長臂旋挖鉆機在基礎工程中的應用

區焱彬 王修春

1 概述

旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔工作的施工機械(見圖1),廣泛用于市政建設、公路橋梁、高層建筑等基礎施工工程,配合不同鉆具,適應于干式(短螺旋)、濕式(回轉斗)及巖層(巖心鉆)的成孔作業,旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、機動靈活、施工效率高及多功能等特點,因此可以有效的加快工程的工期。

2 工程概況

廣州棋院是第16屆亞洲運動會棋類項目的比賽場所,其主要結構形式為鋼筋混凝土結構,地下1層,地上4層,施工內容包括了基坑的支護與開挖、基礎工程的施工、地下室結構施工和主體結構施工等。本工程的基礎形式采用混凝土灌注樁基礎,樁徑有800 mm,1 000 mm,1 200 mm,1 400 mm四種,施工深度在19 m～29 m。根據巖土勘察報告,該工程所用場地第四系土層有:素填土,沖洪積成因的粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土;下伏基巖為白堊系砂礫巖,按風化程度分為:全風化巖、強風化巖。根據本工程的地質情況,為加快工程的施工進度,擬采用旋挖樁的施工方式。

3 主要施工方法

旋挖鉆機成孔工藝:旋挖成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉破碎巖土,并直接將其裝入鉆斗內,然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土,這樣循環往復,不斷地取土卸土,直至鉆至設計深度。對粘結性好的巖土層,可采用干式或清水鉆進工藝,無需泥漿護壁。而對于松散易坍塌地層,或有地下水分布,孔壁不穩定,必須采用靜態泥漿護壁鉆進工藝,向孔內投入護壁泥漿或穩定液進行護壁。旋挖鉆進的基本操作方法為:鉆孔施工時,將鑰匙開關打到電源擋,旋挖鉆機的顯示器顯示旋挖鉆機標記畫面,按任意鍵進入工作畫面。先進行旋挖鉆機的鉆桅起立桅及調垂,即將旋挖鉆機移到鉆孔作業所在位置,旋挖鉆機的顯示器顯示桅桿工作畫面。從桅桿工作畫面中可實時觀察到桅桿X軸、Y軸方向的偏移。操作旋挖鉆機的電氣手柄將桅桿從運輸狀態位置起升到工作狀態位置,在此過程中,旋挖鉆機的控制器通過采集電氣手柄及傾角傳感器信號,通過數學運算,輸出信號驅動液壓油缸的比例閥實現閉環起立桅控制,實現桅桿平穩同步起立桅。同時采集限位開關信號,對起立桅過程中鉆桅左右傾斜角度進行保護。在鉆孔作業之前需要對桅桿進行定位設置,一般情況下做直孔作業,所以需要對桅桿進行調垂。調垂可分為手動調垂、自動調垂兩種方式。在桅桿相對零位±5°范圍內才可通過顯示器上的自動調垂按鈕進行自動調垂作業;而桅桿超出相對零位±5°范圍時,只能通過顯示器上的點動按鈕或左操作箱上的電氣手柄進行手動調垂工作。在調垂過程中,操作人員可通過顯示器的桅桿工作界面實時監測桅桿的位置狀態,使桅桿最終達到作業成孔的設定位置。在施工過程中,有時也需要斜孔作業。操作人員需要通過顯示器上的自動定位按鈕進行自設定零位,然后再進行相同的調垂操作。

在作業過程中,操作人員可通過主界面的三個虛擬儀表一一顯示動力頭壓力,加壓壓力,主卷壓力,實時監測液壓系統的工作狀態。開孔時,以鉆斗自重并加壓作為鉆進動力,一次進尺短條形柱顯示當前鉆頭的鉆孔深度,長條形柱動態顯示鉆頭的運動位置,孔深的數字顯示此孔的總深度。當鉆斗被擠壓充滿鉆渣后,將其提出地表,操作回轉操作手柄使機器轉到土方車的位置,將鉆渣裝入土方車,完畢后,通過操作顯示器上的自動回位對正按鈕機器自動回到鉆孔作業位置,或通過手動操作回轉操作手柄使機器手動回到鉆孔作業位置。此工作狀態可通過顯示器的主界面中的回位標識進行監視。開孔后,以鉆頭自重并加壓作為鉆進動力。當鉆斗被擠壓充滿鉆渣后,將其提出地表,裝入土方車,同時觀察監視并記錄鉆孔地質狀況。

在旋挖樁鉆孔完成后,檢查成孔質量、下放鋼筋籠、澆筑混凝土,至此,旋挖樁形成。在施工過程中,要有相應的施工記錄。

4 特殊情況處理

1)旋挖鉆機施工,遇到全風化巖或強風化巖,旋挖斗較難進行施工時,采用短螺旋鉆具進行下鉆(見圖2)。2)當旋挖鉆施工遇到中風化巖或微風化巖,或者其他堅硬障礙物時,短螺旋鉆具無法進行下鉆,此時改用沖孔樁進行施工(見圖3)。

5 結語

本工程通過采用旋挖鉆機成孔,較原計劃的沖孔樁機工期減少一半,有效的提高了工程的施工進度,而且由于其功率大,可以適用于大多數的工程地質情況。因此,旋挖鉆機在我國的建筑行業將得到有效的普及和利用。