1、复杂地层中大孔径超深孔旋挖灌注桩的施工16O公与汽运第 5 期HighwaysAutomotiveApplications2007g-“9 月复杂地层中大孑 L 径超深孑 L 旋挖灌注桩的施工陈诚(核工业湖南省地质局三 0 一大队,湖南长沙 410000)摘要:主要阐述了大孔径超深孔旋挖灌注桩的成孔与成桩施工技术 ,措施和工艺等,说明了常见桩质量问题及其处理措施.关键词:桥粱;旋挖灌注桩;大孔径;超深孔;复杂地层中图分类号:U443.15 文献标识码:B 文章编号:16712668(2oo7o5-o16o-o3河北省张家口至石家庄高速公路化稍营至蔚县(张保界) 段桑干河大桥全长 1600m,桥
2、墩基础为312 根大孔径桩.桥位地处桑干河,普遍为沉积层,局部有断裂破碎带和溶洞,并有涌水等不良地质现象,地质条件较复杂.地层分布:风积黄土层,厚O12.7m;亚粘土,厚 5.07.2m;砂砾,厚6.O8.4m;圆砾,厚 8.O12.7m;亚粘土,厚 6.O7.0m;粘土,厚 5.O9.0m.根据现场地质条件和工期需要,采用旋挖成孔和冲击成孔,其中旋挖桩 245 根,设计桩径 1800mm,桩长 40.O55.0m,均为摩擦桩,桩身砼为 C25.1 旋挖桩施工机械及工艺流程该桥地处桑干河流域,水流量小,枯水季节地下水位极低,地层为冲刷沉积而成.考虑该桥基础大部分设计为摩擦桩,主要选用旋挖方式成
3、孔.1.1 施工机械采用 R 一 618 型履带式全液压自行式钻机,最大钻径 2.5m,最大钻深 80m.可根据不同地层配置不同钻头:在风积黄土,亚粘土和粘土层,可使用长钻筒,加快钻进速度;在砂砾,圆砾层,可使用短钻参考文献:1飞渭,江世永 ,彭飞飞,等.预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件试验研究J.四川建筑科学研究,2003,29(2).2尚守平,彭晖 ,童桦,等.预应力碳纤维布材加固混凝土受弯构件的抗弯性能研究J.建筑结构,2003,24(5).3张坦贤,吕西林 ,肖丹,等.预应力碳纤维布加固一次二次受力梁抗弯试验研究J.结构工程师,2005,21筒,同时用泥浆护壁,并控制钻速;对局部破碎带
4、,孤石,漂石及较软岩石,可用短螺旋头处理,松动后更换长螺旋筒钻进.1.2 旋挖钻机成孔工艺流程(见图 1)1)钻机定位 ,利用钻机液压系统将护筒压人指定深度.2)将钻头垂直吊稳后,慢慢下人井孔,均匀落至工作面;然后液压系统加压,旋转钻进,操作室内显示进尺及钻头位置,按“轻压慢钻 “原则钻进.钻碴通过钻碴孔进入钻碴筒.3)根据屏显深度,钻碴筒内钻碴填满后反转即可关闭进碴口,提升钻杆带动钻筒,同时继续向孔内灌注泥浆,确保孔内水头.将钻筒提出孔外,开始时要缓慢,提高到距孔底数米后,如未遇到阻力,方可按正常速度提升到井口.利用液压系统将筒门打开,排除钻碴.4)重复第三步,循环钻进,直至设计标高.成孔后
5、,更换清孔钻头,清底并确定孔底标高.5)清孔完成 ,测定底碴符合标准后,利用汽车吊吊装钢筋笼.6)灌注水下砼.(2).4CECSI46:2003,碳纤维片材加固混凝土结构技术规程S.5吴智深.FRP 复合材料在基础工程设计的增强和加固方面的现状与发展A. 中国首届纤维增强塑料(FRP)混凝土结构学术交流会会议论文集C.北京:国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心,冶金工业部建筑研究总院,2000.收稿日期:2007-0511总第 122 期公路与汽运HighwaysAutomotiveApplicationsl6l.亡=L_J_Jj二_一_j.一一._j图 1 旋挖钻机施工程序示意图7)砼灌注
6、完成后,拔出导管和护筒,桩基施工完成.2 关键工序的施工技术2.1 成孔1)开钻前 ,根据地层岩性等条件及技术要求,确定钻进方法和钻具.2)根据地层情况控制钻进速度,粘土,亚粘土一般为 46m/h,稍密细砂层为 68m/h,中密密实的砂层,圆砾层,砾石层为 810m/h.3)钻进中 ,每 45m 检孔一次,更换钻头或易缩孔处,均应检孔.检孔器采用钢筋焊接,直径为钢筋笼直径加 10cm,长度为 8m.4)泥浆护壁 .采用膨润土造浆,泥浆由水,膨lI润土,重金石和 CMC(羟基纤维素 )组成,具有相对密度低,粘度好,含砂量少,失水率小,泥皮薄,稳定性强和固壁能力高等优点.膨润土泥浆搅拌均匀后,在贮
7、浆池内静止至少 3h,以便膨润土颗粒充分水化,膨胀,确保泥浆质量.泥浆技术指标见表 l.成孔中,为保持孔壁稳定,不断给孔中供给优质泥浆.钻进中,严格控制泥浆稠度.粘土,亚粘土自造浆能力强,粘浆比重及粘度可减小,并适当注入清水,有利于避免糊钻;在砂砾,圆砾层中,泥浆比重和粘度应适当加大,使其产生足够的侧压力,保持孔壁稳定;在断层或局部破碎带等较差地质部位,可采用较浓泥浆,防止坍孔.本工程地质条件复杂,泥浆配合比及性能指标的确定,除通过孔壁稳定验算外,还应在成孔中根据实际地质情况调整.表 1 泥浆的技术指标2.2 滑孔清孔分 2 次进行.旋挖成孔后进行第一次清孔,采用泥浆正循环的方式,即泥浆通过泥
8、浆泵吸人钻杆,由钻具进入孔底,泥浆沿孔壁回流人泥浆池.清孔前制备质量优良的泥浆,以便在清孔时通过泥浆循环悬浮出孔内及孔底沉渣.清孔后,泥浆密度降至 1.1O1.20kg/m.,且手摸正在循环的泥浆无粗粒感觉.清孔时间一般控制在 l2h.按设计要求加工和安装钢筋笼后,安装导管,在灌注水下砼前,利用导管进行第二次清孔.在导管顶部安设一个弯头的皮笼,用泥浆泵将优质泥浆压人导管内,再从孔底沿着导管置换孔底沉渣.这样循环 lh 左右,用手触摸流动的泥浆无明显粗粒感觉后,可注入清水将泥浆逐渐稀释,使泥浆密度达到1.O31.10kg/m.,含砂率小于 2,孔底沉渣厚度满足设计要求.一般在 23h 内完成二次
9、清孔.2.3 水下砼灌注质量控制1)严格控制首批砼量,确保导管初次埋深达到1.0m 以上,并按首批砼用量加工孔口容料斗.首批砼灌注量按下式计算:162公路与汽运 HighwaysAutomotiveApplications 第 5 期2007 年 9 月V 一兀 hl+兀 DH/4式中:d 为导管内径(m);为孔内砼高度达到 H,导管内砼柱与导管外水压平衡时,导管内砼柱高度(m),h 一 Hy/rc;H 为钻孔初次灌注需要的砼面至孔底的高度,即导管初次埋深 h.加间距 h.(.1m,h.为 0.30.5m);H 为孔内液面与初次灌注需要的砼面距离(cm);为孔内泥浆的容重(kN/m.);yc
10、为砼拌和物容重(kN/m.),一般取 24kN/m.;D 为钻孔实际直径(m).2)首批砼的隔水措施.先拌制 0.2m.与水下砼同强度的砂浆,置于导管内隔水栓上部,倒人砂浆时,将隔水栓下移至导管上口下约 0.2m 处(隔水栓高度必须高于泥浆液面高度),容量计内储足首批砼灌注量后,再剪绳让砼迅速灌人孔底.3)水下砼灌注中,导管提升应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升.每次提升导管前,先探测管内外砼面高度,导管一般埋置深度不小于 3m,最大埋深控制在 6m.4)灌注中遇导管内砼不满时,后续砼应徐徐灌人,不可整斗灌人,防止形成高压气囊,影响导管的密封性或使导管破裂,从而影响桩的质量.5)为确保桩顶质量
11、,将桩顶设计标高以上加灌砼高度控制在 0.5m.3 桩质量问题的处理在本工程旋挖桩水下砼灌注中发生了 2 次质量事故:导管密封不严;导管被堵.3.1 导管密封不严的处理灌注中,孔内不断有小气泡冒出.为防止大量泥浆进入导管内影响桩质量,采取以下措施:放慢导管提升速度,加快砼灌注速度,始终使导管内充满砼,确保导管内砼的压力大于管外泥浆的压力,随着砼面的提高,导管的提升,导管密封不严处将超过泥浆液面;然后拆除该节导管,事故隐患得以排除.3.2 堵管的处理灌注中,因一盘砼坍落度较小,导致堵管事故.采取以下处理措施:1)准确测定并记录堵管处的砼面高度后,将导管拔出,重新进行砼的二次灌注.灌注时,使导管底
12、部下口超过砼面以上约 40cm;按首批砼灌人量储满孔口容料斗(在孔口砼初凝前完成);在拔塞的同时(此时砼已顺畅进人孔口),迅速降低导管下口,使导管下口进入先前灌人的砼中约 20Cm(不能超过50cm,否则将可能导致二次堵管);再按正常的施工顺序将砼灌注完毕.2)待砼达到 7d 强度后,进行压浆补强处理.按正方形布置桩径为 1800m 的灌浆孔,孔中心离桩周边 40cm,桩中心布一灌浆孔,孔深超过断桩位置 1.0m.采用 XX 一 100 型地质勘察钻机成孔,清水循环钻进;成孔后利用清水结合气举,采用旋喷法进行切割清洗,将胶结差部位的碎石,砂等循环排出.清水压力为 2528MPa,流量为 60L
13、/minl 空气压力为 0.8MPa,流量为 4m./min.清洗完各灌浆孔后,在孔口预埋 1m 长的,/,55mm镀锌管用于静压灌浆,采用单管旋喷灌注水泥浆置换胶结差位置,旋喷位置为胶结差处上,下各 1m,旋喷顺序为先中间后四周对称施工灌浆.水泥浆的水灰比为 0.50.8,掺人 4 的膨胀剂;旋喷注浆压力为 2426MPa,提升速度为 10cm/min,旋喷速度为 1620cm/min.各孔旋喷灌浆后,利用预埋注浆管进行静压灌浆,灌浆压力为 4MPa,水灰比为0.50.8( 掺 4 膨胀剂), 稳定时间为 15min.4 结语实践表明,在华北平原这种沉积地层中,采用旋挖成孔灌注桩施工,效率高
14、.与其他桩基施工方法相比,大孔径旋挖灌注桩只是在成孔方式上有所不同,其余工艺基本类似.成孔及清孔中,对泥浆性能控制指标,在按照规范要求进行的同时,必须根据地层的差异作相应调整.采用二次清孔,加上初灌首批砼的冲击力,可使桩底沉渣厚度为零(在抽芯验桩中已得到证明).参考文献:i-1JTJO412000,公路桥涵施工技术规范S.2杨文渊,徐彝 .桥梁施工工程师手册(第二版)M.北京:人民交通出版社,2006.1-33 桩基工程手册编委会.桩基工程手册M.北京 :中国建筑工业出版社,1995.4陈东升.高压旋喷或压密注浆法在桩基缺陷处理中的应用J.公路与汽运,2004(1).收稿日期:2Oo7 一 O4 一 lO
