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关于桩基与围护施工,你应该知道的新工艺与新技术

240 2018-01-08 15:34:25
随着建筑施工朝着超高、超深方向的发展,施工设备也在不断地更新和发展。对新设备、新工艺的了解将决定施工单位在这一施工领域的竞争力。及时关注新设备、新工艺的发展将会带来施工效率和施工质量的提高。
国内桩基与围护工程发展的现状

1. 随着国内基础建设的蓬勃发展,建筑施工技术也在不断地向前发展,桩基施工也朝着超深的方向发展。原有的老旧基础成为当今桩基施工中的一大难题。有一些老基础虽然可以通过设计变更改变桩位,但是大量的有规则的老基础,采用变更桩位并不能完全解决问题。

2. 在入岩施工中,传统的GPS-10型钻机和重锤钻机效率低下,长时间的施工会导致孔壁坍塌,影响施工质量,难以达到预期的效果。

3. 基坑工程沿着超深、超大的方向发展,对施工工艺和施工设备的要求也越来越高,目前围护中采用的地下连续墙、排桩+三轴搅拌桩等传统工艺越来越受到限制,以目前的施工工艺和设备难以达到要求,就需要更先进的工艺和能力更强大的设备来支撑。

国内桩基与围护施工的难点如下:

①超深桩入岩问题

②超深土体加固(及止水帷幕)和障碍处理问题

③地下连续墙的入岩问题

④旧城改造工程中的老基础处理问题

国内的桩基与围护施工设备及使用方法

1.入岩旋挖钻机

在以德国宝峨公司为代表的设备制造商,生产了新一代的能够入岩施工的旋挖钻机,为桩基入岩施工提供了新的途径。

该种设备在100MPa以上坚硬基岩中施工,速度较快,一般都在1-3小时/米,大大提高了在基岩中施工的效率。

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宝峨BG25C旋挖钻机

双轮铣槽机

在基坑围护施工中,对于超深或者安全性要求较高的工程普遍采用了地下连续墙工艺,传统的地下连续墙都采用液压抓斗进行成槽施工,但是对于需要入岩的地下连续墙,液压抓斗根本无法完成要求,这时就需要铣槽机来完成后续的工作。

双轮铣设备的成槽原理是通过液压系统驱动下部两个轮轴转动,水平切削、破碎地层,采用反循环出碴。最大成槽深度可达150m,一次成槽厚度在800mm-2800mm之间。

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宝峨BC40铣槽机

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套铣接头

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施工强度匹配图

双轮铣设备施工进度与传统的抓槽机和冲孔机在土层、砂层等软弱地层中优势并不十分明显,大约为抓槽机的2倍-3倍,液压抓斗成孔效率约在10m3/h,双轮铣槽速度在此种地层中效率在20m3/h-30m3/h。一旦进入岩段,双轮铣就显出其优势,在岩层段选择合适刀具,在中风化岩层中(60MPa以下),施工效率可达10m3/h,在微风岩层(60MPa-120MPa)中可达1m3/h-2m3/h。在此种地层中液压抓斗基本无法使用。

2.深层搅拌工艺

国内的深层搅拌工艺主要有两种设备,一种是以TRD工法为代表的水平切削土体搅拌工艺,另一种是以双轮深搅工艺为代表的垂直土体搅拌工艺。

TRD工法是利用专用的机械设备(TRD工作机)把插入地下的链锯式切割头和带有刀头的链条通过主机的驱动进行切割土壤和横向移动,在形成的沟槽内灌注水泥凝结剂,上下运动的链条对泥土和水泥凝结剂进行混合搅拌,固化后便形成水泥土连续墙,如果在过程中插入工字钢之类的芯材,可以使连续墙成为基坑围护中的挡土防渗或承重墙使用。

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TRD工作机

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TRD和SMW工法效果对比图

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TRD工作机工作示意图

TRD也有自身的缺点,首先对地层要求高,对于有地下空间障碍物的地层施工困难(或者以后设备改进后会更好),切割箱提升和下放比较耗时。

双轮深搅设备是基于双轮铣槽机的基础上研制的一种土体改良、加固的专用设备。

双轮深搅(CSM工法)是通过双轮搅拌头插入地下,在铣轮破碎土壤的同时泵送液体材料至搅拌头底部,与掘松的土壤充分搅拌,在铣轮向下的同时加入压缩空气可以提高破碎和搅拌的效果,旋转的铣轮及铣齿将土壤推向垂直安装在铣轮架上的切割板,从而形成对土壤的强制搅拌,从而形成防渗墙、挡土墙或对地层土体进行改良。最大深度可达60m。

双轮深搅由一系列的一期和二期槽段构成,既可以采用一期未固结就开始施工二期的“软工法”施工,也可以采用一期槽段固结后再施工二期槽段的“硬工法”施工。

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双轮深搅设备


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改进后的四轮深搅设备

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双轮深搅施工工序示意图

该型设备可以在卵砾石层中施工,最大深度可达60m,宽度为0.55m-1.2m。施工速度可达5-7m/小时。

相比SMW工法,它的优势是能够采用硬法施工,墙体厚度固定,减少接头的同时,接头质量有一定的保证,对施工中偶尔的停顿影响不大。SMW工法需要连续施工,无法达到硬法施工的要求。


3.全回转套管桩机

随着旧城改造的开始,原来在70、80年代施工的沉管桩、预制桩将成为影响施工正常进行的重要因素,对原有老基础桩的处理成为目前岩土施工领域重要的课题。全套管桩机(SuperTop工法)提供了一种新的有效的处理方法。

Super Top工法(回钻式下钢套管法)是利用全回转设备产生的下压力和扭矩,驱动钢套管转动,利用管口的高强刀头对土体的切削作用,将套管钻入地下,然后利用抓斗爪出套管内的障碍物的全回转钻机。

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该设备对老基础处理的主要方法:

方法一:采用该设备将老基础套在管内,然后采用重锤冲碎,最后用抓斗抓出。


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老基础桩冲击破碎处理示意图

方法二:采用该设备将老基础套在管内,用高压水枪将桩周土体搅碎,然后打入长三角形钢楔,固定老桩,转动套管,将桩体扭断,最后采用冲抓将该节桩体取出,直到处理完成。

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老基础桩断桩处理示意图

方法三:采用该设备将老基础套在管内,将多撑靴破碎器放入套管内,利用多撑靴的结构设计压力吸附在套管内壁上,然后利用套管回转下压带动多撑靴的破碎器钻进破碎桩体。

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老基础桩多撑靴破碎处理示意图

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多撑靴结构示意图

该工法在日本被称为“万能工法”,该设备能达到1/500垂直度,能够切割高强度的岩石和钢筋混凝土,为岩土施工中遇到的新问题提供了新的解决方案。


随着科学技术的不断发展,施工设备和施工技术也在相应的发展,施工质量和施工效率也在相应的提高,如果施工单位墨守成规,不及时更新相关先进的工艺和设备,那将被市场所淘汰,所以岩土施工人员应该及时了解施工设备和技术的发展,必要时加以应用,以提高相应的施工质量和效率。

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