放孔、成孔,可提高机械成孔效率。

(三)冲抓锥的施工方法

为提高在该钢碴废铁回填层成孔效率,我单位采取冲抓锥在该层进行机械成孔。利用冲抓锥自重冲切抓土,利用其“直上直下”特点,快速提土至桩外卸土,提高机械成孔效率。一般情况下,30min可完成冲抓锥钻机安装,50～70min可完成该钢碴废铁回填层(通常5～8m厚)的机械成孔,10min可完成冲抓锥钻机退位,钻(冲)孔钻机30～50min可完成钻机安装。机械成孔效率多在6～8m/台班,如遇满孔钢碴废铁,可提前采取挖掘机进行大开挖清除,减少因采用钻(冲)孔钻机试钻而浪费人力、物力、财力和时间,降低工程施工成本。

1.冲抓锥的施工技术

(1)冲抓锥设备机械就位安装:必须保持冲抓锥上的天车外缘、钢丝绳和桩位中心在同一铅垂线上,设备安装应稳固、周正、水平,保证在施工作业过程中不发生移位或倾斜。清运冲抓锥抓上来的钢碴废铁等回填土时,应采取集料斗轻轨进行人工清运。

(2)冲抓锥干作业成孔:1人操作冲抓锥,2人孔口配合除土。卷扬机提升速度应当控制在0.1～0.2m/s,利用经压密实的自稳性,保持孔壁的稳定性。

2.冲抓锥的施工注意事项

(1)冲抓锥在进行钢碴废铁回填层成孔过程中,如发生桩孔坍塌事故时,应当及时采用黏性土回填碾压密实,后再用冲抓锥成孔。

(2)冲抓锥在进行钢碴废铁回填层成孔过程中,如发现桩孔遇满孔钢碴废铁时,应当及时挖掘机大开挖清除,后采用黏性土回填碾压密实,后再用钻(冲)钻机成孔。

(3)冲抓锥在完成该钢碴废铁回填层机械成孔后,应当及时退位,冲击钻机或回转钻机及时对桩位进行余下的土层和基岩,采用“泥浆护壁、机械成孔”钻进,及时完成桩孔的施工。

四、结语

1.采用冲抓锥在钢碴废铁回填层中自重冲切抓土,利用其“直上直下”特点,快速提土至桩外卸土,其机械成孔效率比钻(冲)钻机在该钢碴废铁回填层成孔效率高。

2.采用冲抓锥在钢碴废铁回填层中机械成孔,不仅可提高机械成孔效率,预防孔内事故,且可降低工程成本。

3.采用冲抓锥在钢碴废铁回填层中机械成孔,属首次尝试,成功解决在该钢碴废铁回填层机械成孔效率低的施工技术难题。

作者简介:廖培涛(1963- ),男,广西荔浦人,广西水文地质工程地质勘察院高级工程师,副总工程师,注册岩土工程师,研究方向:岩土工程勘察、桩基工程、基坑支护、地质灾害勘查设计与治理等工程技术指导与施工管理;韦兴标(1967- ),男,广西荔浦人,广西水文地质工程地质勘察院高级工程师,注册一、二级建造师、注册安全工程师,探矿工程专业,研究方向:钻(冲)孔灌注桩、软土地基加固处理、深基坑支护、地质灾害治理等工程施工管理与技术指导。