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冲击钻在嵊州大桥大直径钻孔灌注桩中的施工

信息来源:hunningtu.biz  时间:2008-09-27  浏览次数:137

  一、引言
  随着经济建设的高速发展,城市建设也在不断的扩展和提高。地基处理和打桩工艺以及施工控制也越来越成熟。针对不同的地质情况,采用不同的打桩设备及工艺对施工的进度、质量、投资都能取得好的成效。达到投资少、进度快、质量有保证的三者统一体。
  二、工程概况及工程地质条件
  1. 工程概况:
  工程位于嵊州市官河路南段,连接市中心和城南区。桥梁全长563.80米,其中主桥采用2Χ136米跨径的下承式钢管混凝土系杆拱桥,南北引桥均为3Χ22+3Χ26米跨径的预应力混凝土连续箱梁。全桥下部结构均采用钻孔灌注桩基础,其中主桥桩底标高进入微风化层大于1米,中间墩采用18Φ1500 MM 的钻孔桩,边墩采用14Φ1200 MM 的钻孔桩(共计:14Χ2根)。两边引桥桩底标高进入强风化层,桩底标高-6.00米,中间每墩采用4Φ1500 MM 的钻孔桩(共计:20Χ2根),两边墩采用16Φ1000 MM 的钻孔桩(共计:16Χ2根)。
  2. 场区的地形、地貌
  嵊州大桥位于嵊州市澄潭江、长乐江、曹娥江三江交处,全桥长563.80米(包括引桥),为两跨过江。主桥墩地质勘探部位位于曹娥江江中,本次施工期间沿主桥中心线(近南北走向),位置水深在1.7-5.0 米之间,场区地貌上属第四系冲积沉积相带,河底起伏较大,主要是捞砂引起。
  3. 地层及岩性
  根据工程勘察报告及岩石单轴抗压试验,场区内地层可分为三个大层,六个地质亚层,具体分布如下:
  第1-1层:河水
  拟建桥墩部位河水深度在1.70-4.90米之间,平均水深约3.4米。
  第1-2层:淤泥
  江底的河泥,内分布有多量腐植质及部分生活垃圾沉积物等,层厚约0.3 米。
  第3-2层:圆砾卵石
  上部以卵石为主,粒径大的达5-8 CM,一般粒径为3-5CM;下部含较多圆砾,并以砂土及少量粘性土充填,该层分布全区,层顶埋深标高8.58-11.68米,厚度约1.60-5.0米。
  第4-1层:全风化砂质泥岩
  一般分化成土壮,呈可塑-硬塑状态,以粉质粘土为主,粘土次之,可见原岩残余结构,局部分部有少量原岩碎石;其重型动力触探测试平均值N63.5=26.0 击/10CM。该层分布全区,层顶埋深标高4.98-6.98米,厚度约1.20-2.90米。
  第4-2层:强风化砂质泥岩
  以砂质泥岩,夹多层泥质粉砂岩,岩石具有泥壮及凝灰质粉砂结构,主要砂物成分为粉砂及石英、长石等,填隙物为火山碎屑;岩石风化。该层分布全区,层顶埋深标高3.38-5.78米,厚度约11.80-15.10米。是设计选用的引桥桩基持力层。
  第4-3层:中风化砂质泥岩
  砂质泥岩与泥质粉砂层互层、风化、蚀变程度较浅、局部可见结构侵蚀面,岩芯较完整,成长柱状;其岩石单轴抗压强度标准值:fRK= 8.0Mpa,层顶埋深标高-7.42- -10.72米,厚度约5.00-7.50米。
  第4-4层:微风化砂质泥岩
  粉砂质泥岩淤泥质粉砂岩互层,是微弱风化,蚀变痕迹,其岩石单轴抗压强度值:fRK= 9.50Mpa,层顶埋深标高-13.92- -16.42米。
  三、主要施工方法
  针对本工程地质情况,工程开工前我们对施工方案进行了认真细致地审查,并着重在以下几个方面采取相应的技术措施,从而保证了施工的顺利进行。
  1. 桩机选择
  该工程地层主要是砂质泥岩(主要矿物成分为粘土、粉质粘土、粉砂级石英、长石等)。根据地质条件,从质量、进度及经济方面出发对多种机型的方案比较。决定采用8T冲击钻机并配置气举反循环方式清渣。
  2. 施工组织
  为了在保证工程质量的前提下提前完成合同工期,施工中每个桩机组采用了平行作业分段流水的施工方案。在主桥中间7号墩18Φ1500MM根桩,在有限的筑岛上安排了6台8T冲击钻机连续施工。采用成孔与灌注平行作业法,以缩短施工时间,相邻工程桩采用间隔跳打。
  3. 护筒埋设
  为固定桩位、导向钻头、隔离水、保护孔口及提高内水位,增加对孔壁的静压力以防坍塌,应于钻孔前埋设护筒。孔口护筒采用钢板制作,内径比设计桩径大200MM,护筒高度宜高出地面0.3M,水中施工护筒高出水面1M并高出筑岛面0.3M。底部入土深度不小于3M,穿过淤泥层进入圆砾卵石层。其位置坐标垂直度和高程由全站仪控制,护筒垂直下沉,顶面中心与设计桩位偏差不得超过50MM,竖直线倾斜不大于1%。
  4. 泥浆配置
  钻孔泥浆一般由水、粘土(或优良膨润土)按适当配合比配置而成,其性能指标:相对密度1.20-1.40;粘度(PaS)22-30;含砂率不大于4%;胶体率不低于95%;PH值8-11;造浆能力不低于2.5L/Kg。
  工程地层主要是砂质泥岩和泥质粉砂岩互层(全、强、中、微风化),最深桩身进入砂质泥岩近30M,砂质泥岩和泥质粉砂岩本身具备造浆能力。在施工过程中刚开始进入圆砾卵石层成孔时,采用了自制泥浆,为了加固孔壁适当提高泥浆的比重达1.38和粘度达24,来平衡钻进成孔时孔壁的稳定。穿过(全、强、中)风化砂质泥岩由自身造浆比重为1.32-1.33,粘度为22-23。最后进入微风化砂质泥岩(达设计要求)造浆比重为1.30。
  5. 钻进成孔
  工程采用8T冲击钻机,准备工作完成后,将钻机就位固定,将钻头中心线对准桩中心线,平面偏差控制在20MM以内。钻进时详细记录,确保成孔成孔桩中心线偏差不大于50MM,倾斜度不大于1%桩长。在第3-2层圆砾卵石以上,先采用人工配制泥浆,钻进时如出现孔内泥浆遗失,水位下降时,应向孔内漏水层投泥球堵漏,如孔内出现坍孔等异常情况,应立即将钻头提离孔底并控制泵量,向孔内补充足够的泥浆,加大泥浆比重(或抬高水头高度)以仰制坍孔。进入第4-1层以下的砂质泥岩利用其自身的造浆能力护壁。在钻孔过程中,应对孔位、孔深、孔径、倾斜度及泥浆的各项指标经常进行检查,及时调整和核对。应注意地层变化,在地层变化处均应捞取渣样,写入计录表中并与地质剖面图核对。
  6. 泥浆净化
  根据工程地质资料,在钻进成孔时最深处要穿过20多米深度的(全、强、中)砂质泥岩进入微风化砂质泥岩。在钻机成孔时冲击的砂、岩屑率高,造成泥浆的表观密度高,粘度降低,沉积增加,影响泥浆的护壁效果和桩身混凝土质量。所以在泥浆循环使用时,必须对护壁泥浆及时净化。本工程通过在排渣口用网斗排除砂及岩屑。增设泥浆沉淀池和延长泥浆循环回流线路的方法进行净化。
  7. 放置钢筋笼及导管安装
  钢筋笼长度根据设计要求制作,等分成2节(如主桥墩29.2米,每节14.6米)。单节制作时在现场工棚固定架上焊制成型,为了防止起吊与放置过程变形,需在钢筋笼内侧每隔2M,增加一道Φ22箍筋,并在外侧竖筋上每道沿圆周对称布置4根门拉手形的定位钢筋。钢筋笼最下端的主筋端部再焊一只封闭钢箍,便于顺利下放,并能起到在灌注混凝土时,避免导管上拔时带动钢筋笼上浮。安放钢筋笼,采取三点起吊,空中翻身护直入孔,孔口搭接焊成整体。钢筋笼的顶面标高控制,选用2Φ16吊筋固定在浇捣架上,吊筋的长度根据事先测量的孔口高度和标高计算。钢筋笼安放后在泥浆中浸泡时间越少越好。要求做到入孔内1-2小时内浇注混凝土,以便减少钢筋握固力的损失。
  导管用内径为300MM的钢管,壁厚4MM左右,每节2.5M,配1-2节1.5M短管,由法兰盘螺栓连接,接头处用橡胶圈密封防水。安装导管前,对全部导管进行密水试验,然后解体吊放入孔。混凝土浇注架用型钢制作,用于支撑悬吊导管及上部放置混凝土漏斗。
  8. 二次清孔
  大直径钻孔桩的孔底泥浆指标与沉渣多少,直接影响浇注质量与单桩承载力,采取清孔措施是确保工程质量的关键。本工程采取二次清孔。
  第一次为终孔时清孔,第二次为灌注混凝土前清孔。第一次清孔方法是:钻孔深度达到设计标高后停钻,冲击钻头提离成孔,开动反循环装置清孔。清孔后采用外径为钻孔桩直径加100MM(不得大于钻头直径),长度为4-6倍外径的钢筋检孔器吊入孔内检测孔径和孔形,以到底为标准。
  第二次清孔方法是:(1)在钢筋笼入孔与安放混凝土导管完后,在浇灌之前30分钟内进行清孔。(2)利用灌注混凝土的钢制导管,管内插入供
  气管压缩空气通过供气管路至孔内的气水混合室,利用导管内外的压力差清除孔底沉渣的气举反循环清孔。清孔后测量沉渣厚度必须小于设计提出的50MM,若未达到则再次清孔,直到满足为止。
  9. 灌注水下混凝土
  水下混凝土是一种自密实混凝土,要求具有好的易性和大流动度。拌制水下混凝土宜选普通硅酸盐水泥,最大粒径不大于导管内径的1/6,且不大于40MM,使用碎石时,粒径为5-30MM,砂用级配良好的中砂,混凝土水灰比为0.6以下,水泥用量不低于400KG/M3,含砂率为40-50%,坍落度18-20CM,扩散度为34-38CM。
  混凝土第一次浇灌量应满足导管埋人混凝土内1M以上,可通过计算确定。如主桥墩最深处桩径Φ1500MM,孔深27.2M,导管选用Φ300MM,导管底离孔底400MM,泥浆比重取1.3g/cm3 混凝土充盈系数取1.2,钢筋混凝土容重取2.5t/m3,则第一次混凝土灌注量为:
  (a) 第一次混凝土灌注好后,导管内混凝土面离桩孔底的高度:
  H = (27.2-0.4-1.0)×1.3/2.5=13.68(M)
  (b) 灌入量:
  V≥3.14/4(0.32×13.68+1.52×1.4×1.2)H≥3.93(M3)
  灌注混凝土做好测量记录是确保桩身浇筑质量的重要保证,记录应注意:
  (1) 预测孔底深度,复核导管总长度。
  (2) 每灌注一车(5M3)每拆一节导管,必须测混凝土上表面上升情况与复算导管埋入深度,以保持导管埋入混凝土2-6M为宜。
  (3) 桩顶灌注标高的测量应比设计标高提高1M。
  四、质量检验
  本工程钻孔桩的小应变和高应变动力检测,委托浙江有色地球技术应用研究院工程检测中心进行。对全部的桩进行了小应变的检测未发现断桩、夹层、断裂和离析现象属一类桩。对主桥7号墩抽了2根、北引桥14号墩和9号墩各抽1根、南引桥0号墩和5号墩各抽1根进行高应变动力检测。(见下表)
  五、结语
  在卵石圆砾和砂质泥岩层中采用冲击钻孔灌注桩,在质量和进度保证下,它具有操作简单,设备经济。通过实践认识到在施工中应做好以下几方面工作是质量的保证:
  (1) 施工过程中应时时测量拉锤头钢绳的垂直度,发现倾斜,及时采用纠偏措施。
  (2) 根据工程施工范围内的地层岩性特点,合理确定泥浆性能控制指标,在卵石圆砾层中,可在满足施工要求的基础上,适当提高泥浆比重和粘度。
  (3) 泥浆的净化是性能控制中的一个重要组成部分,严格控制泥浆的含砂率,保证界面泥皮形成的质量,从而保证桩身质量。
  (4) 采用气举反循环清孔具有吸力强,被冲击破碎的岩、卵石都能吸上来,因此孔底沉渣清除彻底,从而提高端承桩的承载力。
  (5) 排渣口可以用网斗取岩屑检验,确保达到设计要求进入的岩层深度。

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