幾種樁基施工機(jī)械優(yōu)缺點(diǎn)對比

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幾種樁基施工機(jī)械優(yōu)缺點(diǎn)對比——旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)和回旋鉆機(jī)一、旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)在國際上的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在中國也是在最近四五年才被逐漸認(rèn)識和應(yīng)用，成為近年來發(fā)展最快的一種新型樁孔施工方法，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)被譽(yù)為“綠色施工工藝”，其特點(diǎn)是工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少。旋挖鉆機(jī)是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)桅桿垂直度的自動調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計量；旋挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進(jìn)壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土。通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置換護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。吊放鋼筋籠、灌注砼、后壓漿等同其他水下鉆孔灌注樁工藝。此方法自動化程度和鉆進(jìn)效率高，鉆頭可快速穿過各種復(fù)雜地層，在樁基施工特別是城市樁基施工中具有非常廣闊的前景。1旋挖鉆孔樁的施工特點(diǎn)1.1可在水位較高、卵石較大等用正、反循環(huán)及長螺旋鉆無法施工的地層中施工。1.2自動化程度高、成孔速度快、質(zhì)量高。該鉆機(jī)為全液壓驅(qū)動，電腦控制，能精確定位鉆孔、自動校正鉆孔垂直度和自動量測鉆孔深度，最大限度地保證鉆孔質(zhì)量。其工效是循環(huán)鉆機(jī)的20倍，最重要的是，工程的質(zhì)量和進(jìn)度得到了充分的保證。目前在我國的公路、鐵路、橋梁和大型的建筑物的基礎(chǔ)樁施工中均有采用。1.3伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉(zhuǎn)力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實(shí)現(xiàn)鉆頭的快速升降，快速卸土，以縮短鉆孔輔助作業(yè)的時間，提高鉆進(jìn)效率。1.4環(huán)保特點(diǎn)突出，施工現(xiàn)場干凈。這是由于旋挖鉆機(jī)通過鉆頭旋挖取土，再通過凱式伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內(nèi)再卸土。旋挖鉆機(jī)使用泥漿僅僅用來護(hù)壁，而不用于排碴，成孔所用泥漿基本上等于孔的體積，且泥漿經(jīng)過沉淀和除砂還可以多次反復(fù)使用。目前很多城市在施工中的排污費(fèi)用明顯提高，使用旋挖鉆機(jī)可以有效降低排污費(fèi)用，并提高文明施工的水平。1.5履帶底盤承載，接地壓力小，適合于各種工況，在施工場地內(nèi)行走移位方便，機(jī)機(jī)動靈活，對樁孔的定位非常準(zhǔn)確、方便。1.6旋挖鉆機(jī)的地層適應(yīng)能力強(qiáng)旋挖鉆機(jī)可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、砂土、卵石層等地層。1.7在孔壁上形成較明顯的螺旋線。有助于提高樁的的摩阻力。1.8吊放鋼筋籠、灌注砼等施工場地較其他工藝容易布置。1.9自帶柴油動力，緩解施工現(xiàn)場電力不足的矛盾，并排除了動力電纜造成的安全隱患 2適用范圍旋挖鉆機(jī)一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層，借鉆具自重和鉆機(jī)加壓力，耙齒切入土層，在回轉(zhuǎn)力矩的作用下鉆斗同時回轉(zhuǎn)配合不同鉆具，適應(yīng)于干式（短螺旋）、濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)。根據(jù)不同的地質(zhì)條件選用不同的鉆桿、鉆頭及合理的斗齒刃角。對于具有大扭矩動力頭和自動內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機(jī)，可以適應(yīng)微風(fēng)化巖層的施工。目前，旋挖鉆機(jī)的最大鉆孔直徑為3m，最大鉆孔深度達(dá)120m，（主要集中在40m以內(nèi)），最大鉆孔扭矩620kNm。3工藝原理主要是其成孔工藝與其它樁基不同，旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝旋挖鉆機(jī)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝（當(dāng)然也有干土直接取土工藝，視工地現(xiàn)場地層條件而定），是一種無沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法，但鉆進(jìn)時為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿（穩(wěn)定液）。旋挖鉆機(jī)工作時能原地作整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動。旋挖鉆機(jī)鉆孔取土?xí)r，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土；遇硬土?xí)r，自重力不足以使斗齒切入土層，此時可通過加壓油缸對鉆桿加壓，強(qiáng)行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后，由起重機(jī)提升鉆桿及鉆斗至地面，拉動鉆斗上的開關(guān)即打開底門，鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門，再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進(jìn)行下一斗的挖掘。旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。4、施工工藝4.2.1泥漿制備現(xiàn)場設(shè)泥漿池（含回漿用沉淀池及泥漿儲備池）一般為鉆孔容積的1.5～2.0倍，要有較好的防滲能力。在沉淀池的旁邊設(shè)置渣土區(qū)，沉渣采用反鏟清理后放在渣土區(qū)，保證泥漿的巡回空間和存儲空間。制務(wù)泥漿的的設(shè)備有兩種，一是用泥漿攪拌機(jī)，一是有用水力攪拌器。使用粘土粉造漿時最好用水力攪拌器；使用膨潤土造漿時用泥漿攪拌機(jī)。護(hù)壁泥漿再生處理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥漿與土渣的相對密度差使土渣產(chǎn)生沉淀以排除土渣的方法?，F(xiàn)場設(shè)置回收泥漿池用作回收護(hù)壁泥漿使用，泥漿經(jīng)沉淀凈化后，輸送到儲漿池中，在儲漿池中進(jìn)一步處理（加入適量純堿和CMC改善泥漿性能）經(jīng)測試合格后重復(fù)使用。4.2.2埋設(shè)護(hù)筒 樁基定位后，根據(jù)樁定位點(diǎn)拉十字線釘放四個控制樁，以四個控制樁為基準(zhǔn)埋設(shè)鋼護(hù)筒，為了保護(hù)孔口防止坍塌，形成孔內(nèi)水頭和定位導(dǎo)向，護(hù)筒的埋設(shè)是旋挖作業(yè)中的關(guān)鍵。護(hù)筒選用10mm厚鋼板卷制而成，護(hù)筒內(nèi)徑為設(shè)計樁徑+20cm，高度2.0m，上部開設(shè)2個溢漿孔，護(hù)筒埋設(shè)時，由人工、機(jī)械配合完成，主要利用鉆機(jī)旋挖斗將其靜力壓入土中，其頂端應(yīng)高出地面20cm，并保持水平，埋設(shè)深度1.8m，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不得大于50mm。護(hù)筒埋設(shè)要保持垂直，傾斜率應(yīng)小于1.5％。4.2.3鉆孔定位在樁位復(fù)核正確，護(hù)筒埋設(shè)符合要求，護(hù)筒、地坪標(biāo)高已測定的基礎(chǔ)上，鉆機(jī)才能就位；樁機(jī)定位要準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固,鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、護(hù)筒中心線應(yīng)保持在同一直線。旋挖鉆機(jī)就位后，利用自動控制系統(tǒng)調(diào)整其垂直度，鉆機(jī)安放定位時，要機(jī)座平整，機(jī)塔垂直，轉(zhuǎn)盤（鉆頭）中心與護(hù)筒十字線中心對正，注入穩(wěn)定液后，進(jìn)行鉆孔。4.2.4鉆進(jìn)成孔成孔前必須檢查鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過程對鉆頭磨損超標(biāo)的及時更換；根據(jù)土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規(guī)格和角度；根據(jù)護(hù)筒標(biāo)高、樁頂設(shè)計標(biāo)高及樁長，計算出樁底標(biāo)高，以便鉆孔時加以控制。成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進(jìn)行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備損壞、障礙物等情況。記錄必須認(rèn)真、及時、準(zhǔn)確、清晰。鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度：由硬地層鉆到軟地層時，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)軟地層變?yōu)橛驳貙訒r，要減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),以提高鉆進(jìn)效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)并適當(dāng)增加泥漿比重和粘度。鉆機(jī)就位時，必須保持平整、穩(wěn)固，不發(fā)生傾斜。為準(zhǔn)確控制孔深，應(yīng)備有校核后百米鋼絲測繩，并觀測自動深度記錄儀，以便在施工中進(jìn)行觀測、記錄。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆桿垂度，確?？妆诖怪?。鉆進(jìn)過程中必須控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁塌方。鉆進(jìn)成孔過程中，根據(jù)地層、孔深變化，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)，及時調(diào)制泥漿，保證成孔質(zhì)量。在進(jìn)入沙層和卵石層時，應(yīng)適當(dāng)減慢進(jìn)尺速度，提高泥漿的稠度，減小每個鉆進(jìn)回次的進(jìn)尺量，保證孔壁穩(wěn)定。鉆進(jìn)施工時，利用正鏟及時將鉆渣清運(yùn)，保證場地干凈整潔，利于下一步施工。鉆進(jìn)達(dá)到要求孔深停鉆后，注意保持孔內(nèi)泥漿的漿面高程，確?？妆诘姆€(wěn)定。 孔底沉淤控制。旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機(jī)理與常見回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的正、反循環(huán)成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗提升出土，后者是通過鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環(huán)帶出土面。前者底部面緩，鉆至設(shè)計標(biāo)高對土的擾動很小，沒有聚淤漏斗，所以要加強(qiáng)穩(wěn)定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，還要控制終孔前兩鉆斗的旋挖量。成孔深度達(dá)到設(shè)計要求后，應(yīng)盡快進(jìn)行鉆機(jī)移位、終孔驗(yàn)收工作；從清孔停止至混凝土開始澆灌，應(yīng)控制在1.5-3h，一般不得超過4h，否則應(yīng)重新清孔。旋挖成孔灌注樁的施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應(yīng)性強(qiáng)大大縮短了工期，廢漿少、低噪音、污染小保護(hù)了環(huán)境，克服了機(jī)械成孔時孔底沉淤土多，樁側(cè)摩阻力低，泥漿管理差的缺點(diǎn)，極大地提高了施工質(zhì)量。盡管一次投入費(fèi)用較大，但成孔費(fèi)用消耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比其他方法成孔費(fèi)用低，是一種理想的施工工藝，同其它工藝相比綜合考慮是降低了成本。從目前看該工藝有著相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。二、沖擊反循環(huán)鉆機(jī)和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁，又稱正反循環(huán)成孔灌注樁，是用一般地質(zhì)鉆機(jī)在泥漿護(hù)壁條件下，慢速鉆進(jìn)，通過泥漿排渣成孔，灌注混凝土成樁，為國內(nèi)最為常用和應(yīng)用范圍較廣的成樁方法。其特點(diǎn)是：可利用地質(zhì)部門常規(guī)地質(zhì)鉆機(jī)，可用于各種地質(zhì)條件，各種大小孔徑（300mm~200mm）和深度（40m~100m），護(hù)壁效果好，成孔質(zhì)量可靠；施工無噪音，無震動，無擠壓；機(jī)具設(shè)備簡單，操作方便，費(fèi)用較低，但成孔速度慢，效率低，用水量用水量大，泥漿排放量大，污染環(huán)境，擴(kuò)孔率較難控制。適用于高層建筑中、地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、黏性土、砂土、軟質(zhì)巖等土層應(yīng)用。隨著高層建筑、公路、鐵路、橋涵工程的發(fā)展對基礎(chǔ)工程的施工要求也越來越高,考慮建筑的載荷和工程地質(zhì)狀況、目前較大一部分工程樁基的施工要穿過第四系土層、卵石層等復(fù)雜地層,并將樁基礎(chǔ)的持力層設(shè)計在基體巖石上,提高單樁承載力,同時也給樁基礎(chǔ)施工提出了更高的要求,在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工成本高,又無法滿足卵礫石、漂石、塊石、基巖、施工難度大,易坍孔的情況下,20世紀(jì)90年代中期樁機(jī)制造廠為適應(yīng)市場要求,研制開發(fā)了沖擊反循環(huán)鉆機(jī)滿足樁基工程施工要求。1施工工藝沖擊反循環(huán)破碎入巖工藝的破碎機(jī)理是利用沖擊鉆頭對巖石進(jìn)行較高頻率的沖擊,使巖石產(chǎn)生破碎,然后利用反循環(huán)排渣方式及時將破碎巖屑第一時間排出孔外。沖擊鉆頭由兩根鋼繩平衡連接,無論起、下鉆都非常方便,大大縮短了輔助時間。因此,沖擊反循環(huán)鉆頭是沖擊鉆進(jìn)的主要工具,其結(jié)構(gòu)的合理與否直接影響到鉆進(jìn)效率和質(zhì)量。在沖擊鉆進(jìn)過程中,關(guān)鍵是沖擊和吸渣量是否匹配,也是確保孔壁穩(wěn)定正常鉆進(jìn)最基本最重要條件。在鉆進(jìn)過程中吸渣工作應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)地層和情況而定,不應(yīng)過量汲渣以免造成孔壁失穩(wěn)坍孔。發(fā)生埋鉆事故。另外,在沖擊過程中,必須經(jīng)常檢查鋼絲繩的磨損情況以及轉(zhuǎn)向裝置的靈活性和連接的牢固性,以防磨斷或因轉(zhuǎn)向不靈而扭斷鋼絲繩,發(fā)生掉鉆事故。 根據(jù)地質(zhì)情況,鉆頭出量研磨材料提鉆時要應(yīng)經(jīng)常檢查,一般地層每小班至少提鉆一次檢查,復(fù)雜地層提鉆頭次數(shù)要增加,往往鉆頭底量和外出量在砂卵石和基巖中磨損嚴(yán)重,所以應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ),這樣就增加了修補(bǔ)鉆頭的鋪助時間,降低了純鉆進(jìn)沖擊時間,又減少了修補(bǔ)鉆頭的輔助時間,再則在提升鉆頭時,要小心謹(jǐn)慎,尤其是在快到護(hù)筒底部將鉆頭慢慢提起,防止碰撞孔口護(hù)筒以免造成護(hù)筒底部坍孔或護(hù)筒錯位或變形事故。2沖擊反循環(huán)鉆機(jī)與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在施工過程中的優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)已施工的工程,不同的地層、不同的區(qū)域但鉆進(jìn)口徑相同來對比,發(fā)現(xiàn)沖擊反循環(huán)與回轉(zhuǎn)正循環(huán)各有各的優(yōu)點(diǎn),一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時,通過鉆孔記錄報表,取各程平均數(shù)據(jù)分析,回轉(zhuǎn)鉆機(jī)要比沖擊反循環(huán)鉆機(jī)施工快1.2倍,且因沖擊反循環(huán)鉆機(jī)自重大搬遷困難、時間長等因素,在土層中施工不如回轉(zhuǎn)正循環(huán)鉆機(jī)快,但在卵礫石層、基巖施工中,沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)明顯比回轉(zhuǎn)鉆機(jī)要快3倍,一般5cm以下礫石要快2倍以上,5～10cm礫石要快3倍以上,而且沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)5級以下的巖石,鉆進(jìn)速度比回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)要快5～6倍,從上述情況分析來看,沖擊反循環(huán)在施工復(fù)雜地層即卵石層,嵌巖鉆孔樁成孔速度上優(yōu)點(diǎn)明顯,尤其在一些丘陵山區(qū)地帶較為適用,優(yōu)越性更加顯著。對樁孔成型方面,沖擊反循環(huán)施工孔徑一般在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工時為防止坍孔,仍然采用正循環(huán)沖擊鉆進(jìn),但易縮徑,但樁的垂直度比較好。在卵、礫石層施工中都采用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn),由于沖擊力較大,容易坍孔,充盈系數(shù)偏大,根據(jù)我公司已施工的幾個工程數(shù)據(jù)表明,在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)段的平均充盈系數(shù)為1.15；而沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)段的充盈系數(shù)則為1.25，在土層中的充盈系數(shù)沖擊和回轉(zhuǎn)基本接近在1：1。在成本消耗方面:在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,沖擊反循環(huán)的成本消耗要比回轉(zhuǎn)鉆機(jī)消耗大,主要沖擊鉆機(jī)動力功率大、耗電量高。再則鋼絲繩消耗大,因沖擊耗繩、自身重量大,搬遷運(yùn)輸成本大等,但在卵、礫石層、漂石、塊石、基巖施工中,沖擊鉆進(jìn)效率高,而回轉(zhuǎn)鉆機(jī)研磨材料消耗大,鉆進(jìn)速度慢,成孔周期長,成本比沖擊鉆進(jìn)大5倍以上,如遇大漂石、大塊石、硬度較高的花崗巖回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是無法鉆進(jìn),只用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)來完成。在環(huán)境影響方面,沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)振動對周圍環(huán)境影響比回回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)要大,特別是沖擊下部堅硬基礎(chǔ)巖面時,沖擊振動對周圍產(chǎn)生聲音較大,影響人們休息。三、體會 總之,在施工基礎(chǔ)時,設(shè)備的選型非常重要,對不同的地層采用不同的施工工藝方法,從我們多年來的施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備使用情況來看,在粘土、亞粘土、淤泥質(zhì)土層、粉砂層施工,采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),其成本低,成孔質(zhì)量好,樁機(jī)自重輕,搬遷方便等優(yōu)點(diǎn)較為適應(yīng);而在卵礫石、漂石、塊石、基巖等復(fù)雜地層及舊基處理方面施工,使用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)較為適應(yīng),因可加快施工周期,提高鉆進(jìn)效益,確保工程質(zhì)量。因此我們在施工鉆孔樁時,要根據(jù)現(xiàn)場條件、工期要求、地制質(zhì)情況及成本分析等,用科學(xué)的方法來選擇設(shè)備和工藝手段,用最佳的施工工藝,在保證質(zhì)量、工期、安全的情況下產(chǎn)出最佳的效益。