摘要:文中结合在沈阳四环高坎浑河大桥主桥钻孔桩施工经验,阐述了在花岗岩和圆砾层地质中采用冲击钻施工直径2.5m钻孔桩的施工工艺,提出了冲击钻成孔施工注意事项,以提高其成孔质量。
关键词:冲击钻 花岗岩 圆砾层 直径2.5m钻孔桩
1、工程概况
沈阳四环高坎浑河大桥位于沈阳东陵区,位于沈抚新城核心地带,桥位处浑河水面约宽450m。其中主桥6～10#墩位于浑河上,基础采用直径2.5m嵌岩群桩基础,孔深24.5～31m。其中主墩8号墩,桩长31m,采用21根φ2.5m群桩基础,桩呈纵向5排、横向5排（纵横向外侧均为3根桩）布设,其余各墩采用12根钻孔桩。设计要求进入中风化花岗岩层深度不小于5m。
2、地质水文概况
浑河河床底标高为+49.928m,常水位为+53.45m,桥位处地层上层主要为淤泥、砂层、圆砾层,下部主要为花岗岩层,其中全风化层厚约6.4m,强风化层厚约7m。
(1)淤泥夹粉砂:灰绿色,含较多粉细砂,饱和、流塑,层厚2.5～4.5m。
(2)圆砾:褐色,饱和,密实,级配较好,一般粒径为2～20mm,砾石含量约55～65%,最大砾径约40mm,呈亚圆形,混粒砂充填,填充较密实,层厚8～9m。
(3)下伏基层为花岗岩,平均抗压强度为40Mpa,最大抗压强度为100Mpa。
3、方案选定与钻孔设备选取
3.1 方案选定
主桥墩位于浑河中,河床底标高为+49.928m,常水位为+53.45m,最高水位为+55.45m。开始施工基础时为2011年3月份,河道中仅主河槽中存在水流,其余处河床外露。考虑到后期承台施工时正处于浑河汛期,因此主桥基础施工采用筑岛施工。主岛8#墩筑岛顶面按最高水位加2m,即+57.75m,其余岛面按+56m控制。筑岛材料采用外购沙石,筑岛周围采用堆砌砂袋防护。由于承台埋深较大和地质情况,护筒埋设较深,筑岛时边埋设护筒边筑岛。
3.2 设备选取
由于桥位处地质情况为圆砾层和花岗岩层,若采用回旋钻施工直径2.5m的钻孔桩,钻进中在圆砾层中不易保持孔壁稳定,且砾石对泥浆泵叶片损伤较大,设备事故率高。回旋钻在砂层钻进速度快,但是进入花岗岩层后速率较慢。采用冲击钻施工深度在30m左右钻孔桩,成孔效率较高,且成孔垂直度好,又能保持孔壁稳定,进入岩层后也能有较高效率。
选用冲击钻机,在钻进过程中,最重要的问题是如何保证冲击钻头在孔内以最大的加速度下落,以增大冲击功。故合理确定钻头重量、冲击行程和冲击频率都相当重要。一般冲击钻头重量按其冲孔直径每100mm取100～400kg为宜。
因此综上所述,决定选用锤重为11t的五翼锤。冲击钻采用正循环钻机,采用气举反循环清孔。
4、冲击钻成孔工艺
4.1 钻孔桩施工工艺流程
钻孔桩施工按照如下顺序进行:
一次筑岛施工测量放线埋设护筒和二次筑岛钻机定位安装钻进成孔检查安装钢筋笼安装导管清孔灌注混凝土桩基质量检查验收。
4.2 钻孔桩施工准备
4.2.1 筑岛
采用筑岛方案进行基础施工,筑岛边界以承台外8m为准,筑岛上每个墩位边设泥浆池用作储浆,施工时将相邻护筒串联起来作为泥浆循环通道和泥浆沉淀池。
4.2.2 钢护筒加工与埋设
(1)根据地质情况及筑岛标高,护筒直径2.8m,8#墩护筒长12m,其余护筒长10m,护筒底穿过粉质粘土层。护筒采用厚度20mm的钢板分节制造,现场连接,底节高6m。为增加护筒刚度在护筒的上下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。
(2）护筒埋设采用挖机配合中-180震动锤,进行埋设。经过计算在砂卵层中采用中-180震动锤埋设护筒只能埋设约4m,因此护筒埋设前需采用挖机清除河床的冻土和冰层,护筒埋设与筑岛相互配合,采用多次筑岛。护筒顶高出筑岛面0.3m。护筒外围回填黏土并压实。
(3)护筒顶面中心与桩位中心偏差不大于5cm,倾斜度不大于1%,并测量护筒顶标高,计算钻进深度。
4.2.3 钻机安装
冲孔钻机对中就位后,经测量大绳中心位置偏差小于2cm,钻机底座铺设跑板确保钻机平稳、支承牢靠,防止钻机在冲孔过程中发生位移和不均匀沉降。
4.2.4 钻进中泥浆控制
冲孔过程中采用投粘土块造浆的办法施工,粘土块事先预制。每次投放粘土不宜过多,以免发生“吸钻”现象。钻进中泥浆既要起到护壁作用,同时起到浮渣作用,泥浆太稠,钻头下落加速度小,冲击力较小,泥浆粘度太小不能起到浮渣作用,且护壁效果差,易造成塌孔。
4.3 钻孔施工
4.3.1 钻渣清理
正常钻进过程中,采用泥浆泵正循环方法清孔,泥浆循环至泥浆池中沉淀后,及时清除泥浆池中钻渣。
当遇到纯钻速度降低到5cm/小时以下时,往往为泥浆稠度太大,或无明显的冲击声等,就应当停钻取渣,一般每钻进2m应采用泥浆循环排渣,直至泥浆比重小于1.3或钻渣厚度较少时为止。
4.3.2 钻进中注意事项
冲击钻施工在不同地质采用不同冲程,防止出现钻孔事故和提高钻孔效率。
每次钻前应检查十字钻刃口直径,其允许误差为±20mm,若超过上值时则应进行修补;在冲孔钻进中,钻头直径应严格控p因冲击钻在钻进过程中钻渣采用正循环清孔,泥浆中含砂量较大,终孔后若采用正循环清孔时间较长,且含砂量较高,沉淀厚度也超出规范要求。在终孔后采取气举反循环配合黑旋风ZX-250X型泥沙分离器的方式清孔,清孔效率和成孔质量明显提高。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011.
[2]《公路桥涵施工技术规范》实施手册JTG/TF50-2011.下载本文
