复杂岩溶地区钻孔桩施工技术要点分析

发布时间：2014-07-28 18:53

　　1工程概况
　　1.1设计概况
　　赤石特大桥位于宜章县赤石镇下欧村渔溪村之间的河流阶地及河漫滩上，主墩区位于河流及冲击区，主跨为165m+3×380m+165m四塔斜拉桥，为目前世界第一高墩多塔斜拉大桥。全桥共四个主墩，其中5#墩基础采用扩大嵌岩基础，6、7号墩基础采用2.8m及部分3.1m钻孔桩，桩底位于完整基岩上。
　　1.2地质条件
　　据地质勘探报告表明桥址地质情况十分复杂，土层分为：种植土、粘土、卵石、漂石、块石、泥灰岩、灰岩、碳质灰岩、钙质灰岩、钙质页岩、及断层角砾岩，岩溶十分发育。
　　2施工特点与技术难点
　　2.1施工特点及技术难点
　　2.1.1地质复杂
　　岩溶十分发育，岩溶发育形态以溶蚀、裂隙、溶沟、溶槽为主，溶洞次之；岩溶填充物松散，或无填充，且在雨季地下水位反复变化，易塌孔、跨孔、偏孔，造成成孔困难。
　　2.1.2钻孔深度深，孔径大
　　钻孔深度从护筒顶面起算最深达102m；孔径2.8m及部分3.1m钻孔桩。冲击钻钻孔深度达到80m左右时，正循环清孔清不出钻渣，进尺异常缓慢。进尺异常缓慢易导致钢丝绳磨损和疲劳破断而掉钻。掉钻后长时间停钻易引起塌孔。终孔后清孔周期长，易引起孔壁泥皮变厚，影响桩周摩擦力。变厚的泥皮在钢筋笼下放过程中也容易被刮下掉至孔底引起孔底沉渣超标。
　　3钻孔施工
　　在钻孔桩施工中钻机是最主要的设备，笔耕文化推荐期刊，钻机的选择对工期目标及成孔质量有着直接的关系，考虑到回旋钻机在穿越卵砾石层、大倾角岩面、裂隙、溶洞、石芽，十分困难；且一旦出现漏浆，塌孔钻机拆除缓慢，极易埋钻及卡钻。在地质条件好岩层较平的情况下可以使用。而采用冲击钻成孔具有设备简单、操作方便、动力消耗小、维修方便等特点，一旦出现塌孔或漏浆，可快速的将钻头提出，方便回填黄土及片石，针对本桥址岩石倾角发育，溶洞多易塌孔漏浆的特点，施工中全部采用正循环冲击钻成孔、气举反循环清孔的施工方案。
　　3.1护筒埋设及开孔
　　3.1.1开孔钢护筒埋设采用栽桩法，护筒直径大于钻孔桩设计桩径40cm。测量放样后，机械开挖，人工修整基槽，开挖到设计深度（视首节钢护筒长度定）后，用吊机或钻机吊钢护筒入槽，施工时护筒顶面高出地面或岛面为0.3～0.5m，并高出水面一般1.0m。基坑挖好后恢复桩中心点，调整钢护筒中心与垂直度，其中心偏差小于2.0cm, 护筒垂直度均控制在5‰以内。钢护筒定位后，在护筒四周分层回填粘土，分层厚度不大于50cm并每层夯实。
　　3.1.2开孔前向孔内注水，并投放黄色优质粘土开孔造浆。开钻前期即钢护筒底及以下3.0m内，可在粘土中添加适量粒径不大于15cm的片石，用0.5～1.0m的低冲程反复冲砸，使泥膏、片石挤入孔壁形成护壁。
　　3.2卵石土层钻进
　　3.2.1在卵石土层内正常钻进时，冲程控制在2～4m，必要时可向孔内投入黄色优质粘土混合块石进行回填冲钻，确保孔壁稳定。覆盖层钻进时底层软弱交替出现进尺较快钻头容易出现偏位，应每班检查钻头偏位情况，及时纠偏；另外覆盖层钻进时进尺较快，出渣量大，泥浆比重较大，应及时掏渣调浆，泥浆比重过大时钻头难以转动，容易形成梅花钻，比重过小时返渣速度缓慢；塌孔回填成孔冲程控制在1m~1.5m之间，沙卵石底层冲程控制在2~3m，且应根据不同底层选择不同的泥浆比重。一般来说：卵石层泥浆密度控制在1.3~1.5之间，风化岩泥浆密度控制在1.2~1.4之间，回填层泥浆密度控制在1.3~1.5之间。
　　3.3基岩钻进内护筒施工
　　3.3.1进入基岩面时，要控制小冲程并要求回填反复冲钻，防止斜面基岩而导致斜孔或钻头摆动导致局部塌孔，必要时可投入片石或浇注砼进行冲击，进入基岩后可采用大冲程钻进。在此过程中仍然要每班检查钻头偏位情况。
　　3.3.2每个孔位均应绘制地质剖面图，挂在钻机上，以便根据钻孔地质资料，结合钻孔进尺情况对不良地质进行预警，组织机械设备及劳动力、备用原材，在将进入岩溶、溶沟（缝）顶2.0m时，需改用1～1.5m的小冲程进行钻进。
　　3.3.3钻孔作业应分班连续进行，选择责任心较强技术熟练的人员作为机长，做好帮带工作，如实填写钻孔施工记录，应勤检查钻机、钻头、钢丝绳等，使其处于良好的工作状态。勤测量泥浆指标，发理问题及时处理。
　　3.3.4钻进过程中技术人员要随时结合钻孔快报做好不良地质预警工作，对黏土片石混凝土土原材备料做好检查工作，日常检查工作包含：孔中心偏位检查、钻头直径检查、钢丝绳检查、泥浆指标检查、取样及钻孔记录检查、临边防护检查。
　　3.3.5根据钻孔桩施工记录对照地质勘测资料，在钻孔深度距离溶洞2m时采用50t履带吊及BIJF160型振拔锤下内护筒，防止钻孔至溶洞时由于漏浆造成塌孔。内护筒直径大于设计桩径20cm，内护筒底部座落于基岩上，内护筒顶部焊接悬挂到外护筒（开孔护筒）上。内护筒长度根据溶洞距离地面的高度确定。内护筒长度L = h -2m（ h 为地质补勘确定的溶洞距外护筒顶口高度）。
　　3.4 岩溶地层钻孔施工
　　3.4.1 小规模及充填溶洞的处理
　　1） 抛填土石。当遇有小规模及充填半充填溶洞或岩溶沟槽时，一般采用抛填片石和黏土的方法处理。抛填以土石混合物为主，宜先将片石和黏土以7∶3 的比例（重量比） 混合，然后使用机械投入内，利用土石混合物将溶洞填充，使土石顶面高出溶洞顶板一定高度（根据不同的情况确定，一般为2 m～6 m） 后，重新冲击成孔。抛入的土石混合物中，可适当掺入部分碎石，也可适量掺入部分水泥，可以达到更好的造孔效果。2） 灌注水下混凝土填充。当遇有发育较深的溶、溶槽时，往往由于沟槽宽度不足而使土石分离，片石在沟槽顶面，而黏土及泥浆随水流带走或因钻头冲击而沿沟槽流失，无法钻进施工。此时应采用灌注水下混凝土的方法将岩溶沟槽进行填充，阻断因岩溶沟槽而引起的桩孔内外水流交换。
　　3.4.2 规模较大的无填充溶洞的处理
　　当溶洞规模较大且为无填充空洞，采用抛填土石或灌注混凝土较为困难，此时应采用内护筒穿过溶洞的施工方案，如图1 所示。
　　施工要点包括以下方面：
　　1） 钢护筒选择。内护筒长度L = h + 3 m（ h 为地质补勘确定的溶洞高度） ,内径应大于桩径10 cm。
　　2） 内护筒沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，若冲锤不明显受阻，则说明顶部已成孔且圆滑垂直，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机（或桩机自身） 把内护筒放入外护筒内至孔底。3） 内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理，步骤如下：a. 在内护筒底部及顶部1. 0 m 范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。b. 用高压喷射注浆法（旋喷法） 对回填体进行注浆处理，注浆后内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30 MPa ,其抗渗系数可达10 - 7 m/ s ,注浆处理后即可重新冲孔。
　　3.5终孔、钢筋笼施工及二次清孔
　　3.5.1终孔开始调整泥浆的性能，采用泥浆分离器降低含砂率，并投适量的CMC提高泥浆的粘度和胶体率，将比重调至1.12以下，含砂率降到1%以下。
　　3.5.2主墩钢筋笼重量为28～45t，采用长线台座法制作，分节运至现场，再在孔位逐节安装。二次清孔均采用气举反循环法。为减小清孔后混凝土灌注前的间隔时间，减少混凝土灌注前孔底的沉渣，保证孔底质量，单独采用一套直径为220mm吸泥管进行清孔。清孔完成后分长节（每节12m）拆除吸泥管，拆除第一节后即可开始混凝土灌注……   

 

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