长臂旋挖钻机在基础工程中的应用

区焱彬 王修春

1 概述

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔工作的施工机械(见图1),广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等基础施工工程,配合不同钻具,适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业,旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、施工效率高及多功能等特点,因此可以有效的加快工程的工期。

2 工程概况

广州棋院是第16届亚洲运动会棋类项目的比赛场所,其主要结构形式为钢筋混凝土结构,地下1层,地上4层,施工内容包括了基坑的支护与开挖、基础工程的施工、地下室结构施工和主体结构施工等。本工程的基础形式采用混凝土灌注桩基础,桩径有800 mm,1 000 mm,1 200 mm,1 400 mm四种,施工深度在19 m～29 m。根据岩土勘察报告,该工程所用场地第四系土层有:素填土,冲洪积成因的粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土;下伏基岩为白垩系砂砾岩,按风化程度分为:全风化岩、强风化岩。根据本工程的地质情况,为加快工程的施工进度,拟采用旋挖桩的施工方式。

3 主要施工方法

旋挖钻机成孔工艺:旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土,并直接将其装入钻斗内,然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺,无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层,或有地下水分布,孔壁不稳定,必须采用静态泥浆护壁钻进工艺,向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。旋挖钻进的基本操作方法为:钻孔施工时,将钥匙开关打到电源挡,旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面,按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂,即将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置,旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将桅杆从运输状态位置起升到工作状态位置,在此过程中,旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号,通过数学运算,输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制,实现桅杆平稳同步起立桅。同时采集限位开关信号,对起立桅过程中钻桅左右倾斜角度进行保护。在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置,一般情况下做直孔作业,所以需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业;而桅杆超出相对零位±5°范围时,只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中,操作人员可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态,使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。在施工过程中,有时也需要斜孔作业。操作人员需要通过显示器上的自动定位按钮进行自设定零位,然后再进行相同的调垂操作。

在作业过程中,操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表一一显示动力头压力,加压压力,主卷压力,实时监测液压系统的工作状态。开孔时,以钻斗自重并加压作为钻进动力,一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度,长条形柱动态显示钻头的运动位置,孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后,将其提出地表,操作回转操作手柄使机器转到土方车的位置,将钻渣装入土方车,完毕后,通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置,或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。开孔后,以钻头自重并加压作为钻进动力。当钻斗被挤压充满钻渣后,将其提出地表,装入土方车,同时观察监视并记录钻孔地质状况。

在旋挖桩钻孔完成后,检查成孔质量、下放钢筋笼、浇筑混凝土,至此,旋挖桩形成。在施工过程中,要有相应的施工记录。

4 特殊情况处理

1)旋挖钻机施工,遇到全风化岩或强风化岩,旋挖斗较难进行施工时,采用短螺旋钻具进行下钻(见图2)。2)当旋挖钻施工遇到中风化岩或微风化岩,或者其他坚硬障碍物时,短螺旋钻具无法进行下钻,此时改用冲孔桩进行施工(见图3)。

5 结语

本工程通过采用旋挖钻机成孔,较原计划的冲孔桩机工期减少一半,有效的提高了工程的施工进度,而且由于其功率大,可以适用于大多数的工程地质情况。因此,旋挖钻机在我国的建筑行业将得到有效的普及和利用。