冲击钻在沼泽地区桩基施工中的应用

'／厶＼警交通技术2012年4月第2期TechnologyofHighwayandTransportApr．2012No．2冲击钻在沼泽地区桩基施工中的应用张静，姚笛(中交二航局第二工程有限公司，重庆400042)摘要：对复杂地质条件下钻孔桩施工工艺进行比较，从施工组织、钻孔效率、成孔质量及施工成本等方面对旋挖钻和冲击钻2种施工方法进行分析。以斯里兰卡科伦坡外环高速公路工程为依托，介绍冲击钻在沼泽地区高强度岩层地带钻孔桩施工中的应用。关键词：沼泽地；高强度岩层；钻孔桩；旋挖钻；冲击钻；施工文章编号：1009—6477(2012)02—0062—06中图分类号：U443．15文献标识码：BApplicationofImpactDrillsinConstructionofPileFoundationsinMarshyAreasZHANCJing．YA0Di斯里兰卡科伦坡外环高速公路工程位于沼泽地区，其中桥梁工程采用1．5m钻孔桩共1032根，80％以上桥梁桩基位于无人沼泽地带。该桥梁工程钻孔桩均为嵌岩桩，嵌岩深度为1倍桩径。桩位处地质钻探资料显示，覆盖土多在12m左右，土壤内摩擦角普遍小于28。，硬岩强度多在100MPa以上，最大值达209MPa，地质差异过大成为本桥梁工程钻孔桩施工的最大难点和特点。1施工难点斯里兰卡科伦坡外环高速公路工程所在的沼泽地区地基承载力较低，设备安放困难；地下水丰富，水位较高；土壤密度较小，内摩擦系数小；钻孔桩孔壁稳定性差，施工过程中极易发生穿孔漏浆和桩基偏位以及塌孔现象；由于硬岩强度较高，对钻孔效率也有影响2施工工艺比选对于类似直径嵌岩桩成孔施工，国内外多采用旋挖钻施工工艺和冲击钻施工工艺(图1、图2)。2种施工工艺各有其优缺点。本文针对沼泽地区高强图2冲击钻度岩层的施工条件对2种施工工艺其进行对比分析。2种钻机成孔性能比较、成孔稳定性比较、成孔故最终确定科伦坡外环高速公路工程沼泽地区高强质量比较、成本比较、环保比较分别见表l一5。度岩层钻孔桩施工采用冲击钻施工工艺。从表l一5可以看出，冲击钻施工工艺在钻孔效率、成孔质量、施工成本及环保等方面具有明显优势，3施工方法收稿日期：2011一lO一20作者简介：张静(1976一)，男，重庆市人，本科，工程师 2012年第2期张静，等：冲击钻在沼泽地区桩基施工中的应用63对准系统是对准及调平系统，时时调整钻头位置，保证桩位准人工对准，效率较低工作性能受最大扭矩限制，超过70MPa的岩层钻进困难可通过加大冲程，提高其钻进能力，特别是对高强度花岗岩岩层效果尤为明显1．钻进过程中，土体受到挤压，在孔壁周围形1．采用静态泥浆护壁，孔壁泥皮薄，其护壁效果差，故孔壁土层稳成较密实的环状土体结构，故孔壁稳定性较定性较差，沼泽区内土体c、值较小，极易造成塌孔好，不易塌孔⋯～～”～～2．旋挖钻起落锤过程易造成水头损失，当地下水位较高时易造成2．冲击钻施工钻头一般不提出泥浆面，且采用缩孔，再次下钻时容易因挂壁造成塌孔循环泥浆可及时补浆，水头高度较稳定，不易造成缩孔及塌孔钻杆为刚性钻杆，钻进过程中，随着钻杆加长，刚桩孔成之钻牙在岩石上碾磨时会造成较强的振动，故容孔质量机自重过大，在振动情况下造成地基土壤液化发钻杆倾斜，造成斜孔现象钻进过程中泥浆为静态泥浆，未进行循环，故终孔后含砂率较高，钻孔过程中均要求进行泥浆循环，故终孔后含含砂量容易造成桩底沉渣较厚，对于嵌岩桩来说，桩底存在较大质量隐砂率较低，清孔一段时间后，很容易达到规范患要求值，确保桩底质量冲击钻采用JK一8型，锤头为5爪锤，锤重7t，难于稳定安装，设备在平台上行走容易造成平台整提升机构自带离合装置，整机自重15t。体偏移，对结构安全及桩基质量造成影响；而填筑土3．1施工流程平台(图3)，则施工简单，且平台荷载对原地基承载施工流程为：钻孔平台准备一泥浆池准备一造力有较好的改善作用，也可为后续施工提供作业面，浆一测量放线一安装钢护筒一钻进成孔一清孔一安故本工程采用土平台。装钢筋笼一浇筑混凝土一拔出钢护筒。3．2．2护筒安装3．2施工方法3．2．1平台准备由于沼泽地区地基承载力较低，场地条件无法满足施工需要，故施工前需对施工场地进行预处理。钻孔平台可采用钢平台或土平台。钢平台需事先安装钢管桩，在钢管桩上搭设钢平台，施工完成后拆除。但由于本工程覆盖层土壤摩擦角太小，钢管桩图3钻孔土平台 64公路交通技术2012年无论购买成本还是维护保养成本，旋挖钻成本非常高，每台约合钻机机型简单，购买成本及维护保养成本都非；凸詹士阪台飙令人民币500万元常低，每台约合人民币30万元1．静浆护壁采用膨润土制浆，成本非常高，每t进口价格超过1．泥浆可用原土造浆，就地取材，可适当加入辅材成本2000元人民币少量水泥或膨润土，成本较低2．全护筒护壁，护筒不能拔出再次利用，摊销成本太大2．护筒较短，可回收再次利用，成本摊销较低平台费用旋挖钻自重太大，平台处理较为复杂，成本较高冲击钻自重较小，平台处理较为简单，成本较低钢护筒采用lOmm钢板卷制而成，直径1．7m。钻机干冲约20rain后加水，借助平台填土进行测量放线后用120振动锤安装6m长钢护筒，护筒冲击造浆。以冲孔深度达到3m左右，泥浆性能达高度宜高出地面0．3nl或水面以上1．0—2．0m。到一定要求(比重>1．10，粘度>30s)后才开始循护筒施沉过程中，用垂球法检测护筒垂直度，一旦发环为宜，循环方式采用反循环。沼泽地泥炭土粘性生倾斜，需立即调整。同一承台需同时安装多个钢较大，可就地取材将其作为造浆材料。开孔时尽量护筒，为防止平台边缘崩塌造成护筒偏移，护筒安装用小冲程轻锤轻打，冲击钻机用最小冲程，卷扬机使完成后用型钢相互连接，同时平台边缘离护筒边缘用冲程不大于1m，当进尺到3—4m时，根据地质至少保持3m最小间距。情况，可适当加大冲程，以控制在1．5m内为宜。出3．2．3钻进成孔护筒底口时，再次减小冲程，以防止孔口塌孔。锤头沼泽地区覆盖层大多为腐质土和泥炭土，腐质出护筒2m后至硬岩层属正常钻进阶段，冲程控制土较为疏松，泥炭土粘性较大。填土平台完成后，腐在21TI内。钻进至高强度岩层后，切忌盲目增大冲质土位于平台填土与泥炭土之间，形成软弱夹层，容程以获取进尺速率，需检查每次落锤时牵引绳是否易造成护筒底口偏位下陷。为此，在钻孔前期采用有偏移现象。若发生偏移则表明岩面不平整，甚至干冲孑L，把护筒内平台填土土体向外、向下挤压，挤为坡度较大的斜岩，此时若以大冲程钻进，极易造成密护筒底口疏松土壤，防止护筒下陷及偏孔。若软斜孔或卡钻现象，故需重新填入片石垫平岩面，再以弱层过厚，可多次冲、填，通过置换方式改善土质结小冲程进行钻机扫孔，直至硬岩斜面扫平为止，然后构(图4)。再适当增大冲程进行硬岩钻进。、＼／沼泽地区地下水位较高，钻进过程中，必须随时平台填土迤l／注意调整孑L内泥浆面，维持孔内的水头高度，孔内泥，浆面任何时候均需高出地表水面1In以上；保持孔丝壁内外压力差，同时钻孔过程连续操作，不得中途长时间停止，尽可能缩短成孔周期，减少塌孔风险；同一根桩钻进过程中应使用同一锤头，避免因锤径差泥炭土异造成卡锤现象；成孔后，加强泥浆循环，将孔中沉渣清出孔外，清孔时注意泥浆浓度变化，防止浓度下图4地质改善示意降太快，造成钻渣下沉。 公路交通技术2012生桩基承载力检测通过动载试验完成。按照英国Bs标准，动载试验采用落锤方式测试，测试锤采用11t铁锤，让其从0．75m高度自由落下，分别观测工作荷载(5oot)及测试荷载(750t)情况下桩基沉降值，检测数据显示，桩基承载力完全满足规范要求(图9)。图7扫描断面示意糯l卜吧卜．_．．32—_．02—--43—41—4图6可视超声波检测仪图8桩基瑕疵瀑布模拟(a)荷载能量与时间关系(b)荷载与波速关系荷载，t0．o03o()．00600．oo9()0．00120o．o0昌摩阻力分布)。、fr1LJjjjj{＼、《§、删}庄基分段单元桩基轴向抵抗力邀繇避，j(c)荷载与位移量关系(d)桩基表面摩阻力分布图9动载试验波形分析(下转第70页) 70公路交通技术2012正时，脱空尺寸=(t一td)。4超声波定量检测技术在依托工程上的应用本文基于钢管混凝土模型内仅有1个缺陷的试云南省昆明市海口大桥为中下承式钢管混凝土验前提进行分析研究，因此，在本文研究基础上还可拱桥，采用柔性吊杆，是用系杆平衡水平推力的带悬以进一步对同一测线上存在多个缺陷的模型开展超臂半孑L的无推力拱。声定量检测研究，以得到更多有价值的结论。对拱顶附近拱肋进行缺陷定量超声测试，并对本文研究的钢管混凝土拱肋混凝土缺陷超声波测试结果进行分析，测试结果见表2。检测方法只适用于可以实现对测的拱肋，对于无法由拱顶附近拱肋缝宽测试结果可知，有5个断进行对测的结构(如哑铃型拱肋)并不适用，因此还面的缝宽为0～0．5mm，有2个断面的缝宽为0．6—需进一步研究用于无法实现对测的钢管混凝土结构1．0mm，有1个断面的缝宽为1．3mm。缝宽小于的超声检测技术8J。1．0mm的断面数量占测试断面数量的87．5％，缝宽大于1．0mm的断面数量占总测试断面数量的参考文献12．5％。[1]陈宝春．钢管混凝土拱桥设计与施工[M]．北京：人民经计算分析，拱顶附近超声定量检测结果最大交通出版社，1999．值为1．3mm，表明拱顶附近拱肋内部昆凝土密实性[2]刘清元，谈桥．钢管混凝土内部缺陷的检测[J]．山较好。西建筑，2004，30(3)：63—65．[3]刘清元．基于超声波法的拱桥钢管混凝土拱肋密实性检测[J]．无损探伤，2004，28(2)：13—15．5结语[4]黄克超，张永辉，陈晓光，等．钢管混凝土拱桥施工过本文的研究内容不仅具有一定的理论意义，而程检测与试验分析[R]．乌鲁木齐：新疆交通科学研究且有实用价值，提供了钢管混凝土拱桥拱肋缺陷定所，2001．量检测的方法和依据。本研究取得如下成果：[5]王继维，宋辉煌．关于提高超声法检测混凝土缺陷技术准1)基于理论和试验研究，首次提出超声波在空确度的探讨[J]．仪表技术与传感器，00l(7)：37—39．钢管壁中沿弧长传播的实际路径，其是以与钢管外[6]刘福顺，汤明．无损检测基础[M]．北京：北京航空航壁切线成的入射角度进入钢管，通过钢管内壁反天大学出版社，2002．射回到钢管外壁,~tEl此反复，呈折线前进传播。[7]吴新璇．混凝土无损检测技术手册[M]．北京：人民交2)通过资料调研和理论推导，得到钢管混凝土通出版社，2003．缺陷定量检测公式的2个使用条件，即当满足t≤[8]文国华．哑铃型钢管混凝土拱肋应用超声波检测混凝t时，空洞尺寸h⋯1=(t一td)。；当满足t，≤t土质量的探讨[J]．中南公路工程，20O3，28(1)：94—96．<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●C●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<●<>●<>●<>●(>●<>●<>●<>●<>●<>●<>。<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>‘<>●<>‘<>●<>●(上接第66页)桥涵设计通用规范[s]．北京：人民交通出版社，2004．5结束语[3]中建标公路委员会．JTGB01-2003公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2004．斯里兰卡科伦坡外环高速公路桥梁工程采用了[4]第一公路勘察设计院．JTJ064---98公路工程地质勘l032根1．5m钻孔桩，其一次性成孔率高达察规范[S]．北京：人民交通出版社，1999．99．5％，桩基质量合格率高达100％。这充分证明[5]中国建筑科学研究院．JGJ106-2003建筑基桩检测了采用冲击钻在沼泽地区高强度岩层地带进行钻孔技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003．桩施工是可行的。该施工方法有效保证了成孔质[6]中国建筑科学研究院．JGJ79—2o02建筑地基处理量、桩基质量和施工进度，值得类似工程施工借鉴。技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．[7]中国住房和城乡建设部．JGJ94—2008建筑桩基技参考文献术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．[1]路桥集团第一公路工程局．JTj041-2000公路桥涵[8]中国交通部．JT／T705-2007混凝土灌注桩用钢薄施工技术规范[s]．北京：人民交通出版社，2000．壁声测管及使用要求[S]．北京：人民交通出版社，[2]中交公路规划设计院有限公司．JTGD60-2004公路2007．'