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全回转钻机在拔桩、清障中的应用

作者:来源:日期:2019-9-26 8:13:45人气:430
    全回转钻机拔桩、清障时对周边环境影响小,同时能保证清除桩体和回填的质量,本文结合某工程实例介绍全回转钻机在拔桩、清障中的应用,可为类似工程提供借鉴。 


 1 引言 

    在地下工程建设中,经常遇到一些地下障碍。 对于较浅的障碍物,可以直接使用挖掘机和镐来去除它们,而对于较深的障碍物(例如钻孔桩,预制桩等),尤其是在周围环境复杂且对安全和文明施工有较高要求的城市密集区中。 本文以一个项目为例,介绍全旋挖钻机在拔桩,清除障碍物中的应用。

 2 概况 

    一个办公楼项目位于南部的Yin州街,东侧的即墨路,北侧的会所和公寓,西侧的地下车库,住宅区和外围的办公楼。

    拟建项目场地的北侧是两层的会所,其地基是天然的地基,深度约2.4m。该建筑距离拟建场地的地下边界最近,约为4.09m;西侧与瑞源一期地下室相邻,瑞源一期是天然基础,深度约3.7m。地下室最接近拟议建筑物的地下室边界,约为2.7m(第一阶段的楼层最接近拟议的地下室边界)。建筑物的地下室边线为1.55m。

    该项目的场地比较复杂,整个拟建场地地下分布着0.40 m * 0.40 m的预制方桩,桩长约23 m,深度约2.0 m。根据设计图的要求,需在止水帘的现场拉出13根旧的预制方桩。在会所位置需要拉出3个钻孔桩,钻孔灌注桩的直径约为2.0M。提议的场地覆盖有原始仓库拆除的建筑垃圾。最深的埋葬深度约为3.4m。止水帘的位置需要清理和更换。 

  3 拔桩、清障方案选择 

  (1)常规拔桩的方法主要有:振动沉管拔桩法、水冲法、全回转钻机拔桩; 

  (2)拔桩方案比选: 

  1)该工程地处陆家嘴繁华地带,周边为住宅小区及办公楼,故安全文明施工的要求极高;因振动沉管拔桩法施工时产生的噪声较大,且对周边的影响较大,故不适宜在该工程应用。 

  2)若采用水冲法拔桩,可能造成会所位置的基础不均匀下沉;同时,水冲法拔桩,其桩孔无法回填密实,对钻孔灌注桩施工而言,混凝土方量控制不准,整个方桩桩孔会被混凝土灌满,不利于附近钻孔桩的施工;对三轴搅拌桩而言,止水帷幕附近有空洞,水泥浆会流失,且水泥浆的浓度达不到设计要求,不利于止水。
 
  3)全回转钻机拔桩,其施工时噪音小于70分贝,套管旋转沉入360°旋转钻进,清障安全性能好,无振动、无扰动、无影响,不会对临近构筑物造成影响,既环保又安全。套管对四周土体及临近构筑物无影响和扰动,保证了清除桩体和回填的质量。故本工程采用全回转钻机拔桩。 

  (3)止水帷幕位置清障方案选型 

  拟建场地原仓库已拆除,但遍布拆除的建筑垃圾,最深埋深约为3.4m;东侧、西侧、南侧均可考虑采用放坡挖土进行换填处理;北侧距离会所较近,会所基础埋深才2.4m,采用放坡挖土进行换填安全系数不大,若采用钢板桩支护后再进行挖土换填,因存在建筑垃圾,无法保证钢板桩正常压入及钢板桩的连续,综上考虑,拟对会所位置采用全回转钻机进行换填。 

  4 全回转钻机施工原理、性能及参数 

  4.1 全回转钻机施工原理 

    日本进口的RT200H全旋转设备用于驱动钢制外壳进行圆周旋转,以压紧和拉出钢制外壳。 设备在运行过程中产生的向下压力和扭矩驱动钢制外壳旋转,并使用管口的高强度刀头割破土壤,岩石和钢筋混凝土等障碍物。 将套管钻入桩桩底部的地下,然后用液压起重设备将桩桩拉出。 最后,将水泥土重新填充到套管中,并在回填的同时将钢套管拉出。 

  4.2 全回转钻机设备性能 

  4.2.1 设备组成 

  RT-200H全回转套管钻机主要配置有RT200H全回转套管钻机主机、相应型号数量的套管、液压动力站、操控室、反力配重、路基板及定位钢板、冲抓斗、夹力棒、楔形锤及十字冲锤等。另需120t履带吊、PC200挖掘机等机械配合施工。 

  4.2.2 套管结构 

  套管为厚度48mm的钢质桶式结构,首节套管带合金刀头;其他套管的中间为桶身,两头为套叠式接头,接头设螺孔和剪力键,相邻两节靠螺栓和剪力键连接传递荷载;套管主体材质为16Mn钢,两端接口材质为24Mn钢。套管管壁分三层,内外两层各为20mm的钢板,中间层为8mm的钢网片; 

  套管有两方面功能:一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压入力传递给刀头;另一方面在钻进的过程中还起到支护孔壁,防止孔壁坍塌。 

  4.2.3 冲抓斗 

  冲抓斗是套管钻进后进行桶内土体和障碍物清理的重要设备部件之一。随着套管的钻进,套管内的土体和被刀头切割后的地下障碍物需要通过抓斗抓取出来。抓斗有两扇可以活动的斗叶,整个冲抓过程中斗叶在闭合与张开两种状态之间转换。 

  4.3 全回转钻机设备参数 

  5.施工工艺流程及操作要点 

  5.1 施工工艺流程图 

  5.2 操作要点 

  5.2.1 施工准备及钻机就位 

  将需要清障及拔桩的部位先进行平整压实,测量人员对该位置进行放样,并做好标记; 

  钻机就位过程如下: 

  (1)先安放路基板,再安放定位钢板,定位钢板安放必须平整,且孔位中心与需清障的孔位中心精确重合,定位钢板的四个定位基点必须全部在路基板的中心,定位钢板的孔位中心可通过两根细线确定,安放时与预先测量好的需清障孔位中心重合即可。 

  (2)安放钻机,钻机四个支腿全部安放入定位钢板的四个基点,安放到位后,可通过钻机的垂直监视系统或经纬仪确定钻机的垂直度,通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平。   (3)液压泵站就位,并与钻机液压系统连接完毕,检查、调试好设备,并确保各个系统工作正常(启动前须保证泵站各个系统工作良好,包括油料、冷却液、油管连接、各阀门等)。 

  (4)安装钻机配重架及反力配重,注意反力配重应对称安放。 

  (5)安装反力叉,反力叉安装好后,反力叉远离钻机的,一端用履带吊或者挖掘机的履带顶死,以防钻机带载旋转切削时产生的反力造成钻机主机旋转。 

  (6)将已安装刀具的钻头(1.5m长)与一截6m套筒连接好后,安放入钻机。 

  5.2.2 套管压入 

  需拔除桩的规格为400mm预制方桩及650mm钻孔灌注桩,桩长分别为23m、36m;选用直径1500mm钢套管,选用套管主要规格长度为9m、6m;钢套管最终钻入长度至少需超过桩底1m; 

  套管压入初期施工管理的好坏,对以后套管压入有很大影响;因此,需特别注意压入初期、后期的施工方法和注意事项。 

  (1)套管插入初期(自重压入) 

  套管压入初期会对以后套管的垂直精度有很大影响,所以必须慎重压入。在起重机将套管吊起悬空的状态,夹紧套管。 

  套管前端插入辅助夹盘之前,先用主夹盘抓住套管,收缩推力油缸落下套管,以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。 

  套管在插入初期,应利用套管自重压入,禁止强行压入套管。 

  用自重压入套管,首先将发动机设置在高速状态,回转速度设置为中等速度,将液压动力站的“压入调整盘”向左旋转到底,液压回路打开,保持压拔按钮在“压入”的状态,此时因为不向推力油缸供油,套管凭借自重持续下降,在此状态下,套管可以持续下降到推力油缸的最大行程。 

  压入初期不要过度使套管上下动作,应积极配合自重进行下压;只有当自重压入速度变慢时,方可逐步增加压入力。 

  (2)后期压入(使用液压进行手动压入) 

     当自重压紧速度变慢时,当液压动力站的“压力调节盘”向右旋转时,液压压力将逐渐升高。 当压力拉动按钮处于“压力”状态时,液压缸向推力缸供油。 此时,按压模式变为液压。

    如果“压入力调节盘”向右旋转并且液压过度升高,则当下框架超过下框架的自重时,下框架将漂浮。 此时,旋挖钻机将无法工作。 如果在下框架浮动的条件下重复进行套管压紧操作,则有时下框架浮动的瞬间会增加。 套管的倾覆载荷导致套管的垂直精度下降。 为了防止下部框架浮动,必须使用“压力调节盘”来调节压力。

  5.2.3 冲抓出渣、桩体吊出 

    渣被冲头排出。根据本项目装备的1500mm套管,选择相应的冲击抓斗。在逐渐压入钢制套管的同时,用冲头将套管中的土壤和碎屑不断地取出。钢制外壳旋转并沉入桩体的一定深度后,在桩体与壳体之间放置夹紧杆,迫使桩体扭断,将破碎的桩体分段提起。通过特殊的钢链。

    在钢套管钻进过程中,由于土壤的干扰,桩身会发生扭曲或损坏,特别是打入桩的接头处,更有利于拔出上桩。用100T起重机和冲孔抓斗逐步将剩余的桩拉出。无论是否拔出上部桩,土壤都会在钢套管中不断地被取出,例如桩不能成为整根。当拉出半根时,通过在钢套管中的打孔机将桩逐渐切断,然后将土壤取出以利于钢套管的连续钻孔。拔出的桩(包括整桩,碎桩,混凝土碎片)要及时运输。

  5.2.4 桩孔回填及套管拔除 

    桩孔回填有利于下道工序的施工,提高了施工安全性。回填是水泥土与水泥和粘土的混合。水泥含量不少于8%(重量比)。用挖掘机反复混合后,用挖掘机将回填材料回填到桩孔中。在下雨天的情况下,保证土壤源中的水分不受彩带布的影响。

    通过旋转装置的反向旋转来进行壳体拉出。套管的拔出和回填应同步进行,以确保回填材料充满孔。回填过程中产生的冲击力可以提高紧凑性。回填后,回填材料可通过自重沉降进一步提高密实度。将管道拉出至接近地面标高的其余6m位置时,应将其悬挂,然后继续向钢制套管中添加填料,直到钢制套管完全充满为止。当拉出套管时,回填将始终使套管中的填充面高于套管底部的一定高度,并最终回填至地面标高。


  6 施工工效及费用 

  因工程地理位置及周边环境制约,施工时间为早上6:00-晚上10:00,有效施工时间为12-14小时; 

  (1)400预制方桩,桩长23m,每天可拔除1根,费用为3万元/根; 

  (2)直径650mm钻孔灌注桩,桩长36m,两天可拔除1根,费用16万元/根; 

  (3)4m埋深范围清障及换填孔(直径1500套管,搭接300mm),每天可换填孔数量为6个,费用为3000元/孔; 

  7 结语 

  全回转钻机拔桩、清障对周边环境影响小,环保安全,清障彻底,清除后的土体强度未受到破坏,后续止水帷幕及围护钻孔灌注桩施工时未发现塌孔现象;地下障碍物的有效彻底清除为后续止水帷幕及围护钻孔灌注桩施工提供了保证,确保了深基坑围护结构施工及周边环境的安全,社会、经济效益显著。 

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