清沙坪岷江大桥堆积层地质条件下的桩基施工技术

'清沙坪岷江大桥堆积层地质条件下的桩基施工技术　　摘要：本文主要介绍了清沙坪岷江大桥在堆积层地质条件下的深桩基钻孔、水下灌注桩的主要施工技术及实际施工时遇到的难题及处理措施。　　关键词：清沙坪岷江大桥桩基技术措施　　一、工程概况　　K45051.45清沙坪岷江大桥位于映秀至汶川高速公路A12标段，是映汶高速公路控制性工程之一。　　清沙坪岷江大桥横跨岷江，河床宽150余米。桥位区两岸斜坡地带为冲洪积卵石土层，沟床中为近代河流冲积层，由漂卵石、细砂构成，漂卵石厚度大，呈稍密-中密层状，卵石成分为中风化花岗岩、闪长岩、辉长岩等，次圆状，结构不均，中密，透水性较好。虽然结构不均，但厚度大，可做摩擦桩基础持力层。 清沙坪岷江大桥堆积层地质条件下的桩基施工技术　　摘要：本文主要介绍了清沙坪岷江大桥在堆积层地质条件下的深桩基钻孔、水下灌注桩的主要施工技术及实际施工时遇到的难题及处理措施。　　关键词：清沙坪岷江大桥桩基技术措施　　一、工程概况　　K45051.45清沙坪岷江大桥位于映秀至汶川高速公路A12标段，是映汶高速公路控制性工程之一。　　清沙坪岷江大桥横跨岷江，河床宽150余米。桥位区两岸斜坡地带为冲洪积卵石土层，沟床中为近代河流冲积层，由漂卵石、细砂构成，漂卵石厚度大，呈稍密-中密层状，卵石成分为中风化花岗岩、闪长岩、辉长岩等，次圆状，结构不均，中密，透水性较好。虽然结构不均，但厚度大，可做摩擦桩基础持力层。 清沙坪岷江大桥堆积层地质条件下的桩基施工技术　　摘要：本文主要介绍了清沙坪岷江大桥在堆积层地质条件下的深桩基钻孔、水下灌注桩的主要施工技术及实际施工时遇到的难题及处理措施。　　关键词：清沙坪岷江大桥桩基技术措施　　一、工程概况　　K45051.45清沙坪岷江大桥位于映秀至汶川高速公路A12标段，是映汶高速公路控制性工程之一。　　清沙坪岷江大桥横跨岷江，河床宽150余米。桥位区两岸斜坡地带为冲洪积卵石土层，沟床中为近代河流冲积层，由漂卵石、细砂构成，漂卵石厚度大，呈稍密-中密层状，卵石成分为中风化花岗岩、闪长岩、辉长岩等，次圆状，结构不均，中密，透水性较好。虽然结构不均，但厚度大，可做摩擦桩基础持力层。 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　　清沙坪岷江位于汶川南互通渐变加宽段内，桥宽由12.25m加宽至18.45m，通过增加T梁片数来满足。上部结构为（2×30.45＋30）m＋3×(2×30）m预应力“T”型梁，下部采用桩柱式墩、重力式台，桩基础。柱式桥墩，墩高为10.6～19.1m，钻孔灌注桩基础，桩径1.8m～2m，桩深25～28m。　　二、主要施工技术　　因清沙坪岷江大桥跨越岷江河床，地质情况为河流冲积层，由漂卵石、细砂构成。透水性较强，无法采用人工挖孔。根据设计单位提供的地质资料，桩基上部5m为稍密漂石层，5m以下均为中密漂石层，经过钻机选型对比，采用冲击钻机成孔。冲击钻机钻架高7m，十字型钻头重5.5T，主电机37千瓦，三级减速带动卷扬机提升钻头，钻头提升3m高度后自由下落冲击桩孔。　　因多数桩基位于岷江河道中，同时11月中旬至次年4月下旬为岷江枯水期，河道水量相对较小，在保证河道内水流通畅的前提下，采取沿线路中线从桥头、桥尾向主河道中间筑岛。根据现场情况在主河道中间保留20-30米宽的河道保证正常过水。筑岛顶面宽约为10米，在桩基处加宽5米。　　在场地平整过程中，应注意地面高程基本与桩基顶面高程一致，并至少高于河道正常施工水位0.5-1m，避免因围堰填筑过高而增加钻孔工程量及确保围堰施工安全，围堰施工完成后使用压路机对围堰进行碾压，以增强其密实性。并采用麻袋装土及石块堆砌在围堰靠河流上游处，以减小流水对围堰的冲刷。　　施工时孔口上部使用钢护筒作为护壁，护壁钢护筒厚1cm，护筒内径1.7m，根据现场地质及水流情况，护筒埋深2-4m。钻孔过程中桩孔采用泥浆护壁，人工向孔内投放粘土，反复提升钻头冲击孔口内粘土，搅拌成为泥浆。泥浆的性能指标：相对密度1.20～1.40，粘度22～30（S），含砂率≤4%，胶体率≥95%，失水量≤20mL/30min，泥皮厚≤3mm/30min，静切力3～5Pa，酸碱度8～11Ph。　　冲击钻机成孔工艺如下：　　1、钻机就位，在埋好的护筒和备足护壁泥浆粘土后，将钻机就位，立好钻架，对准钻孔中心，固定好撑杆，就可开始冲击钻进。钻机的底座和靠近钻头的前端应采用枕木垫平稳并将其固定，避免产生位移和沉陷，钻架顶部的起重滑轮槽缘的铅垂线应对准护筒中心，其偏差不得大于2cm。　　2、开孔，开孔时应先在孔内灌注泥浆。如孔中有水，可直接投入粘土，用冲击钻以小冲程反复冲击造浆。　　开孔及整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出河床水位1m～2.0m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出，掏渣清孔后应及时补水。　　在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，为避免因护壁不密实造成河水从护壁中渗入而导致塌孔，可按1︰1的比例投入粘土和小片石（粒径≤15cm），用冲击钻小冲程反复冲击，使泥浆、片石挤入孔壁，以增强护壁的稳固性及密实性，必要时需重复回填反复冲击2～3次。　　3、钻进　　钻进时的注意事项：　　（1）通过漂石或岩层时，如表面不平整，应先投入粘土、小片石将表面垫平，再进行冲击钻进，防止发生孔斜、坍孔事故。　　（2）要均匀地松放钢丝绳的长度。松散砂卵石层每次可松绳5～8cm，稍密砂卵石层每次可松绳3～5cm。　　（3）冲程大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握。当通过砂、砂砾石或含砂量较大的卵石层时，宜采用1m～2m的中、小冲程，并加大泥浆稠度，反复冲击使孔壁坚实，防止坍孔。当通过含砂低液限粘质土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度，并采用1m～1.5m小冲程，防止卡钻、埋钻。当通过坚硬密实卵石层及漂石、基岩之类土层时，可采用4～6m的大冲程，使卵石、漂石或基岩破碎，并加大泥浆稠度，反复冲击使孔璧坚实，防止坍孔。但大漂石和探头石易使孔身偏斜，一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔竖直。　　（4）在任何情况下，最大冲程不宜超过6m，防止卡钻、冲坏孔壁。　　（5）在掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。　　4、掏渣：破碎的钻渣，部分和泥浆一起被挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外，因此在冲击相当时间后，应将钻头提出，换上掏渣筒，下入孔底掏取钻渣，倒在钻孔外的指定位置集中堆放，堆积至一定量后再转运至弃渣场，以避免造成河道污染及堵塞。　　5、检孔：钻进中需用检孔器检孔。检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度为孔径的4～6倍。每钻进4～6m，都必须检孔。当检孔器不能沉到原来钻达的深度或大绳偏移护筒中心时，应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况，如不严重时可调整钻机位置继续钻孔，当情况严重时，应立即停钻，用粘土夹小片石回填到检孔器锥底标高以上0.5m处，然后冲击重钻。　　6、清孔：其目的是抽、提孔内泥浆，清除钻渣和沉淀层，为下道工序灌注水下混凝土创造良好条件。　　（1）清孔质量要求：沉淀厚度要求，桩径≤1.5m的桩，沉淀厚度≤300mm；桩径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差的桩，沉淀厚度≤500mm；清孔后泥浆相对密度为1.03～1.1；粘度17-20Pa.s；含沙率＜2%；胶体率＞98%。　　（2）清孔方法：采用掏渣清孔法，应掏到用手摸泥浆中无2～3mm大的颗粒为止，并且泥浆比重应在1.1～1.25范围内。　　7、现场施工过程中出现的问题：右幅4-1#与4-3#墩桩基于2009年11月26日开孔，两台冲击钻机同时钻进，采用24h连续作业，平均日钻进量1.5～2.0m。2009年12月11日右4-3桩孔在钻至28m时出现了塌孔，孔口位置的土体产生下陷，塌孔情况较严重。根据钻孔记录，发现在桩孔深9～15m处为较大的孤卵石夹细砂层。经过分析， 塌孔原因是由于破碎的地质条件及河道中过大的水压力，泥浆不能对桩孔孔壁起到保护作用，且钻孔时对孔壁周围振动较大。根据这种情况，采用钢护筒护壁。钻头提出桩孔后，采用片石将桩孔全部回填至孔口位置，重新开孔钻进，钻头每钻进1m，然后向下跟进钢护筒进行护壁，起到护壁作用。每节钢护筒壁厚1cm，钢护筒内径1.7m（为保证桩孔的偏位在规范要求范围内，故在设计桩基直径上增加10cm），每节钢护筒连接采用焊接，钢筋加强。钢护筒跟进深度超过孤石层后，重新采用正常的钻孔方法进行钻进。由于桩基地质情况复杂，两台冲击钻机同时施钻，对地基振动过大，为避免出现再塌孔现象，只采用一台冲击钻机顺序钻孔，并且对孤石层均采用钢护筒进行护壁。4#墩钻孔桩施工于2009年1月12日全部完成。　　三、水下灌注桩　　1、灌注机具　　（1）导管：用无缝钢管制成，内径为250mm。中间段节长2m，下端节长4～6m，漏斗下配长约1m的导管。导管节与节间采用内螺纹卡口式连接（快速接头），导管吊放时宜用两根钢丝绳分别系吊在最下端一节导管的两个吊耳上，并沿导管每隔5m左右用铁丝将导管和钢丝绳捆扎在一起。导管使用前和使用后要进行水密试验、承压试验和接头抗压试验。　　（2）漏斗：导管顶部与储料斗相连。　　（3）储料斗　　首批砼所需数量V：　　V≥πd2h1/4πD2/4（h2h3）　　h1=Hwrw/rc（见图1）　　h2≥1.0m　　h3 ≥0.4m　　rc：混凝土的容重，KN/m3　　rw：水或泥浆的容重，KN/m3图1　　根据以上公式计算首批砼所需数量V：　　V≥3.14×0.252／4×32×10／2453.14×1.762／4×（1 0.4）=3.47m3。　　（4）工作平台；利用冲击钻机的钻架，在储料斗上铺设木板作为工作平台。　　2、灌注混凝土前的检查与清孔　　导管就位后再次用测深锤测沉淀层厚度。若沉淀层厚度超过设计要求，即进行二次清孔，二次清孔采用喷射法（采用压缩空气将桩孔底部沉淀物稀释）。当沉淀层厚度满足设计要求后即可准备灌注水下混凝土。　　3、水下混凝土配制及灌注　　水下混凝土的配合比经工地试验室验证后，方可使用。因桩基深度较大，达32m，并且不可遇见的因素多。在首批砼灌注以后，为了保证其后续砼灌注不初凝，在砼拌制过程中需掺入缓凝剂（高效泵送剂）。　　混凝土由K45 900处拌合站集中供应，砼罐车运输至灌注现场，用吊车提升料斗至储料斗。砼配合比中掺入缓凝剂，缓凝剂的作用是增加砼和易性，且具有缓凝作用，缓凝剂掺量为水泥用量的2%。首批砼在储料斗中达到3.47m3时，使用钻机的副卷扬机将导管堵头迅速提出料斗外，砼从导管中自行落入桩孔内，水下砼灌注至此连续浇注。　　水下砼灌注过程中必须经常测量灌注砼的深度。采用测深锥法同浇注砼时灌注的体积反推深度相结合的测量方法。　　测锥法：锥为平底，底面积不应太小，制成圆锥型，锥不小于40N，测身用质轻、拉力强、遇水不伸缩、标有尺度的钢制测绳，用两人两个测锥测深。　　复核灌注深度：每隔一段时间，记下此段时间灌入砼的体积，以平均孔径反推深度。孔径根据实际情况确定，一般为设计孔径的1.1倍。　　根据测量的灌注深度，导管埋深控制在2m～6m。导管埋置深度达到要求后，正确指挥导管的提升和拆除。　　导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移至钻孔中心。　　当导管提升到法兰卡接头露孔口以上有一定的高度，可拆除2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。此时，暂停灌注，利用钻机主卷扬机提升漏斗，副卷扬机系牢井口的导管，然后松动导管的快速接头，同时将启吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环，待快速接头拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新与井口的导管联结，校正好位置，继续灌注。　　拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。已拆下的管节要清洗干净，堆放整齐。　　为了确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上需要多浇筑1m左右，灌注结束以后将此段砼清除。　　在灌注即将结束时，由于导管内砼高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大。如在这种情况下出现砼顶上升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。　　四、施工过程中的技术难题分析及处理措施　　1、钻孔坍孔。原因分析:各孔距离太近,净间距为3米，桩孔位于岷江河道上,表层覆盖层为漂石土，冲击成孔时因近距离振动会影响另一桩孔的稳定,从而出现坍孔，并形成窜孔。处理方法:⑴回填片石及粘土,至坍孔处以上2米，并随时用冲击锤轻轻冲击待回填物密实后钻进。⑵调整钻进速度。⑶钻进的同时采用厚度为1cm钢护筒护壁。（4）钻进时相邻桩位采用顺序钻进，避免相邻钻孔同时钻进施工。　　2、钻机卡锥。原因分析:因卡锥部位为漂石层,漂石造成局部孔壁凸进,成孔不圆。处理方法:⑴钻头向下活动，并转动至孔径较大方向,缓缓提起钻头。⑵锥提起后，用片石及粘土混合物回填钻孔，重新冲击，冲击时可用一些高冲程修整孔形。'