不锈钢管代替钻杆在小直径不锈钢管桩施工中的应用

在小直径不锈钢管桩施工中通过对不锈钢管进行局部改造,代替钻杆直接正循环钻进成桩,提高施工工效,降低成本,建筑物保护效果较好。

1概述

某两栋建筑位于武汉市中山大道,始建于20世纪10~30年代,均为西洋古典式风格,属于武汉市优秀历史建筑。设计地铁隧道从建筑物旁边穿过,隧道外边距建筑物的最小水平距离及垂直距离分别仅为1.12m9.33m。根据相关资料显示,两栋建筑物均采用的是条石基础,基础埋深较浅,坐落于杂填土、淤泥质粘土之上,而隧道从基础一侧下穿,对周围土体扰动较大。为降低盾构隧道施工产生的沉降对两建筑的影响,采用小直径不锈钢管桩对其基础进行加固,取得了较好的保护效果。

2工程概况

2.1设计概况。设计采用直径130mm壁厚6mm不锈钢管桩对其基础进行加固。不锈钢管桩距建筑外边缘1~2m,倾角65~90度,不锈钢管桩间距0.25m,加固深度到达隧道底1m,距离管片最小距离≥1m,桩长17.1~27.2m,管内灌注M25水泥浆,管外空隙由出浆口溢浆充满。

2.2地质概况。工程典型的土层分布为:①杂填土,层厚1.2~5m,稍密~中密状态;②淤泥质粘土,层厚2.2~3.1m,呈流塑~软塑状态;③粘土,层厚2.5~4.3m,呈软塑~可塑状态;④粉质粘土、粉土、粉砂互层,层厚3.6~6.1m,饱和,粉土呈中密、粉砂呈稍密、粉质粘土呈软塑~可塑状态;⑤粉砂,层厚3.4~11.8m,以粉砂为主,呈稍密~中密状态;⑥粉细砂,层厚10.8~20.5m,呈中密状态。隧道主要位于④粉质粘土、粉土、粉砂互层、⑤粉砂、⑥粉细砂这三层中,盾构掘进时容易对土层造成扰动,使地表沉降偏大。

3施工方案选择

3.1初期方案选择。根据现场地层情况,前期挑选出了三种成孔工艺进行试验:全套管钻进、常规回转钻进、振动成孔钻进,收集三种工艺的施工数据后,对其进行对比分析见表1~3项。

综合考虑环保、速度、成本、质量等方面因素,常规回转钻进方案最适用于此处施工小直径倾斜不锈钢管桩。

3.2不锈钢管代替钻杆钻进成孔方案。在使用常规回转钻进成孔工艺期间,出现如下问题:

①成孔起拔钻杆后,由于倾斜孔,粉细砂层,容易塌孔、缩孔;②不锈钢管接头焊接偏心和变形导致不锈钢管下放困难;不锈钢管焊接耗时过长。

为克服困难,对工艺进行了改进:将管桩的不锈钢管接头加工变为螺纹连接,并对首节不锈钢管焊接钢筋变为临时钻头,从而让锚固钻机通过动力转接头,将不锈钢管正循环回转钻入预定深度即可,无需拔杆、下管。其工艺效果评价如上表第4项所示。

4不锈钢管代替钻杆法不锈钢管桩施工工艺

4.1工艺流程。不锈钢管加工→桩位放样→探槽开挖→钻机定位→跟管(引孔)钻进→清孔→钻机移位→水泥浆灌注→插入钢筋→钢筋砼冠梁制作

4.2不锈钢管加工。将壁厚6mm的覫130mm不锈钢管加工成2m一根,两端接头分别车内丝及外丝,加工为矩形螺纹接头。加工厂切割、车丝后运入施工现场。加工动力转接头,使锚固钻机动力头通过转接头将扭矩及压力传至不锈钢管

将首节不锈钢管头部的外壁上焊接4根覫12100mm左右的螺纹钢,通过调整焊缝高度控制其开挖直径在160mm,在内壁交叉斜向点焊同型钢筋。

4.3钻机定位及钻杆倾角控制。如图2所示,首先沿桩位轴线向外开挖2m深探槽,由于地下管线一般埋深不会超过2m,在探明无管线后方可进行下一步施工:

①在桩位左侧外放0.5m1.5m轴线,在相应桩位用红油漆做上标记;

②在探明无管线后,将钻机移至桩位处,钻头对准桩位;

③将绳系锤球垂于外放1.5m桩位上,然后将视线对准外放0.5m桩位点,校准钻机,通过三点一线确定钻机方位和钻杆倾向。

用地质罗盘调整钻杆倾角:

①将罗盘测斜器上的游标所指半圆刻度盘的读数调整为设定倾角θ;

②将罗盘竖起,以其长边贴紧钻杆,并与钻杆轴线平行,观察测斜器上的长水准气泡,调整钻杆直到水准气泡居中,代表钻杆倾角调整到位。

倾角调整完毕后,前后移动钻机,控制钻杆到桩位外放0.5m控制点水平距离为L,即钻机钻杆定位完毕。

4.4跟管钻进。钻机将不锈钢管作为钻杆,采用常规正循环回转钻进方法成孔至设计孔深。

4.5清孔。不锈钢管钻进至预定孔深后,将泥浆切换为清水,通过正循环排出孔内泥浆,并清洗孔壁。

4.6施工难点及注意事项

4.6.1受保护建筑物均为条石基础,需用PDC合金钻头引孔穿越条石基础层。

4.6.2考虑到钻机在移动过程中,钻杆倾向倾角可能会发生变化。待钻机定位后,用垂球和八角罗盘进行复测并校准。

4.7新旧施工工艺区别及优点。不锈钢管代替钻杆直接成桩法相比传统回转钻进不锈钢管施工方法,有如下区别及优点:

4.7.1钻机无需提钻拔出钻杆,节约了5~10min的钻杆起拔时间;

4.7.2避免了钻杆拔出后的塌孔缩孔风险;

4.7.3由控制钻杆倾角变为直接控制不锈钢管倾角,提高倾角控制精准及成桩质量;

4.7.4直接省去了“安装不锈钢管”环节,使得每根桩节约20~40min时间。

4.7.5不锈钢管就位后无需二次清孔

4.7.6施工工艺流程简化,提高工效,减小施工风险。

5不锈钢管代替钻杆法施工成本分析

采用不锈钢管代替钻杆工艺相较普通回转钻机工艺,省去了起拔钻杆、测试孔深、安装不锈钢管、二次清孔等工序时间,将每根桩的成桩时间缩短了30~55min,使原来每根桩1.5~2h的施工时间缩短至1h左右,同时还降低了钻进过程中的事故发生率,使每台钻机的日成桩平均米数由原来的105m/d,提升至200m/d,增至原来的2倍左右。该工程需施工不锈钢管桩总长为11300m,在使用1台钻机情况下,采用不锈钢管代替钻杆法相比传统方法节约工期50天,实际节约成本40余万元。

6结论与展望

在盾构机通过两建筑物加固区时,盾构机出渣中未出现不锈钢管桩中不锈钢管碎片。在盾构机通过两建筑物后,其观测点最大累计沉降量分别为26.08mm20.12mm,均小于累计变化量预警值的30mm。证明不锈钢管代替钻杆法施工得不锈钢管桩桩位控制精准,施工质量良好,建筑加固保护效果良好。

改进后的新工艺能够有效提升施工效率,加快施工进度,减小对加固建筑物及周边环境的影响,具有较大的社会效益及经济效益,值得在基础加固工程中推广应用。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管-浙江至德钢业有限公司

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