[摘要]岳口汉江二桥水中墩每墩为18根2·30m钻孔灌注桩,孔深达100m,地质情况主要为细砂层。介绍在复杂地质情况下超深大孔径桩基施工技术和质量控制措施。
[关键词]钻孔桩;施工;大孔径;复杂地质
Abstract:The Second Hanjiang Bridge in Yuekou has 18 bored piles which diameter is 2·3m as a pier, andthe geological condition is mainly sand layer. Construction technology and quality control of largewww.51lunwen.org diametersuper-deep bored pile under complex geological condition are introduced.
Key words:bored pile; construction; large diameter; complex geological condition
岳口汉江二桥主桥位于湖北省仙桃市和天门市交界的汉江段上。主桥55~60号墩起止桩号为K142+595~K143+170,长575m,共设6墩,55、56号墩位于北岸,57、58号位于水中,59、60号墩位于南岸。上部结构为主桥(73+112+150+150+90)m预应力连续箱梁桥。水中57、58号墩下部结构为18根2·30m钻孔灌注桩,其中57号墩桩顶标高16·03m,桩底标高-68·97m,平台顶标高为31·0m,桩长85m,成孔孔深达100m。钻孔桩施工以插打钢管桩,安放I56a形成钻孔平台
。1 工程施工的重点和难点1)工期紧 因汉江在每年5月要涨洪水,要求本项目2006年4月完成全部钻孔桩的施工任务,工期仅4个月。2)施工难度大、桩数多、桩径大 57、58号墩共有36根2·30m钻孔灌注桩,孔深均达到100m,且桩底标高在细砂层⑩,需穿过约30m的砂性土层,对钻机钻头产生很大磨损。3)孔深长 约100m的成孔深度对施工是个很大的难点,如何在保障钻孔护壁的安全和工程进度间找到平衡点,泥浆的拌制是个关键。
2 工程地质概况及地质情况分析57号墩所处河床中分布地层为第四纪全新统更新统冲击层,桥址处地质特征由上而下为:①细砂 厚13·0~13·2m,褐黄色,饱和,主要矿物成分为石英、长石及云母,含少量粘性土;②亚粘土 厚5·0~5·3m,绿灰色,湿,含少量粉砂;③细砂 厚10·5~10·8m,褐灰色,饱和,主要矿物成分为石英、长石及云母,含少量粘性土;④亚粘土 厚4·1~4·2m,褐灰色,湿,含少量粉砂,刀切面光滑;⑤细砂 厚25·1~32·5m,褐灰色,饱和,主要矿物成分为石英,长石及云母,含少量粘性土,局部含少量圆砾;⑥圆砾土 厚0·8~0·85m,杂色,饱和,粒径6~15mm,含少量的卵石,卵石粒径在30mm,颗粒呈次圆状,圆状;⑦细砂 厚2·2~6·85m,褐灰色,饱和,主要矿物成分为石英,长石及云母,含少量粘性土,局部含少量圆砾;⑧圆砾土 厚本 论文 出自 无忧论文网 www.51lunwen.org提供，如果您需帮写论文，可以咨询：QQ:357500023
6·1~9·0m,杂色,饱和,粒径6~15mm,含少量的卵石和砂砾,卵石粒径30mm,颗粒呈次圆状,圆状;⑨粘土 厚7·9~8·0m,灰绿色,稍湿,粉粒含量较多;⑩细砂 厚8·5~13·3m褐灰色,饱和,主要矿物成分为石英,长石及云母,含少量粘性土,局部含少量圆砾。根据地质勘察报告,②层和⑨层绿灰色粉质粘土层粘聚力明显高于其他土层,抗剪强度较高,液性指数很小,已达到硬塑状态,特别是②层位于护筒埋设底2007年11月第36卷 第11期施 工 技 术CONSTRUCTIONTECHNOLOGY 51 部,钻进到这两层时,应适当降低转速,并反复进行扫孔,以保证孔形垂直。⑤层是约30m的砂性土层,且成分中还含有石英、云母等物质,不但在成孔过程中对泥浆性能指标控制较高,还对钻头会产生很大的磨损,所以在该地层不但要加强泥浆的性能,而且要使用泥浆处理设备,降低泥浆的含砂率,减小对钻头的磨损。
3 施工准备工作
3·1 主要施工设备的选型由于本工程桩成孔孔深达100m,垂直度要求很高。在设备选择上,主要应考虑转盘扭矩大,自重大,能够满足桩径、桩深度的施工要求。经过比较,选择了4台GPS-20HA型工程钻机,5台4PNL砂石泵,8台BS泥浆泵,ZX-500型泥浆处理器和2台750HH型空压机。
3·2 钻头选择根据工程的地质特点,采用双腰带式刮刀钻头,钻头均为四翼刮刀,顶面为开敞式结构,采用普通刀排,刀排轴线与相应翼板平行。经过现场实践表明,此种刮刀钻头的结构形式及刀排结构均存在问题,在细砂层钻进约20m后,腰带和刀排即破损严重。根据施工经验,对钻头进行调整,在钻头上腰带处设一盖板,将钻头形成封闭结构,采用较厚的钢板制成腰带。采用较宽、较厚的刀排,并设置约15°的倾角。后经实践表明,调整后的结构形式能满足钻孔的要求,且磨损较少。
3·3 正反循环成孔工艺比选正循环工艺需大面积的泥浆池和沉淀池,且对泥浆指标要求较高。而循环施工进尺快,转盘所消耗动力较少,清孔速度快,根据本工程的地质和工期特点,决定采用反循环工艺。另外考虑到本工程地质情况和反循环施工的特点,采用泥浆处理器和优质膨润土人工造浆的方法,来解决钻孔过程中无泥浆储存场地和土质较差,不能自然形成泥浆护壁等问题。
3·4 泥浆分析由于单桩成桩周期较长,桩孔深度较深,必须采用优质泥浆,以保持孔壁的稳定性。根据以前的经验,准备在施工中采用优质膨润土人工造浆结合原土造浆。在施工前,还进行了泥浆配合比的试验,其中优质膨润土人工造浆采用膨润土、CMC(羧基纤维素)、碳酸钠(又称碱粉或纯碱)、PHP(聚丙烯酰胺)水解液调制而成的复合泥浆。在钻孔过程中泥浆指标应达到:相对密度1·08~1·13;粘度18~22s;含砂率≤4%;胶体率≥98%。其中人造新泥浆相对密度达到1·02~1·05,粘度20~24s。
4 钻孔桩施工技术措施
4·1 工艺流程采用泥浆护壁回转钻进成孔、反循环清孔排渣、二次换浆清孔、导管法灌注水下混凝土的施工工艺。其工艺流程为:安装钻孔平台→插打护筒→测定桩位→安装钻机就位→钻进成孔→第1次清孔→吊接钢筋笼→下放导管→第2次清孔→水下导管法灌注混凝土→清洗机具→移至新桩位。
4·2 安装钻孔平台和插打钢护筒钻孔桩施工采用型钢和钢管桩搭设钻机平台,并用钢管桩连接加固稳定,以确保钻机在钻孔过程中不产生位移和沉降。护筒顶桩位十字线已由测量组放好,调整平台中心与桩位中心重合。护筒钢板厚12mm,用卷板机制作加工,直径为2·5m,护筒应严格注意平面位置、竖向倾斜和两节护筒连接的质量。准确测量桩位后,将护筒运至墩位处,钢护筒依靠导向架定位,钢护筒长度为24m,平台标高为31·0m,打入土中10~13m,须打入绿灰色粘土层②1m。在钻孔过程中,要通过调整泥浆密度及孔内水位来平衡内外水压差,以保证钻孔过程中孔壁的稳定。
4·3 泥浆循环系统的设置由于围堰上空间有限,设置一专门的泥浆船,负责拌制优质膨润土复合泥浆;2台空压机均布置在机驳上,通过高压风管送风至泥浆处理器;在围堰上下游各放置1台泥浆处理器,将4个护筒用325mm钢管两两相连,形成一个回路,实现泥浆的循环利用。泥浆循环顺序为:在砂石泵的作用下,泥浆顺着钻杆从孔底抽出,沿出浆管进入泥浆分离器,将砂石分离,处理后的泥浆沿回浆管流入护筒内,经护筒循环后送回孔内,另外用2台6BS泥浆泵将在泥浆船上拌制好的优质膨润土复合泥浆抽入孔中,利用钻杆搅动,实现与原土泥浆的结合。
4·4 钻进成孔将组拼好的钻机吊装就位,并使第1节钻杆入转盘,以便接第2节钻杆。钻机就位时,必须使钻机转盘中心与护筒十字线中心重合,且底架应用平台螺杆调平,龙门架应保持垂直,确保钻杆倾斜度<1%。1)开钻时应先输入护筒内一定数量的优质膨润土复合泥浆,应低档慢速钻进,至护筒底以下1m后,再以正常速度钻进,以保证护筒底口的护壁质量,避免护筒底口坍塌造成后患。2)钻具放入护筒内后,开钻前应将钻头提离孔底20~30cm,然后操作砂石泵或空气吸泥机把管路中泥水混合物排到沉淀池,待反循环流动形成后,方可选择适当档位和减压钻进。3)在硬土层钻进时,可用慢速钻进,在普通粘土或砂粘土、粘砂土中可用中、快速钻进,在砂土或含少量砾石中宜用慢、中速钻进,以免发生埋钻或发生砂石泵吸不出的情况。当遇到地下水丰富而易坍孔的粉砂土,宜用低速钻进,减少钻头对粉砂土的搅动,但钻进可稍快,以期较快通过粉砂土层。4)起落钻头要均匀,避免撞击孔壁。5)因故停钻时,应将钻头提离孔底3~4m,避免因沉淀或坍孔埋住钻头。6)孔内保持一定静水压力是反循环钻孔的基本原则,故应保持孔内水位,不足时应及时补充。
4·5 第1次清孔各桩在终孔验收合格后立即进行第1次清孔,清孔采用换浆法,即钻孔完成后,提起钻头至距孔底约50~80cm,继续旋转,把孔内浮悬的钻渣吸至泥浆分离器中分离,再返回孔内,适当加部分清水,调节泥浆的密度。
4·6 钢筋笼安装钢筋笼采用分段制作,用吊机分段起吊在孔口焊接的方法安装。考虑到钢筋笼安放时间过长,不但会导致孔底沉渣过厚,还会引发钻孔桩缩颈、塌孔等问题,所以将2节钢筋笼先连接后,再一起吊放,以节省焊接时间。
4·7 第2次清孔灌注导管为300mm的无缝钢管。钢筋笼及导管安放到位后,进行第2次清孔,采用正反循环相结合的方法,即用6BS泥浆泵从导管内向孔底输入合格
