坚硬斜层岩钻孔灌注桩钻进施工技术.pdf
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1、74坚硬斜层岩钻孔灌注桩钻进施工技术万巧叶任一杰/中国水利水电第十一工程局有限公司【摘要】本文通过单轴饱和抗压强度大于6 0 MPa中风化斜岩地质条件下的钻孔灌注桩施工,总结了在此地质条件下,为解决高强度基岩桩基施工难度大所采取的措施,以及冲击锤体改进、钻孔钢护筒结构及钻孔工艺优化方面的经验与教训。【关键词】坚硬斜岩钻孔灌注桩设备改进工艺优化1工程概况栾卢高速项目位于豫西深山区,地处秦岭山脉东段,地形起伏大,峰峦连绵,谷深坡陡峭,线路区岩性主要为大理岩、片岩、石灰岩、砾岩等,由于岩层侵入岩较多,岩面变化且强度大,造成了桩基施工地质条件的复杂。对于这类地质条件复杂的桥梁基础钻孔施工仍存在一些需要
2、解决的问题,如强度较高的倾斜岩面钻孔施工一直比较困难。柏松树大桥跨越伊河,补充勘察钻孔揭示,河道内桩基的地层为坚硬斜层岩。13号、14号桥墩桩基施工采用了潜孔钻施作先导孔,通过在桩内钻5个直径为15.2cm的小孔,从地面钻至设计桩底位置,破坏底部基岩的整体性,再采用小冲程冲进使基岩从小孔中先破坏。钻机施工中因泥浆有防止孔壁塌、抑制地下水等作用,所以泥浆选用优质膨润土掺加泥浆处理剂造浆,优质黏土选用了水化快、造浆能力强、黏度大或接近地表经过冻融的黏土。泥浆处理剂选用纯碱、CMC和聚丙烯酰胺,使用前配成一定浓度的水溶液,以提高其效果。2施工难点分析及关键技术应用钻孔灌注桩施工主要包括筑岛平整场地、
3、护筒埋设、泥浆制备、钻孔、清孔、钢筋笼制作安装、灌注水下混凝土等内容。在坚硬斜层岩中的钻孔灌注桩施工步骤与其他地层基本一致,但与其他类似钻孔灌注桩施工相比难度较大。首先,其护筒结构不仅需要解决岩层上部覆盖层护壁稳定,且要对人岩成孔起导向作用,在满足钻孔孔斜精度要求的同时,能够抵抗冲击锤沿斜层岩产生侧向冲击破坏;其次,泥浆在钻孔灌注桩施工中,不仅是冷却钻头、钻孔固壁的重要手段,而且可以挟带孔内钻孔沉淀返出孔外,减少孔内钻渣沉淀,提高钻孔效率;最后,钻孔灌注桩穿过覆盖层进人岩层时,斜层岩在孔底为软硬不一的岩体结构,钻孔过程中的“吃软不吃硬”现象将造成钻孔沿斜层岩倾向偏斜。因此,对钻孔灌注桩人岩接合
4、部孔底结构改善是控制钻孔偏斜的另一重要措施。上述三者是制约斜层岩钻孔灌注桩施工质量、进度与安全的关键因素。2.1施工准备(1)合理规划钻孔施工场地,将钻孔范围内的杂物清理干净。采用机械设备碾压平整场地,用细骨料填平局部不平整处并夯实,保证钻孔冲击设备底座水平,施工过程中不产生沉陷或倾斜。(2)桩位放样。场地检查合格后确定桩位与地面标高,并设置桩位标识。及时测设桩孔中心与标高,方便施工期间质量检测与控制。(3)桩位点测放后,在护筒上口标注东、南、西、北四个方位,再用细钢丝绳拉成十字交叉线找出护筒中心点。调整桩孔中心位置与钢护筒中心位置一致,然后进行钢护筒埋设。(4)钻机就位后,检验钻机基础底部是
5、否牢固和水平,校正钻头垂直度,符合要求后开始钻孔。2.2钢护筒埋设每根桩均应安设钢护筒,护筒采用48 mm厚钢板制作,内径大于钻头直径2 0 0 mm,护筒高度不小于3.5m,上部开设12 个溢浆孔。护筒埋设开挖的边线与护筒外壁的间隙回填为不小于2.0 m的黏土并填实。75坚硬斜层岩钻孔灌注桩钻进施工技术在受河道水位涨落等特殊地质条件影响区段,增加护筒埋设深度,必要时应深人不透水层中。护筒埋设要点如下:(1)钢护筒埋设时,保证护筒中心线与桩孔中心线同心。除非设计有其他特定要求,否则,钻孔灌注桩孔中心位置允许偏差不超过50 mm,钢护筒倾斜度不大于1%,护筒四周所填黏土分层夯实。(2)钢护筒埋设
6、高度要高出地面0.3m。如果孔内有承压水时,护筒高度需要高出稳定后的承压水位2 m以上。(3)钢护筒埋设深度距离岩石基面不得大于冲击钻头或钻头粗径钻具高度的1/2,以便套筒对钻孔起到导向作用。(4)护筒的埋置深度在满足上述条件的同时,还应满足设计要求或桩位的水文地质情况要求。即护筒在黏性土中埋深不得小于1.0 m,砂土中不应小于1.5m。2.3泥浆制备泥浆的制作分为以下三个步骤:首先,粉碎黏土;其次,将粉碎后的黏土移到护筒内;最后,通过冲击锤有节奏地对粉碎后的黏土进行冲击,让黏土转变成浓度合适的泥浆,再进行钻孔。钻机施工中因泥浆有防止孔壁塌、抑制地下水等作用,所以泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。
7、根据机械钻机钻进的特点选用优质膨润土掺加泥浆处理剂造浆,优质黏土需要选用水化快、造浆能力强、黏度大或接近地表经过冻融的黏土,其胶体率不低于95%、含砂率不大于4%、造浆能力不低于2.51kg/m,施工中注意排除粒径为0.2 0.5cm、含量约占2 5%的碎石颗粒的影响即可充分利用。泥浆处理剂如纯碱、CMC和聚丙烯酰胺,使用前配成一定浓度的水溶液,以提高其效果。纯碱水溶液浓度为2 0%,CMC和聚丙烯酰胺水溶液为1.5%。钻进时泥浆性能技术指标见表1。表1钻进时泥浆性能技术指标失水钻孔相对黏度含砂率胶体率静切力/(mL/方法密度/(Pas)/%/%/Pa30min)反循环1.2022304952
8、035钻孔1.402.4天开孔在开孔施工过程中,施工人员需要对机械设备的振动力度大小进行有效控制,避免振动力度过大造成相邻孔洞塌。2.5钻进操作控制(1)将钻头慢速回转、缓慢送人孔底,启动空压机,开始反循环正常作业。钻头正常工作后,转速逐渐加大,增大压力,压力限度以钻头吸渣口不造成堵塞为准。开始钻进时,要用低压低转速方式钻进。(2)避免因泥浆密度过大导致反循环中断。桩孔内排浆中钻渣含量较多、或排浆量减少时,应严格控制钻进速度。钻进时应仔细观察排浆出渣和进尺情况。(3)钻进参数应根据桩径、地层情况,参考钻机的经济钻速和气举排渣合理排量来调整和选择。(4)接钻杆时,要先停止钻进,再进行加接钻杆,保
9、持12 min泥浆循环清洗孔底,排净钻杆孔道内的钻渣,同时将钻具提高至距桩孔底部位置8 0 10 0 mm以上,然后停止泥浆泵工作,加接钻杆。(5)钻杆连接螺栓应拧紧上牢,防止螺栓、螺母及操作工具等掉人孔内。(6)钻进过程中,如孔内发生涌砂、塌孔现象,应马上将钻具提离孔底,排除涌入孔内的砂和塌落物,同时保持泥浆循环。将满足要求的泥浆注人孔内,以维持孔内外静压力平衡,避免继续塌孔和涌砂。钻进恢复后,不宜过量地进行排浆,防止孔壁被吸塌。(7)桩孔深度钻进至设计标高时,停止钻进,继续保持泥浆正常循环,清洗桩孔底部沉淀,直到含砂率小于4%的泥浆返出。起钻时应严格控制速率,并补人适量优质泥浆到孔内,保持
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