大连鞍子河大桥岩溶区钻孔桩施工方案.doc

大连鞍子河大桥岩溶区钻孔桩

施

工

方

案

白城市公路工程有限责任公司

目 录

一、工程概况 1
1、工程地质条件 1
2、水文地质条件 1
3、桩基础设计 1
二、近海岩溶地区对钻孔桩影响分析 2
1、漏浆和坍塌孔 2
2、卡钻 2
3、断桩 2
4、钻孔过程中出现地下河或裂隙 3
三、方案的选用 3
1、溶洞分布 3
2、方案拟定 4
四、施工方法 6
1、冲击钻孔施工法 7
2、抛填法治理溶洞施工工艺 9
3、双护筒施工工艺 10
五、防止预案措施 11
1、偏孔防止治理措施 11
2、卡钻防止治理措施 12
3、成孔过程中地下河或裂隙的解决 12
4、断桩施工防止措施 13
5、孔内泥浆骤然下降治理措施 13
六、施工安全保证措施 14
1、钻孔施工安全保证措施 14
2、冲击钻机操作安全保证措施 14
七、结语 17

A. 一、工程概况
大连海湾工业区鞍子河大桥处在直线段内，桥孔布置为8孔20米，结构为双幅，桥面宽度为21米+2×7.0米人行道，桥梁下部墩采用多柱式，桥台采用肋板式，桥墩、桥台基础均采用钢筋混凝土桩基础形式。原图纸全桥桩基共计88根，变更后0#台增长8根，最大桩深设计为：59.1m，共钻孔：3973.9米。
1、工程地质条件
该桥为城市重要干道，该地区地处普兰店湾海滩区，地势平坦，地层分为：淤泥层、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、下部基岩在5号墩与8号墩间存在地质界线，0-5号墩处基岩为泥灰岩，岩溶裂隙发育，溶洞多为0.5米——3.2米之间不等，并且有多处在钻探过程中出现漏水，但未探明溶洞区域；6-8号墩处基岩为页岩，页岩分为强风化页岩、中风化页岩。
2、水文地质条件
河流稳定。该河为规划后的改道河流，根据本地水利部门历年观测资料调查计算，河底最大冲刷深度为3.5米，设计流量650m3/S。受到潮汐影响最高洪水位3.9米。
3、桩基础设计
桥梁桥台桩基础桩径为1.2米，桥墩桩径1.4米。图纸变更后设计规定桩基础进入中风化页岩3.2米。
B. 二、近海岩溶地区对钻孔桩影响分析
鞍子河大桥地区溶洞规模较大，溶洞成串出现，洞内充填物复杂，由于原地貌为海滩，溶洞内很也许暗河纵横交错，在这样的地质条件下进行钻孔桩施工，会碰见许多复杂的技术和质量问题，其重要问题可分为防止出现漏浆和坍孔、偏孔、卡钻、断桩等质量通病。

1、漏浆和坍塌孔
产生漏浆的因素重要是由于岩层的非密实性导致水压差。鞍子河地下溶洞初步分析应为软塑状充填物或空洞，极易与地下水相连形成暗流，钻孔过程所使用的大比重泥浆其压力大于暗流水压，从而产生漏浆现象。漏浆容易导致坍塌孔，坍塌多发生在护筒底脚部。当护筒下沉至岩面，两者衔接处出现较大的孔隙，钻头穿过半充填或无充填溶洞顶板时孔壁压力减弱，孔内水头急骤下降、外部地下水高压力渗透作用等，都会引起孔壁坍塌。
2、卡钻
根据鞍子河大桥地质钻探资料，在施工过程中有也许出现以下几种卡钻情况：1）岩面倾斜、溶沟、溶槽卡钻；2）地下岩溶发育，溶洞内软塑状充填物吸钻及涌砂埋钻、漏浆塌孔埋钻；3）孤石、探头石卡钻；4）钻进过程中穿越溶洞顶板因钢丝绳回弹和钻头自身摇摆而改变了钻头十字方向卡钻；钻头冲击岩石导致刃脚脱落，四肢不对称形成椭圆孔而卡钻。
3、断桩
鞍子河大桥在地下溶沟、溶洞交错的复杂地质条件下，更易发生断桩，其重要因素是在灌注混凝土时难以准确测出所灌注混凝土量，水下混凝土流失严重，导致断桩；另一方面，由于导管接头不密封产生漏水，提拔导管测量不准等常见因素导致断桩。
4、钻孔过程中出现地下河或裂隙
鞍子河大桥在以前的钻孔过程中0号台出现多处漏水导致塌孔，重要因素是由于裂隙或地下河引起，小的裂隙在混凝土浇筑过程中可以导致混凝土流失产生断桩或成孔困难。
综合上述，对于近海地区进行钻孔桩施工，必须采用科学的技术手段，使用科学的组织管理，才干保证成孔的质量。
C. 三、方案的选用
根据鞍子河大桥的地质钻探情况，预计会有50个孔位会出现溶洞，溶洞多余现于泥灰岩层，根据钻探地质界线，以钻探孔ZK左5-1与ZK左5-3间至ZK右5-3与ZK右6-4间连线分界，0#台-5#墩大部分孔位处在泥灰岩基岩范围内，并且在0#台-5#墩范围内出现串洞、漏水点较多。5#墩局部、6#墩-8#台处在页岩范围内，钻探显示仅7#墩2个孔位分别出现溶洞，但其规模不大。本桥位的溶洞分布情况及施工方案如下：
1、溶洞分布
a、0-0.7m溶洞：左0-3、左0-4第二个洞、右0-1第二个洞、右0-2第二个洞、右0-3第二个洞、右0-4第二个洞、左0-8、右0-5、右0-7、右0-8、左1-1第二个洞、左1-2第二个洞、左1-3第三个洞、左1-4第二个洞、右1-1第二个洞、右1-2、右1-3第二个洞、右1-4、右2-1、右2-2右2-3第二个洞、右2-4第二个洞、左4-1、左4-2、左4-4第二个洞、右4-1第一、三个洞、右4-2第二个洞、右4-4第二个洞、左5-2、左5-3、左5-4、右7-3、右7-4；
b、0.7-1m溶洞：右0-1第一个洞、左0-7第一个洞、左1-3第二个洞、左7-3、左7-4、右7-1；
c、1m以上溶洞：左0-1、左0-2、右0-1、右0-2第一个洞、右0-1第一个洞、右0-3第一个洞、右0-4第一个洞、左0-5、左0-6、左1-1第一个洞、左1-2第一个洞、左1-3第一个洞、左1-4第一个洞、右1-1第一个洞、右1-3第一个洞、右2-3第一个洞、右2-4第一个洞、左3-1、左3-2、左3-3、左3-4、右3-1、右3-2、右3-3、左4-4第一个洞、右4-1第二个洞、右4-2第一个洞、右4-3、右4-4第一个洞。
2、方案拟定
0-0.7m溶洞采用抛填碎石和片石的方法进行施工：当钻头穿透岩洞顶板后，溶洞表现出漏浆现象，或通过钻孔进尺速度加快可以证明已经入溶洞区，立即提出钻头，抛入碎石和水泥土混合料，同时加大钢护筒水位高度，保持水头和泥浆稳定，抛填后反复冲击，反复抛填冲击若干次后，运用钻头冲击力将抛填物挤入侧壁溶洞，形成稳定结构，保证泥浆造壁稳定不漏为止。
0.7-1m溶洞采用抛填片石法施工：当钻头穿透岩洞顶板后，溶洞同样会表现出漏浆现象，或钻孔进尺速度加快可以证明已经进入溶洞区，提出钻头，抛入片石水泥土混合料，同时加大钢护筒水位高度，保持水头和泥浆稳定，抛填后反复冲击，反复抛填冲击若干次后，运用钻头冲击力将抛填物挤入侧壁溶洞，形成稳定结构，保证泥浆造壁稳定不漏为止。

对于大于1.0m溶洞采用双护筒跟进法成孔。内护筒(厚8㎜)制作大于桩径100㎜、外护筒(厚10㎜)制作大于桩径200㎜。钻孔过程中外护筒采用振动锤下沉至第一层溶洞顶板岩面。为防止护筒底角回卷，一次下沉不能到位的，应边钻边下沉，到位后立即停止振动。当钻进到外护筒底脚时，采用抛填法密实护筒底脚，自由下落内护筒。当钻机穿过溶洞顶板后，将内护筒跟进沉入溶洞至稳定性岩面，运用内护筒消除压力差作用，从而避免泥浆流失。
通过鞍子河大桥地质勘察资料的数据分析，在钻孔桩桩位处出现的串洞均只有一个较大洞，其他1-2个溶洞则都小于0.7m的较小洞，故可不必增长护筒层数，而采用双护筒法与抛填法相结合方式进行施工。

D. 四、施工方法
结合前面的分析及拟定的施工方案，鞍子河大桥钻孔桩施工方法，根据桩径的大小，地质情况分别拟定，对于没有溶洞出现的孔位，根据桥台桩径（1.2米）,桥墩桩径（1.4米），选用十字型铸钢件冲击钻头击钻进、泥浆护壁成孔。

钻孔施工工艺流程图

1、冲击钻孔施工法
对于没有溶洞出现的桩位，采用按照常规施工工艺进行施工。根据勘察右0-5桩未出现溶洞，右0-5桩施工方法为：测量放样出右0-5号桩桩位，操作钻机就位，认真检查钻进转盘平面位置以及倾斜度，钻孔桩钢护筒采用壁厚6㎜的钢板制作，其内径大于设计桩径0.4m。采用挖埋的方法埋设钢护筒。护筒埋深为3米，高出施工场地0.3米。护筒顶面偏差控制在5cm以内，倾斜度控制在1%以内，埋设完毕护筒后在护筒顶面周边铺设石碴，在孔位附近围砌泥浆池，挖设排水沟。按照施工工艺中泥浆配合比配制泥浆。
泥浆在成孔过程中重要起到支撑和稳固孔壁、悬浮钻渣冷却钻头的作用，是造孔能否取得成功、清孔换浆和混凝土浇筑质量好坏的关键因素。对泥浆质量规定较高，需要泥浆量很大，施工中泥浆采用黏土加膨润土，泥浆配合比（kg/m3）为黏土：膨润土：水：碱面=210：81：810：3，控制其性能为：黏度：18-24s、密度：1.13-1.24kg/m3、含砂量：4-6%、24h稳定性：2-3×10-2、胶体率：96-99%、泥皮厚：1-3㎜、ph值：7-9。
钻机就位后，需要认真检查钻机转盘平面位置以及倾斜度，保证钢护筒理论中心，钻机转盘中心及钻机门架滑轮吊点中心位于同一铅垂线上。开钻时，一方面向护筒内加入一定数量的黏土、清水、膨润土和碱面，用小冲程、高频率的冲击方式进行钻进，以达成造浆护壁的目的，技术参数为：冲击行程1.0-1.5m、冲击频率10-15次/min。当孔深穿过淤泥、黏土层后，则将冲程增长到2.0-3.0m，清除孔内的钻渣，同时注意孔内泥浆指标的变化情况，适时地加入黏土和清水，除渣时间每钻进2m或4h捞渣一次。当钻孔深度即将到达39米，根据勘察资料该深度接近岩石深度，为防止岩石顶面起伏不定对钻孔质量的影响，抛入片石、碎石与水泥的抛填物，同时控制钻机减少冲程，增长频率直至到达39.2米的岩石层。
进入岩层后，冲程控制在3.0-4.0m，冲击频率为4-6次/min，每小时进尺小于5-10cm，捞渣一次，直至达成设计标高42.4米。
未出现溶洞桩位详见“附表1鞍子河大桥钻孔深登记表”
施工工艺流程图见“钻孔施工工艺流程图”。
2、抛填法治理溶洞施工工艺
抛填法治理溶洞施工工艺图

根据勘察资料左0-3桩下存在0.7m溶洞，根据方案选择抛填法治理，施工准备以及在土层中钻孔同上，钻孔施工深为41米进入岩溶区顶板岩层，提高钻孔频率，减少施工冲程，以此种方式穿过溶洞顶板约为1.1米厚，钻孔深度到达42米时，进入溶洞区，仔细观测孔口水位，出现水位减少，或钻进尺寸增长，立即将冲击锤提出孔口，按照重量比1：3的比例回填碎石和水泥。直至泥浆溢出孔口，用高频率、低冲程的方式冲击钻进，该过程中观测孔内水位变化情况，假如水位继续下降，再按比例填入碎石和水泥，反复几次（一般为4-5次）每次填筑超过孔底1.0M深度，直至水位不发生变化，此时己将溶洞填筑密实，继续向下钻孔至46米，成孔。
抛填法治理溶洞位详见“附表1鞍子河大桥钻孔深度登记表”。
施工工艺流程图见：“抛填法治理溶洞施工工艺图”。
3、双护筒施工工艺
右0-2桩勘察资料显示孔内存在1.9米溶洞，并且在1.9米溶洞下1.5米处存在0.4米较小的溶洞，形成串洞，对其施工，安插外护筒采用振动锤下沉至第一层溶洞顶板岩面，一次下沉不能到位，就边钻边下沉，到位即停，解决土层方法按照一般工艺进行。钻孔至40.5米深度时，进入岩石与土分界层，运用抛填碎石水泥土法将护筒与基岩交接处填充密实（方法同抛填法）。安放内护筒（内护筒大于桩径10cm）下落，内护筒自由下落跟随钻头桩孔进入1.9米溶洞底层。至稳定性岩面，同样抛入碎石水泥土使得护筒与基岩交接处密实，成孔过程中保证孔内与溶洞的分隔，保证泥浆不漏失以及坍孔，此时钻孔深度为42.1米，冲孔至43.6米时将第二溶洞顶板穿越，出现漏水现象或者钻进进尺速度加快，提出钻头，抛入碎石水泥土，反复冲击，方法同抛填法。继续向下钻孔至47.2米，成孔。
双护筒法（双护筒、抛填联合法）治理溶洞位详见“附表1鞍子河大桥钻孔深度登记表”。
施工工艺流程图见：“双护筒法治理溶洞施工工艺图”。

双护筒法治理溶洞施工工艺图

近海岩溶地区钻孔治理溶洞方法多选用：抛填法、多护筒法。其分别合用于较小规模的溶洞，以及较大规模的溶洞。并且在数年来施工生产过程中证明是一种成功率较高的施工方法。
E. 五、防止预案措施
严格按照上述施工工艺流程施工，虽可以保证正常施工的规定，但是由于施工现场岩溶地质条件的复杂形式难以估计，故针对偏孔、卡钻、断桩等几种也许发生的问题，提前制定防止治理措施，以保证工程质量、保证工期。
1、偏孔防止治理措施
施工过程中碰到孤石或者探头石在孔内形成半边岩，会引起钻孔的偏位。解决办法：起钻回填60-100cm高的碎石、片石水泥土，采用小冲程、高频率的冲击方法进行钻进，边冲击边削平基岩面：如钻进过程还出现“偏斜”情况，再加入碎石、片石水泥土，并将钻机反向移动（偏离桩孔中心）5-10cm冲击钻进，直至将钻孔偏斜纠正为止，以保证钻孔的垂直度。然后将钻机恢复原位继续钻进。
2、卡钻防止治理措施
假如卡钻在施工过程中发生，会对施工的工程进度影响较大，为了保证施工进度，对于卡钻现象要提前做好防止，尽量杜绝其发生。
现场管理人员及操作人员随时观测钻机负荷和主绳摆动情况，经常测量钻头直径，应及时对钻头补焊，控制钻头磨损在1.5cm以内。控制探头石、石阶、梅花孔、椭圆孔的出现，发现卡钻征兆及时提钻并进行抛填解决。在距溶洞顶板以上50cm处改变钻孔冲程和冲击次数，慢打轻击，进入溶洞后实行人工造孔，严格按照施工方案中描述的抛填法或多护筒法施工。
若出现卡钻现象，严禁强行提钻，假如强行提钻容易导致掉钻现象发生，一方面应判断钻头的位置，以及卡钻因素，采用慢试旋转法，晃动大绳或者钻头，使得钻头松动，然后将钻头提起。
3、成孔过程中地下河或裂隙的解决
工程钻孔中，土层施工中按正常的施工方式进行，假如出现急剧水头下降 ，立即将冲击锤提出孔口，按照重量比1：3的比例回填碎石和水泥。超过泄露点1.5-2.0米，用高频率、低冲程的方式冲击钻进，该过程中观测孔内水位变化情况，水位不再发生变化，继续进行正常的钻孔。假如水位继续下降，再按比例填入碎石和水泥，反复几次（一般为4-5次）每次填筑超过孔底1.5M深度，直至水位不发生变化，此时己将裂隙或地下水道填筑密实，继续向下钻孔至设计标高，成孔。假如水位还是不能控制，应立即用膨润土回填孔，采用钢护筒的方式进行二次施工。
4、断桩施工防止措施
在钻进过程中分析判断溶洞的结构状态，测算出第一批混凝土灌注量，（增长计算量的20%），保证一次封底。在施工过程中测量混凝土面上升速度，判断混凝土流失情况，导管埋深保持在混凝土下2m深，随灌注混凝土随提高，并减少对下部混凝土的拢动以防止上部混凝土初凝结壳导致断桩。灌注混凝土在通过漏浆解决位置时应加大导管埋置深度，深度应大于4m，防止混凝土挤破造孔壁导致断桩。
在施工前对灌注混凝土设备进行全面检查，保证施工设备运转良好，召开施工例会使得施工人员达成共识，分工明确，在施工过程中工序衔接紧凑，保证混凝土灌注连续性。
5、孔内泥浆骤然下降治理措施
钻孔时孔内泥浆骤然下降，很也许是由于地下存在大型溶洞，并且其内部存在真空空间，碰到此种情况，必须及时解决，假如不及时很也许导致塌孔，埋钻，对此应立刻投入片石与整袋水泥，钻机反复冲击，同时，保证孔内泥浆水位，以及泥浆的质量，假如水泥局限性可将黄土装袋后按袋投入，直至维持水位为止，继续冲击成孔。
F.
G. 六、施工安全保证措施
1、钻孔施工安全保证措施
A、钻机、钻具和吊钻头的钢丝绳，均应符合设计规定，使用时应有专人检查维修。
B、工作平台钻机平台上应满铺脚手板及设立栏杆、走道，并应随时清除杂物。
C、凡不正在施工的孔口，均应加防护盖。
D、当冲击钻孔时，吊钻头的钢丝绳的松弛度应掌握适当。
E、冲击钻钻进作业中，应经常检查钢丝绳损伤情况，如断丝超过5%时，应及时更换钨金套，应作拉力实验，钢丝绳与钻头连接的夹子数，应按等强度安装。
F、钻机的卷扬机钢丝绳在卷筒上应排列整齐，卷绕钢丝绳时，严禁工作人员在其上跨越，卷扬机筒上的钢丝绳不得放完，应至少保存三圈，严禁人拉钢丝绳卷绕及用脚踢。
G、电动卷扬机在工作中，如遇停电或停机检查保养时，应将电源关闭，工作停止后，应将电关闭，锁好开关箱。
H、钻机钻进时，卷扬机变速的换档应事先停车，挂上档后方可开车。
2、冲击钻机操作安全保证措施
A、操作人员必须通过培训，熟悉冲击式钻机的性能、结构、原理、考试合格并取得操作证，方可操作。
B、钻机的安装：
（1）安装钻机的场地应平整、坚实。
（2）钻机安装时，必须保持机架水平。
（3）钻机就位确认安顿对的后，在桅杆顶上先系上四根缆风绳，然后将桅杆竖起。
（4）桅杆竖立起后，将桅杆底部的千斤顶旋出，以便载荷通过千斤顶传递到支座上。
C、开动前检查：
检查钻机所有机构的对的性，并向所有润滑点和油嘴加注润滑油。
松开所有磨擦离合器，并清除钻机上的无关杂物。
检查电动机旋向，从皮带轮方向观测电机时，电动机的旋向应按顺时针方向旋转。
空运转3~5min，待一切正常后方可钻进。
D、操作者须知：
（1）不要在不良好的机况下进行工作。（2）不使用打滑的磨擦离合器，防止磨擦片的磨损。（3）将卷筒刹住后再间断的松开，将钻头降落到井孔内，不要使其自由降落。（4）在下降工作中，若钻具停住，不应悬在空中，而应将钻具提上以后，再重新下降。（5）拧上钻具后，为检查接合处的螺纹连接情况，必须用凿子作检查标记线。（6）在钻具下降到井底以前，应检查钻头安装对的，钻具上应无裂纹等。（7）为了避免机器过早磨损与损坏，在工作时不要采用重量比说明书内规定的还要大的钻具。（8）为避免钻具被夹住，不工作时，不得将其停留在井底。（9）工作时要注意拉杆的拉力是否正常，不要在拉杆松弛时进行工作，以防桅杆损坏。（10）在用钢丝绳滑轮中的两个滑轮进行工作时，为使桅杆负荷均匀，应使两边的滑轮受负荷，而中间的滑轮能自由活动。
E、钻机操作时的安全技术：
（1）钻孔工作地点应保持清洁。（2）钻机的安装及拆卸时，要保证对的和完整无缺。（3）钻机的桅杆升降时，操作人员应站在安全的位置上进行。（4）开动电动机时，应打开钻机所有的磨擦离合器。（5）当钻机工作时，严禁去掉防护罩。（6）工作开始前，应当检查制动装置的可靠性，以及磨擦离合器和启动装置的工作性能。（7）电动机未停止前，严禁检查钻机。（8）钻机工作时，严禁紧固钻机任何零件。（9）当钻机运转时，严禁加油。桅杆上部滑轮加油应在钻机停止时进行。（10）电动机未停止前，不允许在桅杆上工作。（11）无论什么情况下，当桅杆上段有人工作时，桅杆下不许停留其别人员。（12）遇有恶劣气候时，不许在桅杆上工作。同时，也不允许运用人工照明在桅杆上工作。（13）严禁使用裂股的钢丝绳。（14）钻具升降时，严格严禁用手摸钢丝绳。（15）除钻机升降，下钻管等外，井口严禁敞开。（16）为了防止钻具或抽筒从井内取出井外时的甩动，必须使用由直径15~20㎜钢棒制成的钩子钩住。（17）在清洗抽筒时，应运用坚固可靠的钢丝绳结成环，套在抽筒下端，将其倒翻。（18）用滑车提高或下降套管时，以及机器在打捞工作时，所有工人应离开钻井。（19）在用起重器拔出套管时，为避免套管脱落，必须彼此固定在一起。（20）在照明停止的情况下（夜间时），钻孔工作应当停止。这时钻具仍在井内时，就应当小心地把钻具从井内取出来。
H. 七、结语
针对鞍子河大桥的地质条件以及选用的施工方案，应当做好充足准备，各项材料机械准备充足，一旦出现问题，立即投入使用。
以上为施工过程中采用的整治溶洞措施，以及防止一些事故出现的防止措施。除以上技术措施外，还应在管理上予以加强，加强施工人员的安全质量意识。在岩溶发育的地层钻孔施工时，各个系统全面配合，及时应对，做到细致施工、果断解决。保证施工的顺利进行，保障工程工期、质量。在汛期来临之前，疏通河道，保证鞍子河的正常排洪需要。

增长工程量表

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