大粒径卵石地层石梁群落中大直径钻孔桩成孔技术
池雁彬
摘要介绍在隆纳铁路长江大桥大直径钻孔桩施工中,针对在大粒径卵石地层石梁群落中不同类型钻机的成孔问题、大直径钻孔桩施工问题,采用吸泥回灌混凝土、反复回填粘土片石。互层冲击开孔、小护筒跟进等有效的技术措施。
关键词砂卵石石梁钻孔桩成孔
1、工程概况
隆纳铁路泸州长江大桥1#~3#墩位于主河槽,采用双壁钢围堰防水结构施工,1#墩基础为18根φ2.0m大直径嵌岩钻孔桩,桩长23m;2#、3#墩基础均有10根φ2.5m大直径嵌岩钻孔桩,桩长分别为19m、28m。1#墩枯水期距岸边50m,水深较浅,从岸边修筑便道筑岛后进行钻孔桩作业,桩基施工完后,挖除筑岛土石方,下沉钢围堰;2#、3#墩则先下沉钢围堰浇筑封底砼,然后在钢围堰顶用万能杆件组拼4m高的空间桁架作为钻孔工作平台。
桥址处覆盖层主要为第四系河流中洪积相的砂卵石,卵石粒径一般为8~20cm,最大可达40cm,卵石之间填充细砂,覆盖层厚0~18m,桥位下伏出露基岩全部呈鱼背型石梁,石梁在桩径范围高差可达4m,其中3#墩围堰范围内岩面倾斜高达13m,岩性以长石砂岩为主,强度达50~ 80Mpa,设计要求桩基嵌入长石砂岩深度不小于4m。
2、钻孔桩成孔
1#墩采用1台C70全套管钻机,4台CHZ-7型冲击钻,2#、3#墩原计划通过大管径吸泥机将围堰内的砂卵石覆盖层清除干净,而后采用反循环旋转钻机成孔,但随着钢围堰的吸泥下沉,墩位处地质情况与设计相比发生了很大变化,在覆盖层底部出现大量的鱼背型石梁,致使围堰一点已经着岩,而其它部位砂卵石层仍较厚的被动局
面,此时旋转钻机已按计划全部进场,在此情况下,我们一边采用QJ250型旋转钻机钻孔,一边进行工艺调整,组织冲击钻机进场。
2.1旋转钻机成孔
2.1.1钻机就位
钻机由浮吊吊装就位前要对护筒进行校核检测,根据护筒的实际偏差,在钻机就位后适当调整钻机就位位置,即钻具中心不一定与护筒中心吻合,而是最接近设计桩位中心,以保证钻孔桩的准确位置。
2.1.2钻孔
采用反循环清水旋转钻机钻进砂卵石层时,可以将粒径20cm以下的卵石吸出,大于20cm
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的卵石随着钻头旋转,不易钻碎,再加以护筒内岩面倾斜较大,高差最大达4m,桩孔内一边为岩层,一边为卵石层,致使旋转钻进尺缓慢,而且在钻进1.5 m以上时,各桩位均出现不同程度的坍孔。初期我们曾采用潜水员潜水打捞直径约20cm的卵石,后因进度缓慢,改用管径φ427mm 的吸泥机在孔内吸泥,将砂卵石吸出,吸深1~2m时,此时的孔径约为3~4m,然后按水下混凝土灌注法回填C20混凝土,待混凝土强度达到30%时用旋转钻机钻进,所成的孔壁是个完整的混凝土圈,这样就能避免坍孔,钻完混凝土时,再利用吸泥机吸深1~1.5m,回填C20混凝土,这样反复进行,直至全部钻进至基岩后,就可发挥旋转钻机的特长,加快施工进度,每天可钻岩2m。
但由于卵石层较厚反复回填混凝土,特别费时费事,但在冲击钻未进场的情况下,根据统计,旋转钻在岩层中用此方法成孔,也争取了工期。
2.2冲击钻机成孔
2.2.1护筒的埋设及开孔加固
护筒埋设是1#墩筑岛冲击钻孔的一道重要工序,首先在护筒四周用黄泥逐层填充夯实,避免在钻孔过程中可能发生孔口坍塌、护筒下沉等问题,使钻孔无法进行。2#、3#护筒则直接埋在封底混凝土内。
针对护筒底口砂卵层松散,再加以作业面多台钻机同时作业,容易坍孔的弊病,在开钻进尺1m后,反复回填粘土片石互层至少3次,冲击回填次数,以保证孔内水位高于河面水位为宜,使孔口得以加固。
2.2.2钻孔
⑴泥浆
选择用优质粘土向孔内投泥造浆,保证钻孔内的泥浆面始终高于外部水位或地下水位1.5~ 2.0m,使泥浆的压力超过外部水压力,在孔壁上形成一层泥皮,阻止孔外渗流,保护孔壁免于坍塌,在钻进过程中,纯泥浆比重宜在1.5~1.6之间,以便护壁和悬碴,从直观看,冲锤出水应被一层稠和的泥浆包裹。
⑵冲击成孔
1#墩采用冲击钻机施工的11根φ2.0m直径的钻孔桩,无出现过坍孔现象。但在2#、3#墩的φ2.5m直径桩的冲击过程中多次出现坍孔现象,特别是在钻岩层时,孔深加深,上部泥浆比重相对减小,再加以冲击岩层时震动力大,更易坍孔,这除了孔壁的自稳力差和墩位处水流急、冲刷严重有关外,还因为3#墩在钢围堰就位前对裸露石梁进行爆破,覆盖层的原始胶结结构受到了破坏,比较松散。出现坍孔后,我们采用了内套小护筒的施工方法,小护筒采用δ10mm钢板制成,
外径2.65m,长度根据大护筒底口距离整个孔径进入岩层的距离确定,两护筒考虑2m搭接长度,除下口外,每隔1.8m设一道加劲肋板(δ=10mm,宽0.1m,外径
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