基于履带磨盘钻机的灌注桩施工工艺研究论文_夏顺俊,陈帮兵,徐扬

江苏省送变电有限公司 南京 210028

摘要:在江苏地区河网地带,输电线路基础灌注桩较多,通过开展履带式磨盘钻机的研制,使钻机在场地内达到快速移位换孔的目的,提高了功效及施工安全。同时,通过履带磨盘钻机在现场的推广应用,总结了履带磨盘钻机的灌注桩施工工艺,分析其钻孔能力,为后续工程施工提供了借鉴。

关键词:履带磨盘钻机;灌注桩施工;工艺;研究

1、前言

随着社会的发展,高强度体力劳动的人员日益减少,且人工成本也在不断上升,迫切需要新创适应于河网地区的轻型化装备解决河网交通难题,提高机械化程度,减少人工消耗。

在江苏河网地区,输电线路在施工时受限于乡村道路、机耕路、简易桥梁等的荷载能力限制,物料运输困难、低效、费用高,使用的机械简单粗糙,人工使用多,机械化率低。受限于交通条件,灌注桩基础成孔、钢筋笼安装、混凝土灌注多采用拼装式的磨盘钻机作业,该钻机的功率小,移动困难,作业时安全风险大。

根据江苏河网地区地形和地质情况,500kV及以下输电线路塔位分散,工程量小等特点,通过进一步改进传统的磨盘钻机,优化其行走方式,使其更能满足现场施工需求。

2、适用范围及工艺特点

2.1 工艺特点

采用履带式磨盘钻机成孔,余土泥浆池沉淀后用挖掘机和渣土车清运,工厂化加工的钢筋笼用履带式磨盘钻机吊装后,通过机械方式连接,履带式磨盘钻机安装混凝土导管及料斗并在灌注混凝土过程提升拆除分段导管,预拌混凝土用罐车运至桩孔位并自卸,完成桩基施工。

2.2 适用范围

履带式磨盘钻机适用于交通不便,大型机械无法进场的施工塔位。其适用于填土层、淤泥层、黏土层、粉土层、砂土层地质条件的灌注桩桩成孔,也可在卵砾石含量不大于15%、粒径小于10 mm的部分砂卵砾石层和软质基岩、较硬基岩中使用。

3、履带式磨盘钻机研究

3.1 履带式磨盘钻机工作原理

通过回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土,钻进时用泥浆护壁、排渣;泥浆由泥浆泵输进钻杆内腔后,经钻头的出浆口射出、带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池中净化、再供使用。其主要结构为钢管门架形式,重量较小、拆装简单且对操作人员要求较低。通过钻机下方的履带行走达到在施工场地内换孔移位的目的。

3.2传统磨盘钻机结构组成

传统磨盘钻机主要由平面机架、齿轮箱、卷扬机、回转钻盘、万向节传动轴、龙门架、天轮、主动钻杆和单尖三翅钻头组成,并将齿轮箱、卷扬机、回转钻盘和万向节传动轴四大部分平面固定安装在平面机架上,保证了造孔的精度和工作的稳定性。由动力机传来的动力经齿轮箱传递给卷扬机和万向节传动轴,通过龙门架上的天轮用钢丝绳吊升主动钻杆,由回转钻盘带动主动钻杆和单尖三翅钻头实施灌注桩成孔。

图3.1 传统磨盘钻机

3.3 履带式磨盘钻机结构设计

3.3.1设计改造目的

通过改进传统的磨盘钻机,满足传统磨盘钻机施工效率的同时,优化其行走方式使其更能满足河网地带的灌注桩基础施工,充分发挥其重量较小、拆卸简单、移动方便、稳定性高、对施工人员要求较低等优点。

3.3.2 磨盘钻机选型及性能参数

目前,传统磨盘钻机产品已经非常成熟,现场常用的钻机型号有ZYT300、ZYT300A、FLYT300A、FGSL-300A等多种型号。履带式磨盘钻机在传统磨盘钻机的基础上,结合收割机履带行走装置进行改装。

传统磨盘钻机性能参数满足灌注桩施工要求,以FLYT300A为例,其性能参数如下:

3.3.3主要结构组成

履带式磨盘钻由主机、操纵台、支撑机构、行走回转装置、起吊及钻进装置等组成。各部分采用螺栓和高压油管连接。

3.2履带式磨盘钻机

(1)主机

主机是钻机钻进的执行者,采用螺旋齿转盘,由平面机架、动力部分、齿轮箱、回转钻盘、万向节传动轴等主要部分组成,其固定在平面机架上。

(2)操纵台

操纵台是钻机的控制中心,由主操纵台、支撑操纵台和行走旋转操纵台构成,由多种液压控制阀和管件组成。钻机的回转、钻进、起拔等联动功能是靠操纵台上的阀类元件组合来实现的。主操纵台位于钻机侧后方,便于观察钻机的运行情况。

(3)起吊及钻进装置

起吊及钻进装置由龙门架、卷扬机、天轮、主动钻杆和钻头组成。由动力机传来的动力经齿轮箱传递给卷扬机和万向节传动轴,通过龙门架上的天轮用钢丝绳吊升主动钻杆,由回转钻盘带动主动钻杆和钻头实施钻孔。吊装钢筋笼采用龙门架上的天轮,通过卷扬机钢丝绳直接吊装。

(4)支撑机构

支撑机构主要由支撑油缸、加长杆、支撑底座构成,与平面机架相连。支撑机构是为了钻孔过程中,四条腿通过液压系统支撑到地面,使钻机更稳固,调角更方便,精确度更高。

3.3履带式磨盘钻支撑机构

(5)行走回转装置

行走回转装置由履带、回转平台组成,是钻机的支撑底座,用来支撑承载钻机的所有机构,在动力的驱动下,实现钻机的整体短距离行走和旋转。机架通过中央回转转盘与履带车连接。

行走装置是由履带、行走减速机、驱动轮、行走架、支重轮、托链轮、张紧装置、引导轮等组成。行走装置的动力由行走液压马达经行走减速机传到驱动轮,带动履带使整个行走装置运行。

3.4履带式磨盘钻机履带底盘

3.4履带式磨盘钻的优点

履带式磨盘钻机不仅继承了传统磨盘钻机的钻孔工程,还通过优化添加行走回转装置,实现了钻机短距离转场及行走,减轻了劳动强度,提高了工作效率;通过添加支撑机构,保证了钻机钻孔过程中的稳定性,使钻机调角更方便。

4、履带式磨盘钻机施工工艺

4.1技术原理

履带式磨盘钻机钻孔施工是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土,钻进时用泥浆护壁、排渣;泥浆由泥浆泵输进钻杆内腔后,经钻头的出浆口射出、带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池中净化、再供使用。这样,泥浆在泥浆泵、钻杆、钻孔和泥浆池之间反复循环运行。

备注:1——钻机;2——钻头;3——泥浆泵;4——胶管;5——泥浆(造浆)池;6——沉淀池

图4.1钻进成孔原理图

4.2施工工艺流程

图4.2 施工工艺流程

4.3施工主要操作要点

4.3.1 埋设护筒、钻机就位

首先将场地平整,依据图纸测量放线,确定孔位,然后按放护筒,护筒一般采取内径大于钻头直径100mm、壁厚4-8mm的钢制护筒,其上部设有1-2个溢浆孔。护筒埋设中心应准确,埋设深度根据不同土质满足要求。

钻机安放前,先将桩孔周边垫平,使地面平整,确保钻机安放到位机身平稳。利用履带行走装置,将钻机安放到准确位置。钻机就位时应确保机架的天车、转盘中心及桩位中心在同一铅垂线上。

图4.3桩机就位

4.3.2泥浆制备

除能自行造浆的土层外,均应制备泥浆。泥浆制备宜选用高塑性粘土或膨润土。设计泥浆比重一般为1.1-1.15,粘度在10~25秒,含砂率控制在4%以下。在施工过程中,对于不同的地质层应选择不同的造浆方法和造浆量。

4.3.3钻孔施工

钻孔前,首先将钻机支撑柱全部打开,并通过液压装置,将钻机调平,就位。

开钻前首先起用泥浆泵和转盘,使之空转一段时间,在泥浆输入钻孔一定数量后,方可开始钻进。开始钻进时,应低档慢速钻进,钻至护筒下口1m后,才能按正常速度钻进。成孔钻进过程中,应不断向孔内注入优质泥浆,保证孔壁的稳定性,应注意地层变化,对于不同的地层采用不同的钻进方式。钻孔过程中,应经常测量孔深,达到设计深度后及时提钻清孔。

图4.4钻孔施工

4.3.4钢筋笼加工及吊装

由于现场对接过程中双面焊接难度非常大,预弯达不到要求,施工效率也低,故一般对于钢筋笼对接采用墩粗直螺纹套筒式连接,在材料站根据图纸进行批量加工,主要为切筋、墩粗、车丝三个过程。

图4.5镦粗直螺纹加工

在现场将直螺纹钢筋按照图纸,分段制作成钢筋笼,并进行加固。然后利用钻机起吊装置,将钢筋笼吊入孔中,固定好,依次将直螺纹进行对接,并紧固,直到完成整个钢筋笼的吊装入孔。在此过程中,必须保证钢筋笼位置准确,位于桩孔的正中心。

图4.6钢筋笼吊装

4.3.5混凝土浇筑

混凝土采用小泵车直接运输到位,浇制前,按要求进行清孔,利用起吊钢丝绳将料斗吊起,并按放导管。首次灌入的混凝土量应经计算,满足首斗要求,灌注过程中,利用起吊系统逐步提升导管,控制导管的埋深。

图4.6混凝土浇筑

5、履带式磨盘钻机施工特点

履带式磨盘钻机在施工过程中,充分体现了以下特点:

(1)场内移位快捷,工效高,安全性高。普通钻机每次换孔移位需要很多辅助人员及机械,而且容易桩机容易倾倒,移动速度慢。履带式钻机仅需一个人操作,可自行移动,桩位之间移动方便、准确。

(2)桩机稳固,便于调节。立柱支撑机构便于调节桩机水平,就位方便,同时支撑牢固,提高了钻机钻孔过程中的稳定性。

(3)便于拆卸,运输方便。履带式磨盘钻机由多个可拆卸的部件构成,便于长距离运输。

(4)操作简便。一台钻机仅需一个人操作,减少了现场操作人员及管理人员。

6、结语

履带式磨盘钻机在±800kV特高压锡泰线、500kV田湾核电三期送出工程等多个重点工程中使用,所施工桩全部达到I类桩标准,积累了一定的施工经验,为后续河网地带灌注桩施工提供了有益的借鉴。

参考文献:

【1】李维平,钻孔灌注桩施工关键工序控制,岩土工程技术。

【2】冯德强,钻机设计,中国地质大学出版社。

【3】黄锡恺,机械原理,人民教育出版社。

论文作者:夏顺俊,陈帮兵,徐扬

论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期

论文发表时间:2019/3/25

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