复杂地质条件下冲击钻孔桩施工控制Word格式文档下载.doc
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冲击钻机成孔灌注桩作为一种成熟的桩基施工工艺已被广泛采用,但在实际施工过程中,往往由于针对不同地质情况所采用的工艺及控制指标掌握不准,尤其在碰到粉砂土层、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层,容易出现扩孔系数大、缩径、塌孔等问题,造成一次性成孔率低、工效不高、成本增加,甚至出现二次钻孔。
1.工程概述
巴嘎吉林郭勒特大桥桥位处为锡林郭勒西乌旗西部,桥址区为冲湖积洼地,地势略低洼,地形平坦开阔,河槽呈“S”形弯曲。
桥中心里程为DK5+968.20,桥式类型为19-32m预应力混凝土梁。
全长636.8m。
桥墩采用单线圆端形墩,基础为钻孔灌注桩,桩径1.0m,设计平均桩长34m;
桥台为单线T形桥台,全桥总计108根钻孔灌注桩。
桥址区地层为第四系全新统冲湖积层(Q4al+l),粉质黏土σ0=150kPa、粉土σ0=150kPa,第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)中砂σ0=370kPa、粗砂σ0=430kPa、砾砂σ0=430kPa、细圆砾土σ0=400kPa、粉土σ0=160kPa、粉质黏土σ0=160kPa,第三系上新统(N2)黏土σ0=200~260kPa、粉质黏土σ0=210~280kPa,黏土和粉质黏土具有弱膨胀性,二叠系下统(P1)砂岩(W4)σ0=300kPa、砂岩(W3)σ0=500kPa、砂岩(W2)σ0=800kPa,泥岩(W4)σ0=300kPa、泥岩(W3)σ0=400kPa、泥岩(W2)σ0=500kPa。
地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水,地下水丰富且水位高。
2.机械选型及配套设施
根据本桥地质特点认为较适用冲击钻机成孔,考虑地层多为粉砂土层、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层,上下地层强度变化较大,桩基岩为强度较大泥岩,选用手动冲击钻机。
实际施工中,经经济技术比较,确定选用SCZ5-1型手动冲击钻机,根据孔深度选用泥浆泵泵量满足泥浆在孔内上升3~4cm/S,同时地层复杂,为防止出现斜孔等问题,施工中控制钻头冲程。
3.施工处理措施及工艺
3.1施工准备
3.1.1鉴于内蒙地区河流的宽滩漫流特性,桥址虽为旱地,但地表土层为松软粉砂土,若直接埋置护筒钻孔,护筒底粉砂土遇水流失,护筒底悬空坍塌。
为使护筒底不坍塌,经多方案比选,确定在桩基所处范围内填上1.8m高填筑粘土,并且碾压密实,搭建工作平台。
同时也为灌桩施工创造了条件,并能使施工所使用机械提供场地。
3.1.2测量放样
放出桩基中心桩,并打出中心桩的十字护桩。
3.2护筒形式及埋设要求
3.2.1为固定桩位,保护孔口不坍塌,隔离地表水和保持孔内水位高出地下水位,以维护孔壁及钻孔导向管等目的,我们采用长度1.5m的钢制护筒护筒沉入过程中严格控制中心位置。
3.2.2护筒埋设方法(如图1)
图1填筑粘土层护筒
3.2.3为护住护筒底土层不坍塌,悬空。
护筒底面高度高出地表土层水位0.3m,护筒内径加大,要比桩径大0.6m。
3.3泥浆护壁
3.3.1钻孔灌注桩在施工过程中,尤其在不良地质条件下极易发生缩径、塌孔等现象,因此要采取必要的泥浆护孔措施。
泥浆主要由普通粘土和水拌和而成,并根据拌和后的泥浆粘性指标,若不能满足需要,可适量掺入膨润土、水泥及纯碱以改善泥浆的品质。
泥浆的作用主要有以下几个方面:
(1)所产生的液压力压制平衡地下水位压力,并对孔壁有一定的侧压力,成为孔壁的液体支撑;
(2)泥浆中胶体颗粒分子在泥浆的压力下渗入孔壁表层的孔隙中,形成泥皮,促使孔壁胶结,起到保护孔壁的作用;
(3)在循环排渣时,起到携渣、润滑钻头、降低钻头温度、减少钻进阻力等作用。
因为泥浆护壁与桩侧摩阻力是相互矛盾的,泥浆过稀能加快钻进速度,但对护壁不利,可能造成塌孔;
泥浆过稠会增加摩擦力使钻进速度减慢,并使泥皮过厚,从而造成成桩承载力降低。
所以为保证成桩质量及工期,合理控制泥浆质量及钻进速度至关重要。
3.4钻进施工
以9-3#桩基施工为例,设计桩长为34m,桩径1.0m,2009年10月2日开始施工,根据现场捞渣等相关钻孔施工记录,0~3m为粉砂土,3~13m为粉质黏土,13~27m为砂砾,27~34m为硬岩层。
在开始钻孔至3m范围内主要柔软层,钻进时采用小冲程钻进,实际施工中泥浆比重控制为1.38,既能保证一定的钻进速度,又能使泥浆护壁良好不至于塌孔。
在钻至3~13m粉质黏土,粉质黏土具有弱膨胀性,具有吸水膨胀性质,此部分钻进时采取调高泥浆比重至1.46,保持较高的胶体率,胶体率控制在95%以上,同时维持中冲程钻进,以加快进尺。
但应保持一致进尺速度,并在适当时提起钻头,减小钻压,切忌不可为加快进尺而大量注水。
在先前其它桩施工时发现,膨胀土层中孔壁很稳定,但在成孔清孔后停留时间稍微长点,容易出现局部扩孔较大,并在检桩时造成在正常桩径处常被误判为缩径。
在本桩施工时,早成孔、早灌桩,有效的控制了成孔率。
自13~27m为流砂层,地下水丰富。
采取小冲程、低速、大泵量、稠泥浆(泥浆比重控制为1.62)办法,并适量加入水泥,以提高泥浆粘度,使水泥颗粒与粉细砂结合,加快砂的沉淀。
由于流砂的特殊性,当钻头钻入时,会因砂体流动造成塌孔、漏浆等现象,施工前要做好充分准备,有足够的袋装粘土、片石和卵石等材料,有足够的补水、补浆设施。
一旦出现情况,立即提取钻头,补浆补水,保证孔内的水头,而后投入堵漏混合材料,用小冲程反复冲钻(冲砸过程中不断分层投放混合料),使其及时形成新造的孔壁,有效控制了塌孔、漏浆严重的出现。
通过流砂层后其下剩余为硬岩层,采取钻进时采用大冲程钻进,实际施工中泥浆比重控制为1.42,既能保证一定的钻进速度,又能使泥浆护壁良好不至于塌孔,尽快钻至设计标高成孔,防止长时间浸泡导致反复出现新情况,并及时灌注水下混凝土。
4.效果
巴嘎吉林郭勒特大桥桩基地质条件复杂,同时遇到粉砂土、粉质黏土、流砂层和硬岩层复杂地层,通过上述的方法处理,全桥108根桩基础施工顺利,未发生大的意外及事故。
经施工单位自检、监理单位抽检及业主巡检(均为低应变法检测),全部为I类桩,桩身质量完整,受到业主和监理单位的全线通报表扬,大大增强了职工的积极性及提高企业的信誉。
5.结束语
5.1通过成桩质检报告,证明在施工过程中遇到粉砂土、粉质黏土、流砂层和硬岩层复杂地质条件,地下水丰富且地下水位高,采取的技术处理措施是合理的,施工工艺成功。
在粉砂土、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层钻进中,护筒保护采取措施,钻头冲程控制及投放混合料护壁的措施较为合理,但在施工中应加强清孔后灌桩过程各环节紧密进行,保证顺利灌注混凝土。
5.2施工单位既要先对设计部门提供的地质资料仔细研究,选用较合适的钻机配置,又要在施工中采取捞渣等办法及时掌握地质资料记录地层的变化,及时采取合理技术措施、施工工艺或调换钻机及配置的办法,以保证成孔质量。
【参考文献】
1.公路、桥梁、隧道施工新技术、新工艺与验收规范务实全书.北京:
金版电子出版公司,2002
2.公路施工手册.桥涵(上、下).北京:
人民交通出版社,2000
3.TB10203-2002铁路桥涵施工规范,中铁三局集团有限公司编.北京:
中国铁道出版社,2002
4.铁路工程设计技术手册.特殊条件下的路基.铁道部第一勘测设计院主编.北京:
人民铁道出版社。
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