冲孔效果范文

冲孔效果范文（精选7篇）

冲孔效果 第1篇

冲孔嵌岩桩是一种常见的基础形式，在我国南方地区(特别是岩溶地区)采用较多，其建筑桩基设计等级大部分为甲级或乙级，建筑物上部荷载通过桩身传至桩端持力层(中风化或微风化碳酸盐岩)。桩身质量的好坏直接影响着建筑物的安全，其中桩位偏差、桩身的垂直度、桩端是否全断面嵌岩等是衡量桩身质量的重要指标。然而，在岩溶区，由于岩溶发育与岩性、地质构造、地形等关系密切，岩溶的发育形态差异很大，在基岩面常具有凹凸不平、高差大的特征，基岩面以下常发育溶洞及溶隙，因此在岩溶地区进行冲孔嵌岩桩施工，经常会遇到桩孔在施工到基岩面时发生偏孔;在穿越溶洞、溶隙时发生漏浆及卡锤等现象，从而导致桩位偏差、桩孔垂直度达不到规范要求、桩端是否全断面嵌岩也不易判断，而这些问题如解决不好将会直接影响到工程质量和施工进度。

核工业柳州工程勘察院在岩溶区从事冲孔嵌岩桩施工多年，承接和完成了多个大中型项目的冲孔嵌岩桩施工，积累了较多的应对桩基础施工中偏孔、漏浆、卡锤等难题的经验和方法。笔者将通过介绍越南海防电厂工程的桩基施工实例，简要说明在岩溶地区冲孔嵌岩灌注桩施工成孔过程中处理偏孔、漏浆和卡锤等难题的施工预案编制和实践。

2 工程概况

越南海防一期2×300MW火电机组工程，由中、越、日三国联合投资，总投资为5.9亿美元。该项目工程位于越南海防市三星镇，其北面毗邻GI A河，由我国西北电力设计研究院设计，核工业柳州工程勘察院承包桩基础施工。其中主厂房、锅炉房、烟囱、循环泵站、煤码头、综合办公楼等工程基础均为冲孔桩基础，数量约有近4000根桩，桩径有800mm、900mm、1000mm不等。

厂址区地层结构为：上部为第四系湖海相沉积层，厚度一般在22m～46m，表层为人工填土，厚度一般在2m～4m，下伏泥盆系灰岩。场地基岩岩溶较发育，主要表现为溶槽和溶洞，基岩面起伏大;岩面埋深最浅22.60m，最深达59.20m，高差最大达36.30m。溶洞以充填型溶洞为主，经超前钻，遇洞率达19.6%，充填物主要由海相沉积物及岩石碎块混合物组成，一些洞穴为含砾粉质的粘土和砾砂所充填，局部遇有空洞穴，钻进时有漏水现象。

场区地下水埋深为0.85m，深度变幅为0.5m～2.5m。地下水埋深标高为+1.378～+0.212。地下水主要赋存于粉土中，与河水联系密切，河水位又受海水潮汐的影响明显。

本桩基工程机械成孔桩采用冲击成孔灌注桩，桩端持力层采用中～微风化灰岩，桩端全断面进入持力层不小于1.0m，部分不小于2.0m。

φ800桩单桩竖向承载力特征值不小于2500kN，φ1000桩单桩竖向承载力特征值不小于3500kN。

桩基施工完毕后，按设计要求及施工实际情况进行高应变和低应变检测，以验证桩身的完整性、密实性及强度。

3 对策措施

本场地基桩持力层为中～微风化灰岩，岩溶较发育，基岩面起伏较大。为了保证施工进度和成桩质量，根据场地工程地质条件和设计要求，充分研究分析超前钻资料，针对基桩施工中可能发生的桩孔偏斜、卡锤、漏浆等情况制定相应的施工预案。

3.1 处理基岩面偏孔的施工预案

预案 (1) ：当冲击至基岩表面遇溶槽时，若桩孔发生偏斜，可往桩孔内投入粘土夹20cm～30cm左右大小的块石(块石约占80%)，填至高度超过偏斜段顶部1m～2m，然后低锤快击成一紧密平台后，经施工技术人员确认桩孔垂直度偏差在规范要求范围内后再进行正常冲击。

预案 (2) ：若以上方法无效，说明岩面倾角陡，则可先冲击至溶槽底部，形成一个稳定的“基岩平台”，下导管清孔，灌注强度等级为C40的混凝土至基岩面以上2m～3m，待砼龄期超过15天，混凝土强度可达设计值70%以上时，再采用小冲程冲击成孔。

预案 (3) ：先冲击至溶槽底部，探测岩壁高差度，再用100m型钻机在桩孔中岩面较高一侧(距桩孔壁约50cm)岩壁施工1～2个φ91mm小孔(下套管护孔)，小孔孔深要超过溶槽底部0.5m左右，用适量乳化炸药对溶槽岩壁进行爆破处理，使溶槽岩壁岩石松动，再在桩孔内投入适量块石粘土混合物至基岩面以上2m～3m，小冲程冲击成孔。

3.2 处理溶洞偏孔的施工预案

在穿越溶洞时如发生桩孔偏斜，可往桩孔内投入块石，投入块石高度要超过偏斜段2m～3m，重新冲击成孔(可重复多次)，直至达到规范和设计要求。

3.3 预防、处理卡锤、掉锤的施工预案

应根据钻探资料，及时掌握桩孔深度，当冲击到距溶洞顶板0.5m时，应改为冲程高度为1m的小冲程冲进，以防止冲锤在穿越溶洞顶板时突入溶洞，发生卡锤事故。同时在穿越溶洞过程中都应以小冲程冲进，以防冲锤发生滑移，而发生跑锤卡锤事故。在冲击至溶洞底板时要采用低锤快击冲击法进行施工，同时要往孔底投入适量的块石，以防止桩孔在溶洞底部偏斜。如发生卡锤，应采用交替松紧绳、爆破松动等办法及时处理，如发生掉锤，可用打捞钩打捞，亦可请有资质的打捞公司派潜水员进行处理。

3.4 处理岩溶漏浆的施工预案

桩孔施工过程中遇溶洞、溶隙等可能会发生漏浆现象。具体处理方法如下：

预案 (1) ：如发生桩孔少量漏浆，可适时补充泥浆，同时往桩孔内投入一定量的袋装粘土(或高岭土)，边陲击边造浆，把部分粘土(高岭土)挤入溶洞或裂隙中起到堵塞的作用，达到堵漏目的;同时也提高了泥浆浓度，起到护壁堵漏的作用。

预案 (2) ：如漏浆量较大，在多次投入粘土堵漏无效的状况下，可投入一定量的袋装水泥，再用冲锤冲溶，形成水泥浆，让水泥浆渗漏到裂隙、溶洞中，待水泥浆终凝后再进行施工，如效果不佳，可重复3～4次以达到堵漏目的。上述措施如无效，可灌注水泥砂浆进行堵漏，待砂浆终凝后再进行施工。

预案 (3) ：如遇较大的空洞或较大的淤泥充填溶洞，施工时会漏浆或溶洞段桩孔严重缩径甚至垮孔，遇此情况时，可往桩孔内投入一定量的块石与粘土，然后进行小冲程冲击，把石块、粘土和碴块挤入溶洞，形成强度较高的人造孔壁，一般反复二至三次可达到堵漏及成孔目的。同时也可减少成桩时的混凝土灌注量，以节约成本。

预案 (4) ：如遇特殊情况，在采用上述3种方法均无效的情况下，可采用钢护筒进行成孔堵漏。钢护筒规格要求如下：长度要大于溶洞高度2m～3m，钢片厚度3mm～4mm。钢护筒下端要入溶洞底部大于0.5m，上端要高出溶洞顶部1m～2m，冲击施工时要采用小冲程冲击，确保冲锤在钢护筒高度内冲进，以免损坏护筒。

4 处理效果

由于预先制定了成桩施工预案，在施工中所遇到的偏孔、漏浆、掉锤、卡锤等问题均按上述成桩施工预案进行了成功处理，桩孔的成桩速度和成桩质量均得到了保证。在对1号主厂房、2号锅炉的769根成桩数量进行统计时发现, 桩位基岩无溶洞的成桩数量有683根, 其桩成桩用的混凝土的平均充盈系数为1.47;穿越溶洞的成桩数量有86根, 其桩成桩用的混凝土的平均充盈系数为1.71, 平均充盈系数相差不大。待穿越溶洞桩浇灌砼龄满28天后, 通过对1B85、1B273、2G140、2G144等86根穿越溶洞桩进行高应变检测 (或静载试验) , 结果表明, 桩身完整, 承载力满足设计要求, 其中Ⅰ类桩78根, Ⅱ类桩8根;对桩位基岩无溶洞桩抽取了140根作超声波检测, 结论是桩身完整, 成桩质量为优良。该项目的成桩工艺、施工方法及桩身质量得到了越南海防火电厂项目管理部及该项目的国际监理的肯定, 为祖国争得了荣誉。

5 结束语

上述施工方法是核工业柳州工程勘察院技术人员及笔者在岩溶地区多个桩基项目施工中积累的一些实践经验，仅供参考。诚然，岩溶地区嵌岩灌注桩的施工难题尚有待岩土工程界研究出更先进的设备、更科学的技术并进行更深入的总结后才能得到真正的解决。

摘要：本文主要针对岩溶区桩基础施工中常遇到的几个难题, 结合境外桩基施工项目实例, 介绍处理偏孔、孔内漏浆、穿越溶洞卡锤等问题的实用方法和施工经验。

关键词：岩溶区,桩基施工,冲孔桩

参考文献

[1]GB50021-2001, 岩土工程勘察规范[S].

[2]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].

[3]JGJ94-94, 建筑桩基技术规范[S].

浅析冲孔灌注桩施工 第2篇

宣威经开区综合商务大厦工程, 工程占地面积近3000m2, 由云南省设计研究院设计, 基础采用灌注桩与承台共同组成结构基础, 计有Φ1000、Φ1100、Φ1200、Φ1400, Φ1500五种桩径, 桩长8m～30m不等, 桩心距为1.8m～2.1m, 砼标号为C30, 桩总数968根。

2 工程地质条件及方寒选定

该工程的初步勘察是由勘察设计院完成的, 报告指出, 地层从上至下依次为2m～3m人工冲填砂层, 7m～11m淤泥层, 0.5m～1.5m粘土层, 预期桩端持力层为石灰岩层, 称力层面较平整, 无特殊地质情况, 且没有提供详细的水文地质资料。

由于前期地勘工作对该工程地质条件的特殊性揭示深度不足, 产生误导, 使我们采取人工挖孔、冲抓成孔等工艺均遭失败。实际情况是:地下粘土层分布极少, 持力层灰岩裂隙发育, 沿场地东南至西北, 西南至东北存在呈“X”型走向的大裂隙带并富含地下水, 其溶洞分布广泛, 持力层面起伏较大, 地质条件十分恶劣。针对这一特殊工程地质条件, 在充分总结前期施工失败经验的基础上, 我们确定采用冲击成孔工艺并进行了实践。

3 施工工艺

3.1 工艺原理

冲击成孔的工艺原理是利用冲击重锤自由下落的能量冲击桩位岩土并将其击碎, 同时对孔中泵送泥浆, 形成高浓度泥浆循环造壁, 击碎的石渣则因泥浆作用悬浮上升并被带出桩位, 如此反复冲击最终形成桩孔, 经清渣处理后即可进行成桩工序。

3.2 施工顺序

桩测量定位→桩机就位调平→桩锤对中→护筒埋设→冲击孔位并泵浆护壁→清底→下钢筋笼→下导管→水下砼浇灌→成桩。

3.3 工艺设备

CZ-30冲击式钻机:25台 (高峰时)

3PN-L泥浆泵 (108m3/h) :25台 (高峰时)

2PN-L泥浆泵 (47m3/h) :5台 (排污用)

4PS砂泵 (140m3/h) :2台

泥浆搅拌机 (1m3/h) :3台

清渣抽筒:4个

全自动搅拌站:1座

6m3搅拌输送车:1辆

3.5m3搅拌输送车:1辆

贮料斗 (自制) :2个

浇灌漏斗 (自制) :4个

Φ219mm导管 (法兰连接、自制) 200m

导管卡箍 (自制) :8个

振动棒:4个

CJ5—40钢筋切断机:1台

UN2—100钢筋对焊机:1台

BX3—500—3电焊机:4台

16t履带式起重机:1台

25t履带式起重机:1台

EQ2090E东风自卸汽车:4台

散装水泥车:1台

泥浆比重计:3套

测锤 (自制) :5个

测绳 (100m) :10根

3.4 成孔方法

3.4.1 桩测量定位

根据设计要求, 采用经纬仪、水准仪定桩孔中心及标高, 打入木桩标记。一般桩位由纵横轴线控制, 桩位偏差要求不大于5 0 m m。

3.4.2 桩机就位调平

就位前, 先进行场平整, 并在机下铺设道碴和垫木, 桩机就位可采用吊车至桩位, 亦可利用钢管配合卷机移动就位。就位后要求机台平正, 稳固, 确保在施工中不发生倾斜、移动和下沉。

3.4.3 桩锤对中

桩机就位后, 应立即进行桩位复测, 要求桩锤中心桩孔中心对准, 并使桅杆立正, 不至倾倒。

3.4.4 埋设护筒

护筒起导正桩锤、控制位桩保护孔口、防止地表杂土坍塌、隔离地表水渗漏、保证孔内水头高度和固定钢筋笼等作用。

护筒采用5mm钢板卷制, 其内径比设计桩径大100mm～150mm, 长度为1.5m, 埋设时外侧用粘土充填夯实。

3.4.5 冲击成孔

经检查冲击钻各部及桩位、护筒埋设无误后, 即可进行冲击成孔, 其操作方法如下几个方面。

(1) 为保证桩孔位置垂直准确, 在冲孔开始时低锤密击, 冲程控制在0.5m左右, 当孔冲至护筒下3m～4m时, 再加大冲程, 其冲程高度约1.5m～2m。

(2) 控制好孔内外水头高差, 防止内外水压力过大造成坍孔。由于施工现场土层分布为冲填砂和淤泥, 所形成的泥浆粘度很小, 为保证孔内泥浆浓度, 须掺入粘土造浆并使泥粘度保持在1.2～1.5。局部地域因溶洞贯通, 地下水量过大, 施工中曾投入袋装水泥造浆。

(3) 在到达岩面时, 仔细观察冲锤吊绳的摆动, 判断冲锤所击岩面是否平整, 如吊绳出现大的晃动, 说明锤头一侧落空。此时可投入砂包或200mm～400mm块石填平, 再进行冲击, 其目的保证桩孔的垂直。在本工程中, 因溶洞发育, 岩面起伏很大, 此类情况时常发生。

(4) 进入岩层后, 为防止石渣沉底过多, 造成终孔后清底困难, 故常采用抽筒进行清底捞碴。

(5) 根据桩孔附近几个勘探钻孔资料初步确定该桩入岩标高, 冲进中按此标高进行监控, 采用的方法是利用带测锤的测绳出孔深, 并根据上返石屑判断入岩情况。

(6) 一次清孔。

终孔前进行一次清孔, 清孔时严格控制泥浆比重和粘度, 要求采用正循环大泵量优质泥浆进行, 泥浆比重1.21.35, 粘度泵18S～22S, 含砂率4%～8%。

3.5 成桩方法

在桩孔检查符合设计要求后即可进行成桩施工。

3.5.1 钢筋笼制作

钢筋笼制作在现场进行, 制作场地经平整夯实并铺以100mm厚碎石。钢筋笼制作依据桩长分节制作, 每节长6m～10m, 制作采用加劲圈成型法, 即按钢筋笼加劲圈的设计尺寸, 在胎模上制作好加劲圈, 并在圈上按主筋分布位置用粉笔做好标记。将主筋平整地放在枕木上, 用粉笔标出加劲圈的位置, 焊接时, 使加劲圈上任一标记对准主筋中部的加劲圈标记, 扶正加劲圈焊牢。在一根主筋上焊好全部加劲圈后, 再在骨架两端各站一人转动骨架, 将其余的主筋逐根照上述方法焊好, 再缠绕箍筋绑牢成型, 编号挂牌堆放好。

为保证钢筋筋笼制作的质量, 施工中主要采取如下措施进行控制。

(1) 检查钢筋出厂合格证书 (按批检查) 。

(2) 检查钢筋拉伸、弯曲、抗剪复验报告。

(3) 检查钢筋直径、型号。

(4) 对钢筋焊接长部位取样进行焊缝常规力学性能试验。

(5) 接头错开应大于45D。

(6) 钢筋笼制允许偏差。

主筋间距:±10mm

箍筋间距:±20mm

直径:±10mm

长度:100mm

(7) 检查是否设置定位环, 定位钢筋环高5 0 m m。

(8) 检查焊工上岗操作证证, 不许无证操作。

(9) 检查钢筋笼的直度。

上述检查合格后, 进行钢筋下放。

3.5.2 下钢筋笼

(1) 钢筋笼入孔用吊车单节起吊, 起吊前根据该孔钢筋总长配好每节钢筋笼的长度, 并编好入孔顺序。起吊时, 先吊放最下一节笼, 入孔后, 用10号工字钢穿入最上一个加圈的下方将其临时搁放在钢护筒上, 再吊上一节与其邦条焊接, 如此逐节下放、接长直至结束。

钢筋笼下放时要吊直扶正, 对准孔位后缓缓下放, 以避充碰撞孔壁, 同时要注意割除焊在加劲圈中的十字加强支撑, 下放到设计位置后 (用10号工字钢将其临时固定在浇灌平台上, 并使其居于孔中位置) 。用钢筋将钢筋笼、钢护筒临时点焊固定, 以保证位置准确。

(2) 检查钢筋拢总长度是否符合设计要求。

(3) 检查两端钢筋笼对接, 主筋接头是否错开, 主筋接头两侧邦条单面焊缝长度应满足10D, 焊缝宽度0.7D, 焊缝高度0.3D。

3.5.3 导管

下导管前, 根据浇灌架起吊高度和场地情况, 将导管事先拼成几段, 并在其上按每米用油漆作标记并注明米数, 以便浇灌时掌握导管在孔中的长度。下导管时, 由浇灌架上的卷扬将导管理吊入孔中, 再吊一段与其联接, 直至结束。此时注意导管底口距孔底应控制在500mm, 上口用卡箍固定在孔口。

为保证水下砼浇灌质量, 导管安装应保持位置距中, 联接必须牢靠, 密封良好不漏水, 并保持管段平直无弯曲。

3.5.4 砼水下浇灌

(1) 混凝土配制及输送。

现场设自动搅拌站1座, 配以2台6m3和3.5m3砼搅拌输送车连续输送, 基本保证了砼施工的连续性。为防止由于意外情况引起砼中断, 该工程施工时还设置了发电机组和应急搅拌站。

混凝土设计标号为C30, 根据公司优代的配合比设计进行搅拌。由于自动计量, 故能较好地保证砼和易性。

为保证砼质量, 主要采取下列措施控制如下。

(1) 检查砂、石质量, 石子料径不大于40mm, 砂为中砂, 石子含泥量小1%, 砂含泥量小于3%, 超过这一指标, 则采取冲洗等措施处理。

(2) 检查水泥出厂合格证, 水泥复验报告、砂石检验报告, 砼配合比通知单等。

(3) 定期检查搅拌机的计量精度。

(4) 跟班测定坍落度 (13cm左右) 和搅拌时间, 监督制作砼试块 (每桩不少于1组) 。

以上措施, 较好地保证了砼生产质量。

(2) 初灌混凝土。

初灌混凝土是水下混凝土灌注的关键, 其好坏直接影响到成桩的质量。

混凝土的初灌是在二次清孔合格后立即进行的, 其办法是在导管上口放一个与导管内径一致的充气塑料球作为隔水栓, 然后在导管上接上漏斗, 由搅拌输送车将拌制好的混凝土运至浇灌架进料斗, 用浇灌架卷杨升至贮料斗, 待混凝土贮量达到初灌量后, 开启闸门, 这时贮料斗内砂浆、混凝土经漏斗落入导管压迫隔水塑料球顺管而下, 并将导管内的泥浆挤出而达到孔底, 到达孔底的混凝土则因压力作用翻出导管并上升到一定高度, 此时导管出口与泥浆完全隔绝, 塑料球则随泥浆上升而浮出井口, 这说明初灌已获成功, 经对孔内混凝土面标高测量后即可转入正常浇灌。

对水下混凝土灌注桩来说, 初灌时, 导管的埋深十分重要, 根据水下混凝土面流动扩散规律, 导管埋深过小, 易使管外混凝土面上的浮渣进入混凝土内而形成夹渣, 埋深过大, 导管内的超压力减小, 管内混凝土不易流出, 易造成堵管并给提升带来困难, 因此, 规范要求初时灌时导管埋深达0.8m～1.2m, 实际施工时确定为1m。

为保证导管的埋深, 初灌前要进行初灌量的计算, 其计算公式如下:

式中:

V为初灌量 (m3) ;

D为实际桩孔直径 (m) ;

h为导管埋深, 初灌时不小于0.8～1.2 m;

he为导管底口至孔底高度 (m) ;

d为导管内径 (m) ;

h1为孔内混凝土达到埋管高度时, 导管内混凝土柱与导管外水桩压力平衡需要高度 (m) 。

H W为预计灌注的桩顶到孔内水位的高差 (m) ;

VW为孔内泥浆容量 (K N/m 3) 。

根据以上公式计算, 即可确定不同桩径、孔深的混凝土的初灌量, 实践证明此程序十分必要的。

(3) 正常浇灌。

初灌结束后, 即进行正常浇灌, 方法是利用前述的提运方式将混凝土连续入导管内, 随着混凝土的灌入, 孔内混凝土不断上升将混浆挤至孔外, 此时, 相应提升并拆卸导管, 直到混凝土面达到设计标高为止。

(1) 浇灌前应计算该孔混凝土所需要数量, 对软弱地层中, 要求达到1.2～1.3的充盈数, 并保证有500mm～800mm浮浆层, 以免少灌混凝土造成的缩顶、短桩或桩头过长。

(2) 浇灌必须连续进行, 并不得超过配合比通知单上规定的初凝时间。

(3) 随着孔内混凝土面的升高, 应经常上下提动导管, 以混凝土捣实和反涌。提动时速度要缓慢, 以防将导管底口提出混凝土面。

(4) 浇灌, 应经常用测绳测定孔内混凝土面高度, 做好记录并对照导管组合和拆管记录, 检查导管埋深并及时调整, 规范规定, 正常浇灌时导管埋深保持在2m～3m并不得小于1m, 实际施工时, 埋深基本控制在3m左右。

(5) 如中途造成堵管, 可将导管拔出并尽快清理, 然后再次用隔水栓进行混凝土浇灌, 即用混凝土冲击压力冲开原混凝土面浮浆层, 使两次浇灌的混凝土结合, 此时导管底口应距原混凝土面300mm～500mm左右。

(6) 浇灌过程中, 要注意留制试块, 要求每桩不得少于一组。

(4) 成桩结束。

当用测绳测得混凝土面 (包括800mm, 浮浆层) 达到设计标高后, 即可判断成桩是否结束, 根据经验, 一般混凝土达到设计高度后, 孔内泥浆浓度较为稠密, 并伴有石屑或混凝土浮浆溢出孔口, 此时说明成桩结束。

4 经验和教训

(1) 首先, 要密切配合勘察与设计部门, 对冲孔进尺遇到的问题随时进行解决, 如修改桩径, 确定桩孔深度高。

在地下水丰富且土层为砂及塑性淤泥的条件下, 我们曾在裙楼1区采用C15护壁人工挖孔桩, 但产生底涌现象;在裙楼2区改用振动沉管人工挖孔桩, 却因地下水压及淤泥, 流砂的侧压, 致使5mm厚钢护筒在3m～5m深处被挤扁变形而无法拔出, 并且因地下岩面不规则, 又无粘土层隔水, 护筒和岩面无法密合, 地下水涌入孔中, 无法人工嵌岩。位于裙楼3区的冲抓桩由于石灰岩硬度很大, 在嵌岩过程中进尺缓慢, 三种成孔方式均补淘汰。

此次施工给我们的最大教训是在特殊地质条件下, 钻探勘察工作一定要严密、细致, 以深刻反映土层分布、地下水位, 地下水量等地质情况。对地质条件差的地域一定要做到一桩一孔甚至一桩多孔, 以确定成桩深度。对于怀疑处于倾斜岩面上的桩, 我们采用三角形中位线长度计算, 来决定其桩长, 计算过程如下, 首先根据四周勘探结果判断此桩是否处于斜面上, 然后假设桩径范围内岩面为平面, 且勘钻孔位于桩中心 (设计桩嵌岩深度为0.5倍桩径Φ) 。

则实际应成孔深度为:L=1+2 (L-L') +0.5Φ=2L-L'+0.5Φ。

同时还应根据四周勘察结果, 判断成桩位置是否处于孤石或地下岩峰的峰顶, 以确保桩端均匀落于稳固基岩上。

(2) 因冲孔桩为湿法成孔, 冲孔中产生大量泥浆和石碴, 高峰时桩机数量达25台, 泥浆池形同虚设, 施工中有数次泥浆泛滥成灾, 施工现场极不文明。故在施工平面布置及顺序安排时, 应合理规划, 统一安排, 创造良好的施工环境。同时因桩机移动频繁, 所需空间较大, 在此情况下, 我们需要建立比普通土建工程施工更细密和坚固的测量定位控制网点, 并划分桩机行走路线。防止定位点被泥浆埋没和被桩机移动时毁坏, 以确保桩位放线的准确性。

(3) 在溶洞发育地区, 如发现溶洞, 应最先对分布在该区域的桩进行冲孔, 以免因击碎洞顶板, 使上部土层移动和下卧坍塌, 造成其它桩或建筑物的位移和破坏。在此时冲孔时应观察孔内液面变化, 一旦液面面急剧下降, 需立刻用砂包及块石充填, 防止出现大面积坍塌。

由于上部物持力层以砂和淤泥为主, 在受冲击下流动性大, 所以应注意施工顺序, 在冲孔时要做到跳跃冲孔, 不得在新浇筑桩周围连续成孔, 造成新浇筑桩砼流失, 偏移或断裂。

(4) 浇筑水下砼, 需根据详细的地下水情况报告确定水下砼中减水剂或其它添加剂的份量, 同时砼坍落度和标号要严加控制, 对水泥用量要考虑地下水的稀释作用。

5 尚需改进的施工措施

成孔后对桩孔深度和沉渣厚度的测量用测锤和测绳进行十分原始, 对经验依赖性很大, 特别是测定孔底沉渣时, 仅凭手提测锤触底时感觉确定, 当孔内泥浆浓度较高时, 感觉模糊, 无法判断孔体是否正圆和倾斜, 因是首次进行此类桩基施工, 对所成桩孔的检验手段尚不完备, 以后需要用孔规进行检查, 以防产生颈缩等。

随桩径的扩大, 桩径范围内持力岩面变化也愈大, 使桩长计算偏差也愈大, 这也是这种成孔方式所欠缺的。

目前施工中最难处理的是现场文明施工问题, 在冲孔桩桩型十分突出, 大量的泥浆和石碴四处泛滥, 无法控制, 极大影响施工的正常进行。

落料冲孔复合模设计 第3篇

复合模是指冲床在一次行程中, 完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。相对其他冷冲压模具结构而言, 它具有以下一些优点: (1) 工件同轴度较好, 表面平直, 尺寸精度较高; (2) 生产效率高, 且不受条料外形尺寸的精度限制, 有时废角料也可用以再生产。由于复合模本身所具有的一些优点较明显, 故模具企业在条件允许的情况下, 一般倾向于选择复合模结构。

1 零件工艺性分析

工件为图1所示的落料冲孔件, 材料为Q235钢, 材料厚度2mm, 生产批量为大批量。工艺性分析内容如图1:

1) 材料分析

Q235为普通碳素结构钢, 具有较好的冲裁成形性能。

2) 结构分析

零件结构简单对称, 无尖角, 对冲裁加工较为有利。零件中部有一异形孔, 孔的最小尺寸为6mm。另外, 经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为5.5mm。所以, 该零件的结构满足冲裁的要求。

3) 精度分析

零件上有4个尺寸标注了公差要求, 由公差表查得其公差要求都属IT13, 所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。

由以上分析可知, 该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。

2 冲裁工艺方案的确定

零件为一落料冲孔件, 可提出的加工方案如下:

方案一:先落料, 后冲孔。采用两套单工序模生产。

方案二:落料—冲孔复合冲压, 采用复合模生产。

方案三:冲孔—落料连续冲压, 采用级进模生产。

方案一模具结构简单, 但需两道工序、两副模具, 生产效率低, 零件精度较差, 在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具, 冲压件的形位精度和尺寸精度易保证, 且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂, 但由于零件的几何形状较简单, 模具制造并不困难。方案三也只需一副模具, 生产效率也很高, 但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度, 需在模具上设置导正销导正, 模具制造、装配较复合模略复杂。

所以, 比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核, 当材料厚度为2mm时, 可查得凸凹模最小壁厚为4.9mm, 现零件上的最小孔边距为5.5mm, 所以可以采用复合模生产, 即采用方案二。

3 零件工艺计算

1) 刃口尺寸计算

根据零件形状特点, 刃口尺寸计算采用分开制造法。

(1) 落料件尺寸的基本计算公式为:

(2) 冲孔基本公式为:

(3) 中心距:

尺寸57±0.2mm

尺寸7.5±0.12mm

尺寸4.5±0.12mm

2) 排样计算

分析零件形状, 应采用单直排的排样方式, 零件可能的排样方式有图2所示两种。

比较方案a和方案b, 方案b所裁条料宽度过窄, 剪板时容易造成条料的变形和卷曲, 所以应采用方案a。现选用4000mm×1000 mm的钢板, 则需计算采用不同的裁剪方式时, 每张板料能出的零件总个数。

比较以上两种裁剪方法, 应采用第1种裁剪方式, 即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。

3) 冲压力计算

可知冲裁力基本计算公式为:

此例中零件的周长为216mm, 材料厚度2mm, Q235钢的抗剪强度取350MPa, 则冲裁该零件所需冲裁力为:

模具采用弹性卸料装置和推件结构, 所以所需卸料力FX和推件力FT为:

则零件所需得冲压力为:

初选设备为开式压力机J23—35。

4) 压力中心计算

零件外形为对称件, 中间的异形孔虽然左右不对称, 但孔的尺寸很小, 左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小, 所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。

4 冲压设备的选用

根据冲压力的大小, 选取开式双柱可倾压力机JH23—35。

5 模具零部件结构的确定

1) 标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸, 所以应首先计算凹模周界的大小。

模具采用后置导柱模架, 根据以上计算结果, 可查得模架规格为上模座160mm×125mm×35mm, 下模座160mm×125mm×40mm, 导柱25mm×150mm, 导套25mm×85mm×33mm。

2) 卸料装置中弹性元件的计算

模具采用弹性卸料装置, 弹性元件选用橡胶, 其尺寸计算如下:

(1) 确定橡胶的自由高度H0

H工=h工作+h修磨=t+1+ (5~10) = (2+1+7) mm=10mm

由以上两个公式, 取H0=40mm。

(2) 确定橡胶的横截面积A

查得矩形橡胶在预压量为10%~15%时的单位压力为0.6MPa, 所以:

(3) 确定橡胶的平面尺寸

根据零件的形状特点, 橡胶垫的外形应为矩形, 中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸, 橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm×25mm, 外形暂定一边长为160mm, 则另一边长b为115mm。

1.下模座;2、12、13、19.螺钉;3、11、18.销钉;4.凸凹模固定板;5.凸凹模;6.橡胶;7.卸料版;8.导料销;9.凹模;10.上模座;14.打杆;15.横销;16.推板;17.模柄;20.导柱;21.导套

(4) 校核橡胶的自由高度H0

为满足橡胶垫的高径比要求, 将橡胶垫分割成四块装入模具中, 其最大外形尺寸为80mm, 所以:

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间, 所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×40mm=34mm。

3) 其他零部件结构

凸模由凸模固定板固定, 两者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄, 根据设备上模柄孔尺寸, 选用规格A50×100的模柄。

6 模具装配图

模具装配图如图3所示。

7 结束语

该模具经试模一次成功, 冲出的工件毛刺小, 表面平整, 达到了企业的技术和批量生产的要求。

摘要：在冲压模具设计中, 复合模结构由于其生产效率高, 工件尺寸精度好受到客户的欢迎;本文介绍了一种中小企业常用的落料冲孔复合模具设计, 加工出来的棋具零部件完全符合技术要求。

关键词：冲压,复合模,中小企业

参考文献

[1]王孝培.冲压手册[M].机械工业出版社, 2012-11.

[2]姜银方, 袁国定.冲压模具工程师手册[S].机械工业出版社, 2011-05.

[3]柳文清.基于CAD的垫片复合模具设计[J].煤矿机械, 2012 (10) .

汽车纵梁数控冲孔新技术 第4篇

关键词：机械制造自动化,数控冲孔生产线,纵梁,汽车

1引言

汽车车架纵梁数控冲孔生产线是一种集机械制造、计算机数控技术、液压控制技术、气动控制技术等于一身的孔冲切设备。相对于以前的制孔工艺装备,具有投入产出比例高、加工效率高、自动化程度高、柔性化生产强、制孔精度高等特点,适应于汽车纵梁的大批量生产和多品种小批量的柔性生产。

2汽车纵梁数控冲技术的发展

直至上世纪80年代中期,大批量产出的卡车制造厂的车架纵梁还是依靠大吨位压力机一次冲孔后弯曲成形。这种方式设备、模具投资费用巨大,如果车型稳定,孔的规格数量、位置稳定,该工艺的生产效率也还是很高的,模具制造费摊下来也还经济。但随着市场多样化、变型车需求越来越旺盛,此种方式已经不能满足市场的需要。

对于中小型卡车生产厂家,以前则多采用钻模板/摇臂钻划线钻孔这样的机加工工艺。投资虽不大但工人劳动强度很高,效率低,制孔精度差,再加上钻模板的准备,十分费时费力。所以高效高精度的纵梁数控冲孔技术一经出现,便很快得到了应用。

汽车纵梁数控冲技术经历了从转塔换模冲到直线换模冲的发展历程。转塔冲的模具选择速度慢,主机机身笨重、移动速度慢,生产节拍低;而直线换模冲换模速度快,效率高。实际比对,转塔冲的机身重量约是直线换模冲的1.5倍,生产效率是直线换模冲的2/3左右。

对于不同形式的纵梁,目前市场上已开发出了平板数控冲、U型等截面直槽梁腹面数控冲、U型等截面直槽梁三面冲以及腹兼平数控冲。主机数量也从初期的单面冲一台主机,到可同时冲孔的3台单面冲主机,生产效率大大提高。

设备造价方面,国产单主机数控冲的设备造价约为250~400万元,三面冲约为800~1000万元。相比较大吨位压力机其投入产出比例高,大大降低了企业的投资风险,尤其是在新产品的试制阶段。

数控冲适用于单层纵梁的冲孔。对于双层纵梁来说,如果内外梁的来料偏差大,会造成分别冲孔后合梁的孔错位,所以其生产工艺为外梁冲孔后焊接合梁,之后再由摇臂钻钻孔生产线“透钻”内梁而成;如果内外梁的来料偏差小、精度高,则可采用双层梁分别冲孔后直接合梁的工艺。

对于单层变截面变宽度纵梁,可以采用平板纵梁数控冲孔工艺后大吨位压力机弯曲成形的工艺。对于变宽度等截面槽梁,目前比较经济的工艺是在数控冲孔的基础上完成孔加工,再在数控折弯机上终成形。

上述可见,纵梁数控冲孔工艺应用已经越来越广泛。数控冲所能达到的工艺性能、孔位精度和节拍如下:

工艺范围:除圆孔外,还可以冲制异形孔(如矩形孔、椭圆孔等),最小孔径不小于来料厚度。

冲孔精度:孔对应翼面基准点的位置度偏差+/-0.2mm;孔距x向偏差+/-0.15/400mm,+/-0.30/3000mm;孔距y向偏差+/-0.30mm;矩形排列成组孔对角线长度偏差+/-0.30/3000mm。这样的精度完全能达到车架零部件装配的要求。

生产节拍:例如25个模位单主机数控冲,加工280个孔12000mm长槽梁的生产节拍可达到7.5min/根。若按双班年工作日251天计,年产可达3万根,车架1.5万份。几年内就可以收回设备投资。

目前,直线换模数控冲孔技术已从汽车制造行业扩展到了其他行业,如电力行业的铁塔角钢也采用了该项冲孔技术。可以预见,直线换模冲孔技术必将在更多的领域得到更广泛的应用。

3直线换模数控冲的工作原理

直线换模冲采用液压冲孔技术。工作方式为油缸每上下运行一次,完成一个孔的冲裁。

直线换模冲的主机形式有两种:一为可移动开式机身;另一种为固定式闭式机身。前者适用于小孔的冲切,后者适用于大孔的冲切。开式机身的移动方式为主机在设备的固定底座上作前后滑移;固定式闭式主机机身固定,仅模具座前后移动,数控系统中设为y向。

纵梁的移动方向为沿着与主机移动相垂直的方向作不后退的单向行进(x向)。冲孔时模具选择后通过伺服电机控制两个方向的坐标联动来寻孔定位。

数控冲的模具排列方式和选模方式是整个技术的关键。早期的转塔冲模具为回转塔式布置,选模时依靠伺服电机带动模具库旋转来确定。现在的直线换模则是在主机滑块下端顺x方向固定四列直线式排列的冲模,依靠换模气缸抽拉小小的垫铁来实现,结构形式大为简化,换模速度大大提高。

开式主机直线排列模具库的结构和选模原理如下:

首先,模具顺x方向直线排列,冲孔时便于在槽梁内移动。模具布置时大孔模在中间,小孔模在前后两侧,并行排列。另外数量多的冲模还按双份进行设置。模具为可拆卸式,既可上下模单独更换,又可整体更换上下模座。

直线模换模过程(图1):(1)复位气缸2上腔常通压缩空气,气缸始终处于下压导柱8状态。(2)上滑动块5(抽铁)和下滑动块17通过换模气缸4的推拉,在导向滑槽6中移动。(3)图示位置上,如果下滑动块17移动到最右端,则导柱8的上退空间打开,在冲孔时冲头10后退。这样则只有左侧的冲头能有选择地进行冲孔。

为了进一步提高数控冲生产节拍,现在已开发出多主机单面冲孔技术,除一台主机仅在y向移动外,其他主机还可以同时在x/y方向联动寻孔。如5台主机的三面冲生产节拍已达4.5min。

数控冲采用先找中心线,然后液压夹钳夹紧的方式。根据来料方式的不同,可分为平板边部夹紧和直槽梁轴线中心夹紧。像平板冲,可设置多达十几个边部夹钳,整个加工过程中夹钳不松开(但冲孔时自动避让)。而槽梁冲则在主机前后各设置两个中心夹钳,纵梁通过主机时,4把夹钳接力完成槽梁的输送。输送时始终保持有两把夹钳夹住纵梁。

数控系统为多轴联动的专用于冲孔的点位控制系统;伺服系统采用半闭环控制;各数控轴均采用绝对值旋转编码器,可实现断电续冲功能。

建立工件坐标系,以纵梁最前端为x轴原点,通过设在输送料道前端的光电开关获取。y轴原点则通过找出来料中心线获取。

建立机床坐标系,设主机前的伺服轴为x1轴,主机后伺服轴为x2轴,其原点均在最右端。另外模具库前两个冲模的对称中点为识别刀库的刀架相关点,各个冲模以此为基准确定刀偏。

软件排刀时,通过计算CAD图形中每个孔到工件x轴原点距离,加上相应冲模刀偏值的总和,从小到大进行排序,实现x轴的单向行进。根据以上方法,在自动编程软件下,自动生成加工程序。

4腹兼平数控冲孔生产线的组成与技术特点

腹兼平数控冲是既可用于平板冲孔又可兼顾腹板冲孔的新型直线换模数控冲孔设备,相对于单纯的平板冲和腹板冲,其独特的输送滚道、夹紧方式、对中装置都为首创。其技术特点如下:

腹兼平数控冲由自动化物流部分、数控冲孔主机部分以及电气控制中心部分组成(图2)。

自动化上下料系统采用数控伺服方式,来料在台车上定位对齐,分层排列后,抓取采用断电吸附的磁铁来实现。

主机为可移动开式机身,安装维修方便。机身上设置主油缸、滑块、模具库、检测装置等部件,底座上固定伺服驱动装置。采用永磁交流伺服电机—滚珠丝杠驱动,低摩擦直线导轨上滑移。

主机公称冲孔力1200k N,10mm厚来料,最大冲孔尴50mm。主机的角刚度满足3.4角分的许用角变形要求。主机底座固定后,四周采用定位顶丝保持长期精度稳定。

采用液压随动压料工艺:冲孔前压料架先行压紧来料后再开始冲孔。当冲头返回至设定高度后,在气囊的作用下抬起,开始送料。压料力50k N。

为补偿槽梁来料翼面与腹面的直角度误差等,主机下模座的两侧各设置了一组直线位移传感器补偿左右梁的偏差。当槽梁进入主机冲孔区域后,传感器滚轮与翼面全程贴合采集数据,对比输入值后确定补偿偏差。平板冲时补偿装置退出。

腹兼平数控冲采用了既能用于平板输送又能兼顾槽梁输送的4列滚轮料道,每600mm长设一组滚轮支架。平板冲时采用4列滚轮支撑,板料平直。槽梁冲时则翻倒外侧的两列滚轮,采用中间的两列滚轮支撑。采用滚轮的优点为夹钳行走时穿行于中间的两列滚轮之间,与料道互不干涉。如图3所示。

设置两把主夹钳,采用交流伺服电机—齿轮齿条消隙驱动;设置两把辅助夹钳,无杆气缸驱动。为适应料端的翘曲,主辅夹钳均可在10mm范围内上下浮动。断电时夹钳不松开,回路上设有液压锁和蓄能器。

对于平板梁和槽梁,均采用双向同步夹紧对中装置定位,该方法是能实现腹兼平的关键之处。对中后的中心轴线作为数控系统y向尺寸的原点,数控系统依此进行y坐标运算。对中装置固定于主机上料侧的料道上,根据纵梁长度优化后设置5组,采用制动电机—正反向丝杠同步对中。安装时以第一组为基准冲切夹紧点间中心孔找正。每根料选择两组装置来确定中轴线即可(图4)。腹兼平数控冲采用进口博世力士乐液压系统,插装阀式大流量电液比例阀控制。在主油缸的行程上通过直线位移传感器全程反馈,油缸的上下死点可在数控系统中随意设置。不同高度的冲模理论上也可以实现独立的下死点位置设定,保证冲孔时所有冲模的下死点一致。冲孔时工作行程20mm,频次可达60min-1。

5结束语

数控技术的应用,使得汽车纵梁制孔设备和加工工艺都得到了很大的提升。可以预见,随着设备制造技术日臻完善,数控冲的加工效率会越来越高,纵梁生产工艺也会越来越成熟。

参考文献

[1]文怀兴.数控铣床设计.北京:化学工业出版社,2005-11.

岩溶强发育地区冲孔桩施工 第5篇

1.1 设计概况

纳电家园1号,2号,3号楼的基础采用人工挖孔桩(桩长4 m以内)和机械冲孔桩(桩长4 m以外),持力层为白云质灰岩,桩嵌岩深度为500 mm,桩径为从800 mm～1 700 mm共7种规格,桩长从3.9 m～41 m不等。三栋塔楼的地下室连为一体作停车库,该工程建筑高度为50.15 m,建筑面积为40 944 m2,共18层(地下1层,地上17层)。

1.2 地质及施工概况

该工程地处喀斯特地貌地区,工程所处位置地质结构复杂,表层为耕植土,下部为粉土,稍深部位为白云质灰岩。但该部位岩溶发育程度高,溶洞、鹰嘴、半边岩及楔形岩很普遍,溶洞多呈串珠状;部分溶洞有充填物,部分为空溶洞,裂隙发育较突出,延伸较远(相临30 m的另一个工地在人工挖孔桩施工时,在孔桩内经常遇到我们机械冲孔桩所需的泥浆流入)。在这种典型的岩溶地质上修建高层建筑基础,施工难度相当大。我们在施工中采用了回填冲孔、储备泥浆等综合施工方法。在机械冲孔桩施工过程中,出现泥浆突然不见、孔口坍塌、塌孔、偏孔、卡锤、混凝土浇筑过程中泥浆面突然下沉等多种异常情况,通过采取一系列措施,最终解决了这些问题。同时在施工时经常遇到按地质资料要求的标高施工到位后,验孔时发现桩底地质同勘察资料不符,又重新补勘,且出现同一根桩多次补勘的现象;有的桩在混凝土浇筑完毕后,在进行抽芯取样时,发现岩石层厚度不能满足设计要求,在原位重新冲孔。

2遇到的问题及措施

2.1 漏浆与塌孔

2.1.1 原因分析

1)该工程地表为耕植土,土层较厚,且按常规施工,护筒埋设深度为0.8 m～1.0 m。在成孔过程中,受冲锤往复上下冲击的影响,泥浆反复对护筒下口的土层形成冲击,形成塌孔;

2)上部泥水对该部位的浸泡,造成孔口土层垮塌;

3)若泥浆稠度及比重不足,也会造成泥浆对孔壁的侧压力不足,导致塌孔。同时,若遇到溶洞,泥浆突然流入溶洞中,使孔口较深一段部位无泥浆,造成坍塌;

4)冲孔过程中遇到裂隙、溶洞等,造成泥浆流失,引起塌孔。

主要是岩层的溶沟、溶槽与溶洞相互串通,又与地下水形成暗流,通过强透水性砂石层,卵石层与地下水相连,冲孔过程中泥浆比重较大,孔底内水压大于暗流水压造成漏浆;当冲锤击穿无充填或半充填溶洞顶板时孔壁失去孔内的压力,孔内水位急剧下降,外部地下水渗漏压力过高而产生动压力,引起孔壁坍塌。

2.1.2 处理对策

1)加长钢护筒,使钢护筒埋入地面以下1.2 m～1.5 m,增加保护力度。

2)为防止护筒外地表土受浸泡,在护筒埋设完毕后,在护筒外1 m范围内浇筑10 cm厚的混凝土。

3)冲孔时先使冲锤对准护筒中心,低锤密击,及时加入黏土形成泥浆护壁,直至孔深达到护筒下3 m～4 m后才加快速度,并加大冲程,将冲锤提高到1.5 m～2 m以上,转入正常连续冲击,在造孔时注意将孔内残渣排出孔外。当冲进充填物为软塑或黏性土的较小溶洞地层时,投入适量黏土和片石,利用冲锤冲击将黏土和片石挤入溶洞,还可掺入水泥和黏土,增大孔壁的自稳能力。当冲锤穿过顶板,进入充填物为流塑或空洞较大的溶洞时,这时会出现孔内泥浆面突然下沉,该情况应首先向孔内补充水分,使浆液迅速恢复到原来高度,同时及时向孔内投入袋装水泥和大一点的片石与湿的黏土,为保证造浆速度,可在冲孔时,准备一些袋装黏土堆放在附近,需要时迅速将其投入桩中,再利用冲锤低冲程的冲击将黏土、片石和水泥挤密实,并使泥浆稠度、密度等恢复到原来的水平后再冲孔。若泥浆质量不能满足要求时,可在泥浆中掺入适量水泥和泥浆,以提高泥浆的胶体率和悬浮能力。这时的重量配合比为黄土∶水泥∶泥浆=1∶0.2∶0.01。同时,为防止泥浆面突然下沉给施工带来困难,可修建泥浆池,其作用是为高压泥浆泵悬浮出渣时提供泥浆循环的场所;同时也为当某根桩出现漏浆时,从该处抽浆进行补充。

4)根据地质钻勘资料提供的溶洞分布情况,按照先短后长,先易后难,先四周后中心的原则确定各桩的施工顺序,尽量避免相邻孔同时施工。

2.2 偏孔、斜孔及椭圆孔

2.2.1 原因分析

该地区岩溶发育强烈,地下岩层分布不均,当遇到孔下部分土质坚硬部分软弱或岩石倾斜较大、有孤石侵入孔径、溶洞顶厚薄不均、溶洞侧壁侵入孔内等,均会造成冲锤易摆动,冲锤撞击孔壁或护筒等形成。

2.2.2 处理对策

冲孔过程中,应及时检查桩身垂直度是否超标,简单的办法就是量测吊桩锤钢丝绳的偏离桩心是否满足要求,若钢丝绳偏离桩心超标,则必须进行纠偏处理。

1)发现偏孔后,应立即停止冲孔,向孔中回填坚硬毛石,以低冲程反复冲砸,使孔底出现一个平台后再正常冲孔。

2)若经反复冲填毛石后,偏孔现象仍然无法得到纠正,可采用停止冲孔,浇筑水下混凝土到一定高度使其形成一个完整的且有一定厚度的平台(一般深度不小于偏孔位置以上2 m),待混凝土强度达到C20以上时,重新进行冲孔。

2.3 卡锤

2.3.1 原因分析

卡锤是喀斯特地貌地质冲孔中频率最高最棘手的事故。若冲锤卡在孔底往往使孔报废,重新补孔,经济损失极大,它既有地基因素,也有机具及其他原因。归纳起来有以下几个方面的原因:

1)岩面倾斜卡锤;

2)冲穿溶洞顶板因钢丝绳回弹和冲锤本身摇摆改变了冲锤十字形方向而卡锤;

3)孤石、探头石卡锤;

4)冲锤转向装置不灵活(如副钢丝绳过紧,吊环不灵活)产生梅花孔而卡锤;

5)溶洞内涌砂埋住锤头;

6)漏浆塌孔埋住冲锤;

7)因停电或因冲机事故,致使停机时间长,沉碴埋住冲锤;

8)遇楔石卡锤。

2.3.2 技术对策

1)预防为主,主要措施有:机械操作人员随时观察冲机负荷和主绳摆动情况,严格按照机械冲孔工艺操作,发现卡锤征兆及时提起锤头进行抛填处理。

2)对照勘察资料,在距溶洞顶板以上30 cm～50 cm处改变冲孔冲程和冲击次数,采用慢打轻击,进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥,抛一次进1.5 m左右,直至达到人工造孔的目的。

3)改变冲锤形式。在原十字形锤头上焊圈(用钢轨加工成弧形),把十字形连接起来,使之减慢冲进速度,一次成孔并圆顺。

4)卡锤后防止强行提主绳,强扭和操作不当会使钢丝绳断裂而增加处理难度,应及时测量冲锤被卡标高,查明原因采取以下相应对策:

慢试法:冲锤卡在中间任何部位时,应将主绳徐放→收紧→徐放→收紧,反复进行使冲锤旋转从原位提出。

冲击法:将主绳放松3 m～5 m,用副绳吊一重物向下冲击冲锤,使之产生松动,主绳重复慢试法。

水下松动爆破法:测准冲锤被卡高度后,迅速将乳化防水炸药捆成两组,加配重对称放入冲锤刃脚部位,药量视地质情况而定,根据卡锤类型决定将药竖立或水平放置,之后将钻机主绳带紧,采用电雷管起爆。

2.4 掉锤

2.4.1 原因分析

1)卡环与冲锤连接不牢或断裂掉锤。

2)处理卡锤时将钢丝绳提断或冲锤提起又掉入孔内将主绳蹬断而掉锤。

2.4.2 处理对策

1)在冲孔过程中要经常检查卡环钢丝绳,发现超限及时更换。

2)随时准备好打捞工具,一旦掉锤及时打捞,防止被埋。及时用锚钩钩住冲锤的吊环往上提升。

3)若在上面无法找到冲锤的吊环,请潜水员进行水下操作(我们在处理3号～56号桩时请了潜水员)。

2.5 混凝土浇筑过程中同一标高反复失浆

2.5.1 原因分析

成孔过程中遇到楔形石,其背后有一较大空间,成孔过程中泥浆对它的侧压力较小,不能将楔形石挤压开,混凝土浇筑到一定高度后,混凝土对侧壁的压力增大将楔石推开,使上部已浇筑混凝土迅速流失到附近的溶洞中,混凝土流失后,孔壁侧压力减小,楔石迅速回到原位,这时继续浇筑混凝土,其高度又会回升,待混凝土面升到一定高度后,侧压力增大,又将楔石推开,混凝土又迅速流失,混凝土面迅速下降到楔石位置。

2.5.2 处理对策

1)现场修建泥浆池,当出现泥浆面下降后,迅速从泥浆池中抽出泥浆补充到孔桩中,避免出现桩侧压力减小而引起塌孔现象。

2)继续浇筑混凝土,使泥浆随着混凝土面的上升而上升。

3)放慢水下混凝土导管的提升速度,使导管出口始终保持在混凝土面以下1 m以上。

4)反复浇筑混凝土,用混凝土填满桩侧面的溶洞后,浇筑即可正常进行。

2.6 桩抽芯检测时发现持力层厚度不够

2.6.1 原因分析

由于地质情况非常复杂,进行勘察时在每根桩中做一个勘察点,用该点的情况代表整根桩的地质情况,而实际上每根桩下的情况都很复杂,一个点不能代表整根桩的情况。造成抽芯结果同地质资料结果不符。

2.6.2 处理对策

1)在报废桩两侧重新进行地质勘察,根据勘察的情况,在桩侧中心冲孔,用两根桩共同来“抬桩”。

2)在桩侧重新补勘、原位重新冲孔,此次冲孔时由于已浇筑过一次混凝土,相对来说较顺利一些,但此次冲孔会将原桩中钢筋全部冲为约2 cm长的小段沉在桩底,此时将电磁铁放到桩底,将短钢筋全部吸出,以保证桩底符合要求。

3结语

我们在纳电家园1号,2号,3号楼工程施工中,通过采用了回填冲孔、泥浆护壁等综合施工方法,成功解决了在喀斯特地貌地区机械冲孔桩穿越溶洞地层,纠偏处理,漏浆塌孔等一系列难题,为以后进行类似工程施工积累了经验。

参考文献

[1]何铁,陈琳.岩溶发育地区冲孔灌注桩成孔技术研究[J].山西建筑,2007,33(12):114-115.

水力冲孔有效影响半径的测定 第6篇

1 矿井概况

寺家庄煤矿是阳煤集团新建的大型矿井, 井田位于沁水煤田东部边缘中段, 南北走向长17.3～16.5 km, 东西倾斜宽6.0～9.0 km, 井田面积约124.08 km2。矿井现开采15号煤层, 设计生产能力为5.0 Mt/a, 开采标高+510 m, 采用斜—立井混合开拓方式, 中央分列式通风方式, 机械抽出式通风方法。自2007年1月3日发生首次瓦斯突出以来, 到目前为止, 共发生瓦斯突出18次。15号煤层厚2.79～7.40 m, 平均厚5.48 m, 顶板为砂质泥岩或粉砂岩, 底板常为炭质泥岩, 有时为砂质泥岩或粉砂岩, 瓦斯含量平均为11.22 m3/t, 煤的坚固性系数0.10～1.45, 瓦斯放散初速度为19.2～28.5, 透气性系数为0.175～0.838 m2/ (MPa2·d) , 钻孔百米流量衰减系数为0.025 3～0.042 5 d-1。

2 水力冲孔工艺及系统

2.1 水力冲孔工艺

水力冲孔利用高压水通过钻杆从钻头上的冲孔喷头喷射而出, 冲击钻头周围煤体, 随着钻机向前钻进破碎煤体, 诱导小型煤与瓦斯突出 (喷孔) , 水和突出的煤、瓦斯顺着钻杆和钻孔间的间隙流入煤水输送系统, 混合有水气的瓦斯进入水气分离装置, 分离之后, 接入瓦斯抽采管路, 煤和水流入沉淀池。

2.2 水力冲孔系统

水力冲孔系统由乳化液泵、水箱、压力表、防喷装置和喷头等组成。根据现场试验情况, 选择BRW200/315型乳化液泵 (额定流量200 L/min, 额定压力31.5 MPa) , 辅助乳化液箱型号为FRX1000, 其公称压力为31.5 MPa, 液箱容量为1 000 L, 质量为700 kg;水力冲孔喷头为PZCKC系列;选择SGS型双功能高压水表;钻机型号为5S-1900;高压胶管内径为25 mm、耐压32 MPa, 连接处采用快速接头和U形卡加固。

3 水力冲孔有效影响半径测试原理

国内外学者普遍认为, 地应力、瓦斯和煤的物理力学性质是导致煤与瓦斯突出的主要因素[7]。煤体的变形潜能和瓦斯膨胀内能是煤与瓦斯突出的主要动力。水力冲孔技术[8,9]是以岩柱或者煤柱作为安全屏障, 冲孔时, 随着钻孔的前进, 煤、水、瓦斯经过孔道向孔外排出, 钻孔周围的煤体向钻孔方向移动, 同时煤体产生一定程度的膨胀变形, 顶底板产生相向位移, 引起在冲孔一定影响范围内的地应力降低, 裂隙增加, 使煤层的透气性增大, 促进瓦斯的解吸和排放, 增加了煤体的强度和湿度, 既消除了煤与瓦斯突出的主要动力, 又改变了突出煤层的物理性质, 在煤矿采掘作业过程中起到防治煤与瓦斯突出的作用。

常用的测试水力冲孔有效影响半径的方法有流量法和压降法[10]。在测试流量过程中, 由于测量仪器量程选择不当, 容易造成读数误差, 影响测试结果;而采用压降法测试时, 可直观地观测到高压水射流的影响范围。因此, 此次测试采用压降法。压降法测定有效影响半径的原理是:水力冲孔过程中, 高压水射流能够影响到的地方煤体裂隙扩展, 煤层瓦斯压力下降, 可以通过钻孔压力的变化来直接判断水力冲孔措施是否影响到该位置。

寺家庄煤矿15号煤层突出危险性大, 掘进过程中工作面突出危险性预测指标K1值超标率高达55%, 为了使水力冲孔技术有效、快速消除突出危险, 此次试验规定, 当钻孔的瓦斯压力降至0时, 认为该钻孔距水力冲孔措施孔的距离Ri在其有效影响半径之内, 满足该条件的最大距离Rmax= (R1, R2, Rn) 即为水力冲孔的有效影响半径。

4 压降法现场试验

4.1 测试步骤

在南一盘区15112内错尾巷煤层赋存稳定的区域进行试验, 钻孔布置方式如图1所示, 钻孔布置参数见表1。

(1) 施工2#、3#、5#和6#压力孔, 在钻孔施工完毕24 h内, 采用水泥砂浆封孔, 封孔深度12 m。

(2) 待水泥凝固后, 安装压力表, 确保不漏气, 并每天观测各钻孔瓦斯压力, 当压力表读数连续3 d不发生变化时, 视为压力稳定。

(3) 所有的压力表读数稳定后, 开始施工1#和4#措施孔进行水力冲孔, 观测并记录冲孔过程中各个压力孔的瓦斯压力变化。冲孔一段时间后, 当瓦斯压力下降至0或措施孔内不再有煤渣返出时, 停止冲孔。

4.2 测试结果及分析

1#措施孔冲孔30 min后, 冲出煤量2.9 t, 相当于把Ø94 mm的钻孔扩成Ø758 mm的孔洞;4#措施孔冲孔45 min后, 钻孔开始返出清水, 冲出煤量4.1 t, 相当于把钻孔扩成Ø952 mm的孔洞。水力冲孔过程中4个压力孔瓦斯压力的变化曲线如图2所示。

(1) 2#压力孔初始瓦斯压力为0.52

MPa, 冲孔过程中, 瓦斯压力有所上升, 冲孔10 min时达到最大, 之后逐渐下降, 冲孔约25 min时, 下降为0。

(2) 3#压力孔初始瓦斯压力为0.56

MPa, 冲孔过程中, 瓦斯压力有所上升, 冲孔15 min时达到最大, 为0.58 MPa, 之后逐渐下降, 冲孔约30 min时下降为0。

(3) 5#压力孔初始瓦斯压力为0.49

MPa, 冲孔过程中, 瓦斯压力有所上升, 冲孔25 min时达到最大, 为0.53 MPa, 之后逐渐下降, 冲孔约40 min时下降为0。

(4) 6#压力孔初始瓦斯压力为0.52

MPa, 冲孔过程中, 瓦斯压力有所上升, 冲孔25 min时达到最大, 为0.55 MPa, 之后逐渐下降, 冲孔约45 min时下降为0.21 MPa, 此时4#措施孔已不再有煤渣返出。

注入的高压水作用于煤体面上的压力会使冲孔区的煤体内部形成内应力, 表现为4个压力孔在冲孔过程中出现压力增加的现象。但是随着冲孔的进行, 当注入水的最大剪应力超过煤体的极限抗剪强度时, 煤体会到受剪切破坏, 使煤体的应力发生改变, 钻孔周围煤体的应力梯度下降, 表现为4个压力孔的压力逐渐下降。其中, 2#、3#和5#孔压力下降至0, 说明其距各措施孔之间的距离在水力冲孔的有效影响半径内。在此范围煤体内积聚的弹性势能释放, 煤层透气性增加, 促使瓦斯解吸和排放。6#压力孔在4#措施孔已经返出清水时, 压力有所下降, 但并未降至0, 说明水力冲孔措施也对12 m范围内的煤体有所影响, 只是影响效果较弱。因此, 6#孔不在其措施孔的有效影响半径之内。从而可以确定, 水力冲孔的有效影响半径为9 m。

5 结语

在寺家庄煤矿采用压降法确定了矿井水力冲孔的有效影响半径为9 m, 为水力冲孔技术在矿井中的应用提供了合理的布孔参数。当煤层的赋存条件 (地质构造附近或煤层埋深增加50 m以上) 发生较大变化时, 应适当调整布孔间距, 必要时应重新测试其有效影响半径。

参考文献

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冲孔灌注桩施工质量控制浅析 第7篇

关键词：冲孔灌注桩,质量控制,成桩质量

随着城镇化建设步伐的加快, 高层建筑越来越多。由于技术工艺经多年实践, 成为一种普及的桩型, 具有施工机械简单, 成桩工艺成熟, 桩体承载力较高的特点。但冲孔灌注桩基属地下工程, 不可预见性, 隐蔽性较强, 质量监控工作具有一定难度, 为保证成桩质量, 保证设计承载力要求, 我们从成桩的每个工艺环节进行控制, 控制方法及要点如下。

1测量放线、桩机就位

为保证桩身成孔垂直度满足规范要求, 桩机要进行调平, 尤其是靠运桩孔处常用枕木进行校平。桩位确定就是按照设计图纸要求, 参照现场水准点将桩位水平位置及竖向标高进行确定。故定位工作主要就是测枕木至桩点的距离, 以及确定枕木上平与桩顶的相对标高。冲孔灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差如表1所示。

桩位偏差控制是桩基工程质量控制最基本的也是最重要的内容之一, 在实际施工过程中, 由于测量控制桩移位, 测量放线工作失误或因成桩设备、成桩工艺等原因, 造成成桩桩位偏差过大的案例不在少数, 并由此导致承台面积扩大、桩群形心各荷载重心错位或需进行补桩, 造成原桩报废。故测量放线、桩机就位的准确度将直接影响工程的下一步工序。桩位偏移过大, 应由设计单位进行核算才能验收。

2开钻

桩位确定后, 依据场地土质情况下桩顶护筒, 此过程需保证钻机钢绳位于护筒中心处。同时做好泥浆池的安全防护工作。

3终孔

达到设计深度后, 验孔深, 清理孔底沉渣, 并检测沉渣厚度, 复测孔深, 测绳检测至枕木上平, 并应用比重计测孔内泥浆比重是否符合要求。由于灌注桩质量是工程界普遍关注的问题, 比其他桩型更容易出现质量事故, 尤其是泥浆护壁灌注桩, 孔底沉渣过厚、清孔效果不好是常见的质量通病, 而清孔效果的好坏直接影响成桩的质量, 会造成桩基沉降过大、桩身混凝土质量降低、桩基承载力不足等结果。因此, 终孔前的清孔工作也不能忽视。

4钢筋笼的制作, 验收

确认使用图纸设计要求的钢筋。对箍筋、主筋间距, 钢筋笼长度及直径进行检查。

5下钢筋笼

桩底采用胶囊式后压浆工艺的桩型, 应先对桩底胶囊用铁丝进行捆绑。注浆管不得与主筋绑在一起。为保证钢筋保护层厚度, 每隔4 m沿桩身设置4块垫块。每节钢筋笼主筋单面搭接焊缝长度为10d, 焊缝宽度0.7d, 焊缝厚度0.3d, 主筋不得缩颈, 同时将主筋4°弯折, 保证上下两节钢筋笼主筋同轴。测吊筋或吊杆长度, 钢筋笼就位。

6注浆管通水试验

桩端注浆管通水, 并在通水后做好标识、封口。

7计算导管长度下导管

将混凝土导管清理干净, 保证导管接口密封牢固, 长度为距钢筋笼底1 m处, 并进行二次清孔, 检查沉渣厚度及泥浆比重。

8混凝土浇筑

灌注桩的试件强度, 是检验桩体材料质量的主要手段之一。在浇筑过程中, 根据设计或合同技术条款要求, 随机制作试块, 测混凝土坍落度2次, 以提供备检的试件。单柱单桩体积小于50 m3的每个承台下需确保有一组试件。拔管速度应保证导管进入浇灌桩身混凝土面以下1 m, 避免断桩及桩身夹泥现象发生。按照图纸设计桩身充盈系数及超灌要求, 计算混凝土浇筑量, 浇筑完毕后用测绳对桩顶标高进行测量。

9后压浆施工