旋挖钻机施工作业指导书
xxx目经理部
旋挖钻施工方案
编制:
审核:
批准:
xxx经理部
二〇一三年二月
旋挖钻孔桩(钻机)施工作业指导书
1、目的:
指导旋挖钻施工队工人进行钻孔作业,并为在施工中经常出现的问题提供预防措施和解决方案。
2、适用范围:
适用于各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的桥墩桩基施工。
3、施工方法及工艺要求
旋挖钻钻孔桩施工工艺框图
4、施工准备
4.1技术准备
钻孔场地应根据地形、地质、水文资料和桩顶标高等情况结合施工技术的要求,需做准备工作如下:
首先确定钻孔桩位:按照基线控制网及桥墩设计坐标,用全站仪精确放出桩位。
钻孔场地在旱地且施工期间地下水位在原地面以下大于1m者,应平整场地,清除杂物,更换软土,夯填密实。钻机座不宜直接置于不坚实的填土上,以免产生不均匀沉陷。修通旱地位置便道,为施工机具、材料运送提供便利。
钻孔场地在陡坡时,应挖成平坡。如有困难,可用排架或枕木搭设工作平台。
钻孔场地在浅水时,宜采用筑岛法。岛顶面通常高出施工水位0.75~1.0m。筑岛面积按钻孔方法、设备大小等决定。
4.2、泥浆制备
在砂类土、碎(卵)石土或黏土夹层中钻孔,采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔,当塑性指数大于15,可利用孔内原土造浆护壁。
钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆,维持护筒内应有的水头,防止孔壁坍塌。
桩孔砼灌注时,孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内,利用于下一基桩钻孔护壁中。
4.3、埋设护筒
钻孔前设置坚固、不漏水的孔口护筒。护筒内径大于钻头直径,
使用旋转钻机钻孔比钻头大约20cm,护筒顶面高出施工水位或地下水位2m,埋设钢护筒,护筒内径比桩径大20cm,还需满足孔内泥浆面的高度要求,在旱地或筑岛时还高出施工地面0.2-0.3m。护筒埋置深度应符合下列规定:
岸滩上,黏性土不小于1m,砂类土不小于2m。当表层土松软时,将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m。岸滩上埋设护筒,在护筒四周回填黏土并分层夯实;护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm,倾斜度不大于1%。
水中用锤击、加压、振动等方法下沉护筒。护筒埋入河床面以下1m;水中平台上按最高施工水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深,必要时打入不透水层。
在水中平台上下沉护筒,由导向设备控制护筒位置。
护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。
4.4、 钻机就位及钻孔
钻机就位前,应对主要机具及配套设备进行检修,合格后开始安装钻机及起吊系统,钻机底盘找平后在护筒顶部就位。开钻前用水平尺矫正转盘,保证水平,安装钻机的同时安装供电、供水、泥浆循环等管路。钻机安装就位后,施工队对钻机就位自检,应对相关的设备进行试运转,保证开钻后所有设备能正常使用。钻机安装后的底座和顶端应平稳,在钻进中不应产生位移或沉陷。
钻机安装的精度要求如下:
①底盘四个支点高差≤3mm,用水平尺检查;
②钻机水龙头中心与钻盘中心,误差<1%,吊线检查;
③钻机顶部的起吊滑轮缘与转盘中心的连线垂直,钻盘中心同钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上,钻孔位置偏差不得大于2cm。
钻孔前,按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图,挂在钻台上。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。
钻孔作业应分班连续进行,填写钻孔施工记录,交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。应经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测,不符合要求时,应及时改正。应经常注意地层变化,在地层变化处应捞取样渣保存。
钻孔过程中应观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况,发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时,应将套管口保险钩挂牢。
当钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查,确认满足设计要求后,立即填写终孔检查证,并经驻地监理工程师认可,方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。
5、钻孔桩常见事故的预防及处理
常见的钻孔(包括清孔时)事故及处理方法分述如下:
5.1、坍孔
各种钻孔方法都可能发生坍孔事故,坍孔的特征是孔内水位突然下降,孔口冒细密的水泡,出渣量显著增加而不见进尺,钻机负荷显著增加等。
5.1.1、坍孔原因
①、泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求,使孔壁未形成坚实泥皮。
②、由于出渣后未及时补充泥浆(或水),或河水、潮水上涨,或孔内出现承压水,或钻孔通过砂砾等强透水层,孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。
③、护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软,或钻机直接接触在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较
大坍孔。
④、在松软砂层中钻进进尺太快。
⑤、提出钻锥钻进,回转速度过快,空转时间太长。
⑥、水头太高,使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。
⑦、清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低,用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆(或水),使孔内水位低于地下水位。
⑧、清孔操作不当,供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔停顿时间过长。
⑨、吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。
5.1.2、坍孔的预防和处理
①、在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。
②、发生孔口坍塌时,可立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻。
③、如发生孔内坍塌,判明坍塌位置,回填砂和粘质土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔处以上1m-2m,如坍孔严重时应全部回填,待回填物沉积密实后再行钻进。
④、清孔时应指定专人补浆(或水),保证孔内必要的水头高度。供水管最好不要直接插入钻孔中,应通过水槽或水池使水减速后流入钻中,可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机,防止触动孔壁。不宜使用过大的风压,不宜超过1.5-1.6倍钻孔中水柱压力。
⑤、吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入,严防触及孔壁。
5.2、钻孔偏斜
各种钻孔方法可能发生钻孔偏斜事故。
5.2.1、偏斜原因
①、钻孔中遇有较大的孤石或探头石
②、在有倾斜的软硬地层交界处,岩面倾斜钻进;或者粒径大小
悬殊的砂卵石层中钻进,钻头受力不均。
③、扩孔较大处,钻头摆动偏向一方。
④、钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。
⑤、钻杆弯曲,接头不正。
5.2.2、预防和处理
①、安装钻机时要使转盘、底座水平,起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上,并经常检查校正。
②、由于主动钻杆较长,转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设导向架,控制杆上的提引水龙头,使其沿导向架对中钻进。
③、钻杆接头应逐个检查,及时调正,当主动钻杆弯曲时,要用千斤顶及时调直。
5.3、掉钻落物
钻孔过程中可能发生掉钻落物事故。
5.3.1、掉钻落物原因
①、卡钻时强提强扭,操作不当,使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。
②、钻杆接头不良或滑丝。
③、电动机接线错误,钻机反向旋转,钻杆松脱。
④、转向环、转向套等焊接处断开。
⑤、操作不慎,落入扳手、撬棍等物。
5.3.2、预防措施
①、开钻前应清除孔内落物,零星铁件可用电磁铁吸取,较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞,然后在护筒口加盖。
②、经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。
5.3.3、处理方法
掉钻后应及时摸清情况,若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔,使打捞工具能接触钻杆和钻锥。
5.4、糊钻和埋钻
糊钻和埋钻常出现于正反循环回转钻进中,糊钻的特征是在细粒土层中钻进时进尺缓慢,甚至不进尺出现憋泵现象。
预防和处理办法:对正反循环回转钻,可清除泥包,调节泥浆的相对密度和粘度,适当增大泵量和向孔内投入适量砂石解决泥包糊钻,选用刮板齿小、出浆口大的钻锥;严重糊钻,应停钻,清除钻渣。对钻杆内径、钻渣进出口和排渣设备的尺寸进行检查计算。
5.5、扩孔和缩孔
扩孔比较多见,一般表局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大,易于出现扩孔,扩孔发生原因与坍孔相同,轻则为扩孔,重则为坍孔。若只孔内局部发生坍塌而扩孔,钻孔仍能达到设计深度则不必处理,只是混凝土灌注量大大增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进,应按坍孔事故处理。
缩孔即孔径的超常缩小,一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提外鸣叫的迹象。缩孔原因有两种:一种是钻锥焊补不及时,严重磨耗的钻锥往往钻出较设计桩径稍小的孔;另一种是由于地层中有软塑土(俗称橡皮土),遇水膨胀后使孔径缩小。各种钻孔方法均可能发生缩孔。为防止缩孔,前者要及时修补磨损的钻头,后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进,并复钻二三次;或者使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径,直至使发生缩孔部位达到设计要求为止。对于有缩孔现象的孔位,钢筋笼就位后须立即灌注,以免桩身缩径或露筋。
5.6、梅花孔(或十字孔)
常发生在以冲击锥钻进时,冲成的孔不圆,叫做梅花孔或十字孔。
5.6.1、形成原因
①、锥顶转向装置失灵,以致冲锥不转动,总在一个方向上下冲击。
②、泥浆相对密度和粘度过高,冲击转动阻力太大,钻头转动困难。
③、操作时钢丝绳太松或冲程太小,冲锥刚提起又落下,钻头转动时间不充分或转动很小,改换不了冲击位置。
④、有非匀质地层,如漂卵石层、堆积层等易出现探头石,造成局部孔壁凸进,成孔不圆。
5.6.2、预防办法
①、应经常检查转向装置的灵活性,及时修理或更换失灵的转向装置。
②、选用适当粘度和相对密度的泥浆,并适时掏渣。
③、用低冲程时,每冲击一段换用高一些冲程冲击,交替冲击修整孔形。
④、出现梅花孔后,可用片、卵石混合粘土回填钻孔,重新冲击。
5.7、卡锥
常发生在以冲击锥钻进时。
5.7.1、原因
①、钻孔形成梅花形,冲锥被狭窄部位卡住。
②、未及时焊补冲锥,钻孔直径逐渐变小,而焊补后的冲锥大了,又用高冲程猛击,极易发生卡锥。③、伸入孔内不大的探头石未被打碎,卡住锥脚或锥顶。
④、孔口掉下石块或其它物件,卡住冲锥。
⑤、在粘土层中冲击冲程太高,泥浆太稠,以致冲锥被吸住。 ⑥、大绳松放太多,冲锥倾倒,顶住孔壁。
5.7.2、处理方法
①、当为梅花卡钻时,若锥头向下有活动余地,可使钻头向下并转动直径较大方向提起钻头。也可松一下钢丝绳,使钻锥转动一个角度,有可能将钻锥提出。
②、卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻。宜用由下向上顶撞的办法,轻打卡点的石头,有时使钻头上下活动,也能脱离卡点或使掉入的石块落下。
③、用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放进孔内,将冲锥勾往后,与大绳同时提动,或交替提动,并多次上下、左右摆动试探,有时能将冲锥提出。
④、在打捞过程中,要继续搅拌泥浆,防止沉淀埋钻。
⑤、用其它工具,如小冲锥、小掏渣筒等下到孔内冲击,将卡锥 的石块挤进孔壁,或把冲锥碰活动脱离卡点后,再将冲锥提出。但要稳住大绳以免冲锥突然下落。
⑥、用压缩空气或高压水管下入孔内,对准卡锥一侧或吸锥处适当冲射一些时候,使卡点松动后强行提出。
⑦、使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正。
⑧、用以上方法提升锥无效时,可试用水下爆破提锥法。将防水炸药(小于1kg)放
于孔内,沿锥的滑槽放到锥底,而后引爆,震松卡锥,再用卷扬机和链滑车同时提拉,一般是能提出的。
5.8、外杆折断
常见于旋转钻机。
5.8.1、折断原因
①、用水文地质或地质钻探小孔径钻孔的钻杆来作桥梁大孔径钻孔桩用,其强度、刚度太小,容易折断。
②、钻进中选用的转速不当,使钻杆所受的扭转或弯曲等应力增大,因而折断。
③、钻杆使用过久,连接处有损伤或接头磨损过甚。
④、地质坚硬,进尺太快,使钻杆超负荷工作。
⑤、孔中出现异物,突然增加阻力而没有及时停钻。
5.8.2、预防和处理
①、不使用弯曲严重的钻杆,要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接丝扣完好,以螺丝套连接的钻杆接头要有防止反转松脱的固锁设施。
②、钻进过程中应控制进尺速度。遇到坚硬、复杂的地质,应认真仔细操作。
③、钻进过程中要经常检查钻具各部分的磨损情况和接头强度是否足够。不合要求者,及时更换。
④、在钻进中若遇异物,须以处理后再钻进。
⑤、如已发生钻杆折断事故,可按前述打捞方法将掉落钻杆打捞上来。并检查原因,换用新或大钻杆继续钻进。
5.9、钻孔漏浆
5.9.1、漏浆原因
①、在透水性强的砂砾或流砂中,特别是在有地下水流动的地层中钻进时,稀泥浆向孔壁外漏失。
②、护筒埋置太浅,回填土夯实不够,致使刃脚漏浆。
③、护筒制作不良,接缝不严密,造成漏浆。
④、水头过高,水柱压力过大,使孔壁渗浆。
5.9.2、处理办法
①、凡属于第一种情况的回转钻机应使用较粘稠或高质量的泥浆钻孔。冲击钻机可加稠泥浆或回填粘土掺片石、卵石反复冲击增强护壁。
②、属于护筒漏浆的,应按前述有关护筒制作与埋设的规范规定办理。如接缝处漏浆不严重,可由潜水工用棉、絮堵塞,封闭接缝。如漏水严重,应挖出护筒,修理完善后重新埋设。
5.10、钻孔桩断桩常见事故及处理
5.10.1、首批混凝土封底失败
5.10.1.1、事故原因和预防措施
①、导管底距离孔底大高或太低。
原因:由于计算错误,使导管下口距离孔底太高或太低。太高了使首批砼数量不够,埋不了导管下口(1米以上)。太低了使首批砼下落困难,造成泥浆与混凝土混合。
预防措施:
准确测量每节导管的长度,并编号记录,复核孔深及导管总长度。 也可将拼装好的导管直接下到孔底,相互校核长度。
②、首批砼数量不够。
原因:由于计算错误,造成首批砼数量不够,埋管失败。
预防措施:根据孔径、导管直径认真计算和复核首批砼数量。
③、首批混凝土品质太差。
原因:首批砼和易性太差,翻浆困难。或坍落度太大,造成离析。 预防措施:搞好配合比设计,严格控制混凝土和易性。
④、导管进浆。
导管密封性差,在首批砼灌注后,由于外部泥浆压力太大,渗入导管内,造成砼与泥浆混和。
5.10.1.2、处理办法
首批混凝土封底失败后,应拨出导管,提起钢筋笼,立即清孔。
5.11、供料和设备故障使灌注停工
5.11.1、事故原因和预防措施
原因:由于设备故障,混凝土材料供应问题造成停工较长时间,使混凝土凝结而断桩。
预防措施:施工前应做好过程能力鉴定,对于部分设备考虑备用;对于发生的事故应有应急预案。
5.11.2、处理方法
①、如断桩距离地面较深,考虑提起钢筋笼后重新成孔。
②、如断桩距离地面较浅,可采用接桩。
③、如原孔无法利用,则回填后采取补桩的办法。
5.12、灌注过种中坍孔
5.12.1、事故原因和预防措施
原因:由于清孔不当、泥浆过稀、下钢筋笼时碰撞孔壁、致使在灌注过程中发生坍孔。
预防措施:详见第6.1.1节。
5.12.2、处理办法
①、如坍孔并不严重,可继续灌注,并适当加快进度。 ②、如无法继续灌注,应及时回填重新成孔。
5.13、导管拨空、掉管
5.13.1、事故原因和预防
①、导管拨空
原因:由于测量和计算错误,致使灌注砼时导管拨空,对管内充满泥浆;或导管埋深过少,泥浆涌入导管。
预防措施:应认真测量和复核孔深、导管长度;应对导管埋深适当取保守数值。
②、掉管原因:导管接头连接不符合要求;导管挂住钢筋笼,强拉拉脱等。
预防措施:每次拆管后应仔细重新连接导管接头;导管埋深较大时应及时拆管。
5.13.2、处理办法
①、混凝土面距离地面较深时应重新成孔。
②、混凝土面距离地面较浅可采取接桩办法。
5.14、灌注过程中混凝土上升困难、不翻浆
5.14.1、事故原因
①、混凝土供料间隔时间太长,灌注停顿,混凝土流动性变小。
②、混凝土和易性太差。
③、导管埋深过大。
④、在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低。
⑤、导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大。
5.14.2、补救措施:
①、提起导管,减少导管埋深。
②、接长导管,提高导管内混凝土柱高。
③、可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土。
5.15、灌注高度不够
5.15.1、事故原因和预防
原因:测量不准确;桩头预留量太少。
预防措施:可采用多种方法测量,确保准确;桩头超灌预留量可适当加大。
5.15.2、处理办法
挖开桩头,重新接桩处理。