CN101761083A - 穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，包括采用全回转钻机进行清障场地，具体步骤是：1.全回转钻机就位和开孔，2.套管压入及全回转钻进成孔，3.套管拔出及回填加固。本发明的施工方法，可以有效清除抛石及钢筋混凝土等障碍物，清障过程对周围土体扰动小，清障孔垂直度约1/400。适用清除障碍物的工程特别是针对抛石层、钢筋混凝土障碍物较厚或者非常厚等。
Description
技术领域
本发明涉及一种专门用于地下连续墙施工中的清理地下障碍物的施工技术，特别是涉及一种用于清理抛石层、钢筋混凝土等障碍物的施工技术。
背景技术
位于黄浦江西岸，工程范围东临黄浦江，基地平面由北至南呈狭长形。延岸全长0.6公里，总用地面积30400m2，其中陆域29747m2，水域653m2。建筑物的基坑工程中临江侧地下室，地下连续墙既作为基坑围护又作为地下室外墙和防汛墙(三墙合一)。
防汛墙侧地墙距离防汛墙最近2.5m，最远15m，现有防汛墙建于上世纪70年代，厚度400mm，墙体有不同程度的裂缝。防汛墙基础下面有抛石驳岸，抛石层最厚约6m，堤内坡度略大于1∶1，抛石呈松散分布，粒径30～50cm，影响施工范围为防汛墙内侧8m，深度为8～9m，抛石下为柴排。临江侧地墙深28m，需穿越抛石层5～6m。
在沉槽过程中，遇到抛石层和老防汛墙等障碍物，为了清理沉槽位置的障碍物，需要一套利用全回转钻机进行清障；抛石层等清障采用日本产RT-200AIII型全回转全套管钻机，该设备可以有效清除抛石及钢筋混凝土等障碍物，清障过程对周围土体扰动小，清障孔垂直度约1/400，通过合理的清障孔位布置去保证后续的施工要求。
发明内容
本发明是要提供一种穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，该方法可以有效清除抛石及钢筋混凝土等障碍物，清障过程对周围土体扰动小，清障孔垂直度约1/400，通过合理的清障孔位布置去保证后续的施工要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，包括采用全回转钻机进行清障场地，具体步骤是：
d)全回转钻机就位和开孔
首先精确放样钻孔位，并作出标记，按标记安放并固定定位钢板，在定位钢板上就位全回转钻机，并调整其水平度和控制钻孔套管的垂直度使之不低于1/300；
e)套管压入及全回转钻进成孔
在全回转钻机就位后，进行套管的埋设和全回转钻进；依次连接套管，全回转钻机旋转、压入套管，消除套管内部杂物，直至套管内抓出的土为原状土，并至少达到物探报告中抛石层底标高下1.5m；
f)套管拔出及回填加固
每孔清障结束后起拔套管，并在套管内回填土，用重锤分层压实，边回填边起拔，直至回填至道路以下1.5m～2m后外运优质粘土回填留作导墙，拔出最后一节套管，并将全回转钻机移至下一桩位进行同样工序施工。
上述第二步骤中，套管的埋设时每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用全回转钻机和导向纠偏装置将套管的垂直精度调整到不低于1/300的范围内；钻进过程中利用全回转钻机的水平监测系统随时检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制；每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行至少360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中；并利用冲抓斗抓除套管内土体，如遇到大块的钢筋混凝土等障碍物，则利用重锤进行破碎后抓出，抓出的渣土外运或采用φ1500mm全回转套管钻机进行钻孔，利用套管前端的刀齿切削钢筋混凝土管片，钻孔过程中利用重锤破碎套管内混凝土、钢筋等，再用抓斗将碎块抓出，直至钻孔清除至抛石层下部原状土。
上述第三步骤中，回填加固回填采用6％水泥土，水泥土现场拌制，为避免坍孔等情况的发生，回填作业是随起拔套管同时进行的，即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的土，再边拔套管边回填，回填土分层重锤压实，始终保持套管内填土面高于套管底面一定高度，最终回填至地坪标高。
本发明的有益效果是：可以有效清除抛石及钢筋混凝土等障碍物，清障过程对周围土体扰动小，清障孔垂直度约1/400。适用清除障碍物的工程特别是针对抛石层、钢筋混凝土障碍物较厚或者非常厚等。
附图说明
图1是本发明的清障流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明的一种穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，包括以下步骤：
(1)场地准备
钻机安装及作业要求场地平整并有一定的承载力，采用铺设路基钢板的方法。
(2)钻机就位和开孔
首先由测量人员对设计钻孔位进行精确放样，复核后并作出标记。定位钢板按标记安放并固定。钻机就位后调整好设备的水平度，并随时观察和控制套管的垂直度使之不低于1/300。
(3)套管压入及钻进
在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业。
施工过程中每节套管压入的精度都将直接影响钻孔的施工质量。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用钻机和导向纠偏装置将套管的垂直精度调整到要求的范围内。钻进过程中随时利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制。
每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行不小于360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中，开始正常作业。
在利用冲抓斗抓除套管内土体时，如遇到大块的钢筋混凝土等障碍物，则利用重锤进行破碎后抓出，抓出的渣土外运。
(4)成孔
依次连接、旋转、压入套管，消除套管内部杂物，直至套管内抓出的土为原状土，并至少达到物探报告中抛石层底标高下1.5m，方可确认该清障工作已经完成。
(5)套管拔出及回填
每孔清障结束起拔套管时，在套管内回填土，回填用土需外调新土进场，用重锤分层压实，边回填边起拔，直至回填至道路以下1.5m～2m后外运优质粘土回填留作导墙，拔出最后一节套管，并将钻机移至下一桩位进行同样工序施工。
本发明的主要施工技术措施：
(1)孔位布置
本次全回转钻机施工考虑到成孔垂直度偏差及搭接宽度等因素，配备φ1500mm套管施工，相临桩位搭接600mm，双排清障孔。清障范围为B、D区靠老防汛墙侧影响地墙、两侧三轴搅拌桩施工区域，A、C区靠老防汛墙侧部分区域，清障深度为10～12m，清到没有抛石为止，以保证成槽和槽壁加固施工需要。
(2)回转切割
采用φ1500mm全回转套管钻机进行钻孔，利用套管前端的刀齿切削钢筋混凝土管片。钻孔过程中利用重锤破碎套管内混凝土、钢筋等，再用抓斗将碎块抓出，直至钻孔清除至抛石层下部原状土。根据物探报告，本工程全回转钻机清障深度在10～12m左右，故套管配置15m，确保可以清除彻底。
(3)回填加固
在确定块石护坡障碍物被完全清除后，即进行管道内回填施工。回填采用6％水泥土，水泥土现场拌制，为避免坍孔等情况的发生，回填作业是随起拔套管同时进行的。即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的土，再边拔套管边回填，回填土分层重锤压实，始终保持套管内填土面高于套管底面一定高度，最终回填至地坪标高。
对于地下连续墙沉槽施工位置有障碍物时，对于需要清除障碍物的工程特别是针对抛石层、钢筋混凝土等较厚障碍物时，通过合理的清障孔位布置，首先利用全回转钻机将套筒压入至块石等障碍物的表面，然后利用套筒的自重，将套管强行回转下压穿越块石层等障碍物下，对于进入套管内的块石等障碍物，可直接采用冲抓斗排出套筒外，从而达到清障的目的，然后回填土，拔出套管，然后用双轴搅拌桩进行6％低参量回掺加固土体，方便以后的成槽施工。
本发明施工中所用的全回转钻机(RT-200AIII)设备：
(1)设备特点
日本车辆开发的RT-200AIII型全回转全套管钻机具有以下特点：①超级工法的强大马力和紧急脱离机构②为牢靠的将强大马力传递给套管而设置的性能良好的楔型夹紧机构③为有效利用强大马力而设计的钻头负荷自动控制等机构④为保证垂直精度所不可或缺的自动水平调整机构⑤为去除钢筋混凝土基础、钢管等地下障碍物而设计的套管内部挖掘装置、多头钻机等。
(2)河床抛块石清理原理
河床块石清理直接利用回转钻机进行，首先利用回转钻机将套筒压入至块石堆表面，然后利用套筒的自重，将套管强行回转下压穿越块石层下压，对于进入套管内的块石，可直接采用冲抓斗排出。
(3)多头抓斗
多头抓斗由配重、连杆、导向板等固定装置和其下端安装的大型螺旋钻头等构成，多头抓斗采用100t吊车调吊入套管内，一直下放到挖掘底部，施工时一边回转套管一边压入，此时多头抓斗会和套管一起回转，利用前端的螺旋钻头破坏土体和障碍物。
(4)套管回转
RT-200AIII型采用楔型夹紧机构将回转钻机的回转支承环与套筒固定，楔型夹紧机构与套筒的咬合与松开由夹紧油缸控制，当夹紧油缸向上提升时，楔型块跟着上升，夹紧机构松开；当夹紧油缸向下收缩，楔型块也随之下降，而牢靠地将套管和回转支承装置咬合。
套筒回转由液压马达驱动，回转时，液压马达的动力由主动小齿轮经惰轮传递至回转支承外圈的环形齿轮带动回转支承在套管周围回转，回转支承旋转产生的扭矩通过楔型夹紧装置传递到套筒上，带动套筒进行回转。夹紧油缸位于钻机的固定部分，由于不与套管一起回转，从而液压管可以始终处于接续状态，回转时无需将夹紧装置液压管分离，可以大为提高钻进的效率。
(5)套管压入
套管插入初期施工管理的好坏可以说是对以后套管压入有很大影响，因此，插入初期、后期的压入施工方法和注意事项是不一样的。
①套管插入初期(自重压入)
在套管插入初期会对以后套管的垂直精度有很大影响，所以必须慎重压入。夹紧套管时，应用在起重机将套管吊起悬空的状态下抓紧。套管前端插入辅助夹盘之前，先用主夹盘抓住套管，收缩推力油缸落下套管，以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。
用自重压入套管，首先将发动机设置在高速状态，回转速度设置为中等程度，高速时速度调整盘为6，低速时速度调整盘为10。将液压动力站的“压入调整盘”向左旋转到底，液压回路打开，保持压拔按钮在“压入”的状态，此时因为不向推力油缸供油，套管凭借自重持续下降，在此状态下，套管可以持续下降到推力油缸的最大行程。插入初期不要过度使套管上下动作，应积极配合自重进行下压，在挖掘初期反复上下动作将使地基松动。容易造成钻机下方地基坍塌，从而威胁到驳岸及岸坡的稳定。只有当自重进行压入速度变慢时，方可逐步增加压入力。采用自重压入时，压入力计算公式为：
压入力(自重)F＝钻机的一部分自重(W1)+套管自重(W2)
②挖掘后期(使用液压进行手动压入)
进入挖掘中期，当采用自重压入速度变慢时，将液压动力站“压入力调整盘”向右旋转，液压会逐步上升，此时压拔钮在置于“压入”状态时，液压油缸向推力油缸供油，此时压入模式转为液压压入，此时压入力计算公式为：
压入力F＝钻机的一部分自重(1)+套管自重(W2)+液压力(P)＞周边摩阻力(R)+前端阻力(D)
(6)钻头负荷控制
当单个钻头负荷为4t左右时，钻头处于过载状态，此时将产生强烈的冲击及振动，因此在施工过程中必须对钻头负荷进行控制，这时需要将套管稍稍提起，实现这种功能的机构称为“B-CON机构”。通过B-CON机构的刻度仪可设定钻头负荷，给拉拔油缸供油、从而将套管稍稍提起。此时测量套管自重Wc、本体的一部重量Wm(RT200A为25t)及周围表面阻力F的合理，则加于钻头的负荷为零。接下来把拉拔油缸的压力泄掉，钻头负荷就增大。当达到设定负荷时，就能保持设定负荷并开始自动切削。
(7)其他不明障碍物破碎
其他不明障碍物的破碎采用多头抓斗，多头抓斗由配重、连杆、导向板等固定装置和其下端安装的大型螺旋钻头等构成，多头抓斗采用100t吊车调吊入套管内，一直下放到挖掘底部，施工时一边回转套管一边压入，此时多头抓斗会和套管一起回转，利用前端的螺旋钻头破坏土体和障碍物。多头抓斗插入到套管内，在套管的下端固定，利用RT的动力，用前端的大型螺旋钻头破碎土体中木桩和其他不明障碍物。
(8)渣土排出
渣土排出采用冲抓斗，根据本工程配备的φ1500mm的套管，选用清水工业生产的公称直径为φ1500mm冲抓斗来排出回转钻进产生的渣土，其重量为6.1t，容量0.4m3，高度4.039m，外径φ1340mm。冲抓斗对于回转产生的渣土以及破碎的障碍物都有较好的适应性，可以排出大型的巨砾。
(9)套筒拔除
套管筒除在回转钻进到预定标高并将套筒内渣土及障碍物全部清除后完成。拔除采用回转装置反向回转进行，拔除与回填应同步进行，以保证回填材料充满孔洞并保证回填的密实。拔管至接近河床顶面时应暂停拔除，待回填材料内注浆完成后再行上拔剩余导管。
由于套筒在回转钻进时时一节一节下压接长的，因此拔除套筒也按照逐节拔除的方法进行，拔除一节后拆除顶部一节套筒后，继续拔出下部套。
Claims (3)
1.一种穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，包括采用全回转钻机进行清障场地，其特征在于，具体步骤是：
a)全回转钻机就位和开孔
首先精确放样钻孔位，并作出标记，按标记安放并固定定位钢板，在定位钢板上就位全回转钻机，并调整其水平度和控制钻孔套管的垂直度使之不低于1/300；
b)套管压入及全回转钻进成孔
在全回转钻机就位后，进行套管的埋设和全回转钻进；依次连接套管，全回转钻机旋转、压入套管，消除套管内部杂物，直至套管内抓出的土为原状土，并至少达到物探报告中抛石层底标高下1.5m；
c)套管拔出及回填加固
每孔清障结束后起拔套管，并在套管内回填土，用重锤分层压实，边回填边起拔，直至回填至道路以下1.5m～2m后外运优质粘土回填留作导墙，拔出最后一节套管，并将全回转钻机移至下一桩位进行同样工序施工。
2.根据权利要求1所述的穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，其特征在于：上述第二步骤中，套管埋设时每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用全回转钻机和导向纠偏装置将套管的垂直精度调整到不低于1/300的范围内；钻进过程中利用全回转钻机的水平监测系统随时检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制；每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行至少360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中；并利用冲抓斗抓除套管内土体，如遇到大块的钢筋混凝土等障碍物，则利用重锤进行破碎后抓出，抓出的渣土外运或采用φ1500mm全回转套管钻机进行钻孔，利用套管前端的刀齿切削钢筋混凝土管片，钻孔过程中利用重锤破碎套管内混凝土、钢筋等，再用抓斗将碎块抓出，直至钻孔清除至抛石层下部原状土。
3.根据权利要求1所述的穿越超厚障碍物的地下连续墙清障施工方法，其特征在于：上述第三步骤中，回填加固采用6％水泥土，水泥土现场拌制，为避免坍孔等情况的发生，回填作业是随起拔套管同时进行的，即套管正式起拔前，先在套管内回填一定高度的土，再边拔套管边回填，回填土分层重锤压实，始终保持套管内填土面高于套管底面，最终回填至地坪标高。
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