沖抓錐在鉆（沖）孔灌注樁施工中的應用

廖培濤　韋興標

摘要:文章結合工程實例,介紹了在柳鋼技術改造項目中因回填土層含大量鋼碴廢鐵等復雜地層,利用沖抓錐自重沖切土、快速提升樁外卸土等“直上直下”優點完成該鋼碴廢鐵回填土層的機械成孔,提高機械成孔效率,縮短工期,降低工程成本;同時克服采取其他方法在該鋼碴廢鐵回填土層施工的成孔效率低,成功解決回轉鉆機和沖擊鉆機在該回填層成孔效率低下的技術難題。

關鍵詞:沖抓錐;“直上直下”;機械成孔

中圖分類號:TU753文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)20-0084-02

2002年以來廣西柳州鋼鐵集團公司相繼進行轉爐廠、小熱軋廠、6#和8#高爐及110m²燒結機工程等項目的技術改造工作,而這些技術改造項目的基礎多采用鉆(沖)孔灌注樁基礎,鉆(沖)孔灌注樁直徑多在φ600～φ1800㎜,樁端持力層為微風化白云巖,我院2003年2月～5月承擔110m²燒結機工程180余根φ600～φ1200㎜鉆(沖)孔灌注樁施工。因該施工現場大部分回填有厚3.00～8.00m鋼碴廢鐵,尤其是以6#和8#高爐及110m²燒結機工程鉆(沖)孔灌注樁施工現場回填鋼碴廢鐵層厚大,單塊體積大,厚達1.50m廢鋼碴。這些鋼碴廢鐵嚴重影響鉆(沖)孔灌注樁施工進度,造成沖擊鉆頭崩刃和全面鉆進鉆頭硬質合金崩刃,回轉鉆機蹩車嚴重,回轉鉆機轉盤損壞。鉆(沖)孔灌注樁施工初期,每當回轉鉆機蹩車嚴重或沖擊鉆機正常鉆進無進尺時,用強力磁鐵打撈因鉆遇鋼碴廢鐵造成鉆頭崩刃或脫落硬質合金及鋼碴廢鐵后,繼續鉆進;鉆進過程中如發現地面振動大,且鋼絲繩擺動力幅度大,初步推斷遇大鋼碴廢鐵塊,部分廢鋼碴已超過鉆孔直徑,只好回填。回填后采取人工挖孔,埋設混凝土護壁的方法,清除部分樁孔內大塊廢鋼碴;若廢鋼碴確實太大,還必須采用挖掘機大開挖,清除大塊廢鋼碴后重新回填施工鉆(沖)孔灌注樁。因該場地內地下水呈弱酸性,造成部分人工挖孔作業人員皮膚灼傷。為克服鉆(沖)孔遇鋼碴廢鐵機械成孔效率低下、人工挖孔作業人員被灼傷的施工技術難題,在開孔鉆進該回填鋼碴廢鐵時,采用沖抓錐進行施工,利用其“直上直下”特點,大大提高機械成孔效率,尤其是遇大塊廢鋼碴時,及時采用挖掘機進行大開挖,則可節約大量的時間,提高機械鉆進效益,降低工程成本。

一、場地內工程地質特征與水文地質條件

(一)場地內工程地質特征

根據工程地質勘察資料,場地內巖土層自上而下依次為人工堆填土及第四系溶余殘留堆積的黏性土和中石炭統大埔組中厚層細晶白云巖,各巖土層巖性分述如下:

1.雜填土(第1層Qml):雜色,主要由爐渣、礦碴、鐵碴(塊)、黏性土及建筑垃圾組成,硬質物極不均勻,結構松散;層厚0.60～10.30m,場地內均有分布。該層地基土承載力標準值fak=140kPa,樁的極限側阻力標準值qsik=20kPa。

2.素填土(第2層Qml):黃色、棕(褐)黃色,由黏性土組成,偶含礦碴及建筑垃圾,結構松散,稍濕,層厚1.10～6.70m,頂面埋深0.60～3.90m,不連續分布于場地中部北東側。該層地基土承載力標準值fak=130kPa,樁的極限側阻力標準值qsik=18kPa。

3.可塑狀黏土(第3層Qel):棕黃、褐黃、灰綠色,結構較松軟,呈可塑狀,土濕,局部地段頂部夾礦碴、煤粉及有機質,屬中偏高壓縮性土,層厚0.50～7.00m,頂部埋深0.60～8.70m,部分地段缺失。該層地基土承載力標準值fak=140kPa,樁的極限側阻力標準值qsik=20kPa。

4.硬塑狀黏土(第4層Qel):黃、褐黃色,結構致密,土質均勻,呈硬塑狀,屬中壓縮性土,層厚0.70～7.70m,頂部埋深2.70～9.50m,部分地段缺失。該層地基土承載力標準值fak=230kPa,樁的極限側阻力標準值qsik=60kPa。

(5)可塑狀黏土(第5層Qel):黃、褐黃色,結構松軟,呈可塑狀,局部呈軟塑狀,屬高壓縮性土,層厚0.50～1.60m,頂部埋深8.00～12.50m,主要分布于基巖面附近。該層地基土承載力標準值fak=150kPa,樁的極限側阻力標準值qsik=25kPa。

6.中風化白云巖(第6層C2d):灰色、淺灰色,細晶結構,巖石較堅硬,性脆,裂隙較發育,巖芯呈碎塊狀、砂狀,斷面新鮮,層厚0.50～2.60m,頂部埋深2.50～11.80m。該層地基土承載力標準值fak=2200kPa。

7.風化白云巖(第7層C2d):淺灰色,細晶結構,中厚層狀構造,巖體完整性較好,巖石質硬性脆,巖芯呈短柱狀、碎塊狀,斷面新鮮,鉆探揭露厚度3.00～8.60m,頂部埋深2.50～17.50m。該層地基土承載力標準值fak=6000kPa。

(二)場地內水文地質條件

場地內主要地下水可分為上層滯水和巖溶裂隙水。其中上層滯水賦存于填土層及黏性土的空隙中,主要接受地表水及工業廢水下滲補給,水量較小;巖溶裂隙水主要在地下巖溶發育地段,出水量約30～50m3/h。根據水質分析結果,該場地內地下水pH值=8.15,呈弱堿性,對混凝土基礎無腐蝕性,對鋼結構具弱腐蝕性。

二、鉆(沖)孔方法在回填鋼碴廢鐵層的成孔技術

(一)回轉鉆機機械成孔方法

在該鋼碴廢鐵回填層機械成孔中,多家施工單位采用硬質合金鉆頭全面鉆進回轉鉆機成孔,因回填鋼碴廢鐵極不均勻,且單體鋼碴達1.50m厚,回轉鉆機蹩車或轉盤損壞嚴重,硬質合金鉆頭崩刃嚴重。通常情況下,如遇小塊鋼碴廢鐵,鉆機跳動或蹩車,純鉆效率在0.3～0.5m/h;如遇大塊鋼碴廢鐵,鉆機開始跳動或蹩車嚴重,待鉆出一個較完整的工作面,鉆機回轉平穩,但鉆進效率極低,純鉆效率多在0.1～0.2m/臺班。據不完全統計,完成該層(通常5～8m厚)鉆進,需要4～7臺班。

(二)沖孔鉆機沖擊成孔

在該鋼碴廢鐵回填層機械成孔中,采用沖孔鉆機沖擊成孔效率明顯比回轉鉆機成孔效率高,但同樣因回填鋼碴廢鐵極不均勻,沖擊成孔效率不高,沖擊錘頭崩刃嚴重。通常情況下,如遇小塊鋼碴廢鐵,純鉆效率在0.5～0.8m/h;如遇單體鋼碴寬度部分超過設計樁孔直徑,呈半邊巖,易造成沖孔偏斜,發生卡鉆夾鉆事故。在遇滿孔沖擊成孔效率極低,沖擊錘頭崩刃嚴重,純鉆效率多在0.3～0.5m/臺班。據不完全統計,完成該層(通常5～8m厚)鉆進,需要3～5臺班。

三、其他施工方法穿越該鋼碴廢鐵回填層

(一)人工挖孔方法

一些施工單位為提高在該鋼碴廢鐵回填層成孔效率,在施工機械進場施工前,采取人工挖孔、埋設鋼筋混凝土護壁的方法穿越該鋼碴廢鐵回填層,待挖至黏土層0.50m后,采用回轉鉆機“機械成孔,泥漿護壁”的方法完成土層和基巖的鉆進成孔。但因該場地內地下水呈弱堿性,挖孔作業人員出現皮膚灼傷,影響施工進度。

(二)挖掘機大開挖方法

在遇滿孔鋼碴廢鐵的鉆孔,通常情況下采取挖掘機進行機械大開挖,清除大塊鋼碴廢鐵,后回填黏土,重新測量放孔、成孔,可提高機械成孔效率。

(三)沖抓錐的施工方法

為提高在該鋼碴廢鐵回填層成孔效率,我單位采取沖抓錐在該層進行機械成孔。利用沖抓錐自重沖切抓土,利用其“直上直下”特點,快速提土至樁外卸土,提高機械成孔效率。一般情況下,30min可完成沖抓錐鉆機安裝,50～70min可完成該鋼碴廢鐵回填層(通常5～8m厚)的機械成孔,10min可完成沖抓錐鉆機退位,鉆(沖)孔鉆機30～50min可完成鉆機安裝。機械成孔效率多在6～8m/臺班,如遇滿孔鋼碴廢鐵,可提前采取挖掘機進行大開挖清除,減少因采用鉆(沖)孔鉆機試鉆而浪費人力、物力、財力和時間,降低工程施工成本。

1.沖抓錐的施工技術

(1)沖抓錐設備機械就位安裝:必須保持沖抓錐上的天車外緣、鋼絲繩和樁位中心在同一鉛垂線上,設備安裝應穩固、周正、水平,保證在施工作業過程中不發生移位或傾斜。清運沖抓錐抓上來的鋼碴廢鐵等回填土時,應采取集料斗輕軌進行人工清運。

(2)沖抓錐干作業成孔:1人操作沖抓錐,2人孔口配合除土。卷揚機提升速度應當控制在0.1～0.2m/s,利用經壓密實的自穩性,保持孔壁的穩定性。

2.沖抓錐的施工注意事項

(1)沖抓錐在進行鋼碴廢鐵回填層成孔過程中,如發生樁孔坍塌事故時,應當及時采用黏性土回填碾壓密實,后再用沖抓錐成孔。

(2)沖抓錐在進行鋼碴廢鐵回填層成孔過程中,如發現樁孔遇滿孔鋼碴廢鐵時,應當及時挖掘機大開挖清除,后采用黏性土回填碾壓密實,后再用鉆(沖)鉆機成孔。

(3)沖抓錐在完成該鋼碴廢鐵回填層機械成孔后,應當及時退位,沖擊鉆機或回轉鉆機及時對樁位進行余下的土層和基巖,采用“泥漿護壁、機械成孔”鉆進,及時完成樁孔的施工。

四、結語

1.采用沖抓錐在鋼碴廢鐵回填層中自重沖切抓土,利用其“直上直下”特點,快速提土至樁外卸土,其機械成孔效率比鉆(沖)鉆機在該鋼碴廢鐵回填層成孔效率高。

2.采用沖抓錐在鋼碴廢鐵回填層中機械成孔,不僅可提高機械成孔效率,預防孔內事故,且可降低工程成本。

3.采用沖抓錐在鋼碴廢鐵回填層中機械成孔,屬首次嘗試,成功解決在該鋼碴廢鐵回填層機械成孔效率低的施工技術難題。

作者簡介:廖培濤(1963- ),男,廣西荔浦人,廣西水文地質工程地質勘察院高級工程師,副總工程師,注冊巖土工程師,研究方向:巖土工程勘察、樁基工程、基坑支護、地質災害勘查設計與治理等工程技術指導與施工管理;韋興標(1967- ),男,廣西荔浦人,廣西水文地質工程地質勘察院高級工程師,注冊一、二級建造師、注冊安全工程師,探礦工程專業,研究方向:鉆(沖)孔灌注樁、軟土地基加固處理、深基坑支護、地質災害治理等工程施工管理與技術指導。