青藏高原河谷地带桩基造孔技术的应用分析.pdf

地基与基础DIJIY U JIC H U郑爱军,等:青藏高原河谷地带桩基造孔技术的应用分析 工程与建设 年第 卷第期收稿日期:;修改日期:作者简介:郑爱军(),男,山东济宁人,工程师青藏高原河谷地带桩基造孔技术的应用分析郑爱军,李强(西藏开发投资集团有限公司,西藏 拉萨 )摘要:灌注桩基础工程发展早、进度快、承载力高,被广泛应用在世界各地、各行业.本文结合青藏高原河谷地带某多跨桥梁建设过程中各种桩基造孔技术的应用实例,对不同地质条件下桩基造孔方式的选择进行了分析、对比和总结,为藏区类似基建工程建设场管理过程中可能会遇到的复杂情况提供合理参考.关键词:青藏高原;河谷地带;桩基;造孔技术;应用中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言随着建设团结、富裕、文明、和谐、美丽的社会主义现代化新西藏工作的深入推进,一批重大基础设施、公共服务设施工程开始建设,灌注桩基础凭借其成熟的施工工艺、承载力高、施工周期短、适用范围广等优势被广泛应用在公路、市政、电力、水电等工程建设领域.而灌注桩基础施工中耗时最长、影响施工成本较大的环节当属造孔工序.笔者通过对藏区雅江中游段河谷某桥梁建设桩基础造孔过程的现场管理,对青藏高原河谷地带不同地质条件下的桩基础造孔技术应用进行了一些研究、总结,提出了部分有利于藏区建设工程中涉及的桩基础施工的见解.工程概况江热桥工程位于雅鲁藏布江干流上,大桥结构设计基准期为 年,设计安全 等级 为 二级,桥 梁 总长 m,总宽 m,桥型为顶推施工钢混凝土组合梁桥,本桥下部结构沿路线前进方向依次为桥台、墩、桥台.桥台位于道路交叉口,为“八”字异形、U形桥台,承台下设置前后“”型双排根直径 m的桩基,桩基长度均为 m;桥墩采用根直径 m的桩柱式桥墩,桩间距 m,桥墩高 m,桩基长度 m;桥墩为交界墩,采用根直径 m的桩柱式桥墩,桩间距为 m,桥墩高 m,桩基长度 m;桥台采用混凝土实体重力式桥台,桥台直接置于微风化基岩上,台身宽 m,高 m.设计桩位地质情况桥位处河谷地貌上属于典型的雅鲁藏布江峡谷,形态总体呈“V”字形,谷底深切,两岸山体高耸,斜坡陡峻.河谷右岸陡峭,基岩出露,江面高程约为 m,地形坡度约为 ,后为陡崖,高 约 m,地形 坡 度约 为 ,陡 崖 上地 形坡 度 约 为 .左岸地形坡度总体相对较小,较低岸坡处可以布置较狭窄的施工便道,临水边有少量基岩出露;江面至G 国道地形坡度约为 ,地表多覆盖国道修建开挖堆积的人工弃渣;国道内侧地形较陡,地形坡度约为 .G 国道路面高程约为 m,宽度为m左右.初设阶段勘察单位采用工程地质测绘、钻探、原位测试、岩土物理力学试验等勘察方法和手段在左岸桥墩、桥台处布置了个钻孔,进行了初步评价,结合桩基施工前每个代表桩位处复勘的先导孔钻芯资料,可得出各设计桩位地质情况(图).图设计桩位地质勘探图郑爱军,等:青藏高原河谷地带桩基造孔技术的应用分析地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 桥台位于左岸 国道外侧斜坡地上,地形坡度约 ,距离 国道 m,地面高程为 m.根据钻孔揭示,该处地表覆盖修建国道开挖堆积的杂填土,厚度约为 m,下部为中上更新统冲积(Q a l)级阶地卵漂石土,厚度约 为 m,卵 漂 石 含 量 为 以 上,最 大 粒 径 约 m;下伏基岩为燕山晚期侵入的灰色细、中粒闪长岩(),岩体中风化厚约 m,其余岩体微新,局部裂隙较发育,岩体总体 完 整 性 好,岩 体 强 度 高.地 下 水 埋 深 m,水 位为 m.桥墩位于左岸 国道外侧岸坡干地上,距离 国道约 m,地面高程为 m.根据钻孔揭示,该处地表亦覆盖修建国道开挖堆积的杂填土,厚度约为 m,下部为中上更新 统 冲 积(Q a l)级 阶 地 卵 漂 石 土,厚 度 约 为 m;下 伏 基 岩 为 燕 山 晚 期 侵 入 的 灰 色 细、中 粒 闪 长 岩(),岩体中风化厚约为 m,其余岩体微新,局部裂隙较发育,岩体总体完整性好,岩体强度高.地下水埋深 m,水位为 m.桥墩位于左岸 国道外侧河床内一宽约 m的缓台上,距离 国道为 m,地面高程为 m,缓台为出露基岩,外侧近江基岩陡坡,地形坡度约为 .根据钻孔Z K 揭示,地表零星覆盖中上更新统冲积(Q a l)级阶地卵漂石土,厚度约为 m;下伏基岩为燕山晚期侵入的灰色微新细、中粒闪长岩(),岩体中风化厚约为 m,其余岩体微新,局部裂隙较发育,存在倾坡外的顺坡向裂隙,局部坡段浅表层可能出现小规模崩塌,但岩体总体完整性较好,岩体强度高,边坡稳定,对桥墩稳定性影响不大.桥墩处地下水埋深 m,外侧与江水齐平.本工程施工难点该工程推动较快,进场后方了解仅工程下部桩基施工就存在多个施工难点:场地狭窄,大型机械进出场困难,难以进行现场合理的规划布置;工期紧张,按照初设阶段的工期要求基本无法完成,仅能压缩后期关键工作的施工时间;地质情况复杂,人工杂填层较厚,地层中不同粒径的卵砾石层较多,成孔难度增大;先导孔钻芯资料显示,嵌岩桩持力层岩石硬度大,冲击造孔将费时费力;桩位处邻近江边,开口处靠江侧岩壁较薄,冲击造孔风险较大.现场多种桩基造孔方式的选择工程施工进场时间临近雅江汛期,根据设计提供的水文资料,雅江汛期流量大,洪水持续时间长.要在保证施工安全的前提下加快工程建设进度,左岸狭窄的空间变成了影响施工布置的瓶颈.经综合比较各种布置的优劣,对各工序工期组合进行对比,现场决定:按照修建左岸施工便道K K 桩基施工桥台群桩施工同步修建桩基钻孔平台K 、K 桩基施工的顺序组织现场施工.桥墩桩基冲击造孔原设计建议采用冲击式钻机进行该工程桩基造孔,结合现场实际地形,为合理规划施工空间,减少各部位施工的干扰,施工单位优先采用国产J K 反循环型冲击式钻机对桩基孔钻进.桩孔钻进初始段为常年受江水冲刷与 国道施工弃置堆积在 一 起 的 松 散 杂 石 堆,与 下 部 为 中上 更 新 统 冲 积(Q a l)级阶地卵漂石土叠加一起,虽经长期沉积,但因流水冲蚀,各种粒径大小不同的砾卵石土层架空,造孔过程极易造成桩孔漏浆、塌孔、夹钻等现象.上部位置漏浆严重处,采用水泥砂浆、棉絮塞堵等方式进行处理,较深桩孔漏浆位置采取加大泥浆黏稠度堵塞漏浆通道,较严重的漏浆、塌孔位置采用直接抛掷黏土、投放水泥包等方式进行堵塞,初始段每日进尺正常,但塌孔现象频发,返工处理对进度影响较大.桩位受该处地形地势走向影响,在桩顶以下 m处出现冲击偏锤现象,根据经验,现场队伍通过反复填石纠偏、调整冲程低锤轻击等方式,穿越了该处斜岩层,但每日进尺仅十几厘米,效率极低.经设计地质代表对孔底捞出的灰色细、中粒闪长岩颗粒的判断,造孔深度已进入完整基岩,但尚未达到设计嵌岩长度.由于岩石坚硬度较大,现场将J K 冲击式钻机换为J K 冲击式钻机,通过对锤头的更换,调整冲击频率,增强锤牙强度,而后造孔效率仍未明显改善.K 、K 桩基先后均采用冲击钻进这种传统方式进行造孔,这种造孔方式在粒径均匀分布、密实的砂砾石地层中,无论是陆上还是水下桩孔均能高效成孔,在造孔过程中形成的泥浆坚固、护壁效果较好,且耗能小,机械性强,值守钻工配置数量较少,优势可圈可点.但是该工程桩位处地质构成复杂,施工过程中返工严重、用时长、耗材多等问题频发,为后期类似地层其他桩基施工提供了部分依据.桥台桩基人工挖孔K 桩基造孔过程中,施工单位即对桥台桩基造孔平台进行了开挖、填筑、整修,除K 、K 桩基顺利使用冲击式钻机造孔施工完成外,其余根桩基在上部造孔过程中即已反复出现夹钻、掉钻、漏浆、塌孔,钻头频繁修整等问题,不能满足现场的施工要求;且考虑桥台为群桩设计,需采用跳跃循环施工,但冲击钻占空间较大,无法满足台钻机同时运转的条件,严重影响工期.经举行专家讨论会论证,鉴于桥台处地下水位低,地层中虽含石量大,但大粒卵漂石较少,建议采用人工挖孔的方式处理以上问题.会上审批通过的人工挖孔方案,强调遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤观测”原则,根据地层具体地质情况进行应力计算后,确定采用层高 c m的C 钢筋混凝土,内置单层双向的环向、竖向 钢筋,护壁底部预留足够长度的搭接筋,与下层护壁连成整体,对开挖后的桩基外壁进行支护加固(图),每层开挖深度以不超过 c m为上限进行控制,开挖结束立即进行支模浇筑该层混凝土,待该层混凝土护壁强度满足支撑砂砾卵石土层变形强度后方可进行模板拆除与下层的开挖.开挖过程中碎石、砾卵石层采用风镐刨松,人工装运至封闭运具内,采用小型慢速卷扬机运至孔顶.人工遇大块石可采用风镐、水磨钻进行破碎后运至孔顶,开挖至 m以后,为保证施工安全,现场每个施工班组配备了无线通信地基与基础DIJIY U JIC H U郑爱军,等:青藏高原河谷地带桩基造孔技术的应用分析 工程与建设 年第 卷第期设备,低压照明,通风设施,以及应急抽排水设备.图人工挖孔混凝土护壁示意图在K 桩基开挖过程中,孔顶下部约m处出现厚度较大的细砂堆积层,经两次开挖支护均出现了塌孔现象.经验算,现场单独加大了孔口锁口的大小与高度,增大了护壁混凝土厚度、内撑体系及等强时间,最终穿越了该薄弱地带.台剩余根桩基造孔采用“专人专孔”模式,竞争评优,互相激励,合理安排,在造孔质量与进度上均效果较好.桥墩桩基水磨钻造孔桥墩临江,设计为全入岩端承桩,汛期施工风险较大,加之河床底现状与原设计描述的砾卵石层不符,导致初设阶段钢造孔平台无法搭设,经现场多次勘测,确定桩基外侧水下部分岩壁较薄,采用冲击式造孔势必会造成桩基外侧基岩破碎、穿孔.同时据已探测的先导孔岩芯资料确认,该处基岩硬度大,冲击造孔势必耗时费力.经举行专家讨论会论证,优先解决桥墩桩基外侧薄壁现状,采用钢模板固定,内部填充混凝土的方式创造水磨钻钻孔工作平台,平台填充的抗渗混凝土也能阻挡江水的倒灌.根据台已投入使用的水磨钻施工参数,桥墩两根桩基均采用立式水磨钻,周边连环造孔形成周边孔,控制外径大小符合设计要求,内部岩芯使用手风钻连线钻孔(图),钢钎撬裂、分解,风镐破碎,卷扬机提升外运方式进行造孔.图水磨钻造孔布孔示意图为避免外侧江水倒灌,造孔前配备专人操控卷扬机,监测孔内安全,准备应急抽排水设备,所幸,该处基岩完整,裂隙发育少,未出现较大渗水情况.灌注混凝土浇筑前进行清孔,每层环状周边孔不但连环交叉、整齐美观,而且桩孔精度可控.K 与K 桩基同时造孔,增加班组开展 h施工,总体进度加快,最终满足了 年的工期要求.现场造孔技术的综合对比人工挖孔采用人海战术,多个工作面可以同时开挖,属于老技术的灵活应用.而传统的冲击钻造孔受设备体形大、笨重、震动大、场地有限的影响,台群桩设计只能跳桩施工.根据前期成功实施的K 、K 桩基施工效率,若地质条件相差不大,比较理想的情况下,采用冲击钻跳跃循环造孔,台剩余根桩基需要个循环才能完工.同样根据K、K 桩基施工效率,我们也能预测出墩桩基冲击造孔的工效,即按照墩两根桩基入岩后平均每天 m的进尺情况,配置两台冲击钻,墩桩基需冲孔 d才能达到设计孔深要求.根据现场测算的人、材、机消耗参数,可计算出人工挖孔与水磨钻造孔的合理造价,并可得出以下内容对比统计表(表).表江热桥工程部分桩基造孔方式、工期、造价对比统计表工程部位桩径/m地质情况造孔方式工期/天 造价/(元/m)备注桥台 砂砾卵石层人工挖孔 K ,K ,K K 总计根桩基,耗时 d桥台 砂砾卵石层冲击钻造孔 K 桩基造孔耗时天,K 桩基造孔耗时d桥墩 砂砾卵石层基岩冲击钻造孔 K 桩基造孔耗时 天,K 桩基造孔耗时 d桥墩 基岩水磨钻造孔 原冲击造孔单价为 元/m,冲击造孔预计工期需 d本桥桩基全部施工完成d后,使用超声波透射法对全部钻孔灌注桩的混凝土进行检测,无超标或不达标的情况,离散系数为 ,声速均大于 m/s,桩基全部达到类桩标准,其余检测指标也都满足相关标准及规范的要求.同时,与熟悉的冲击钻造孔方式比较,人工挖孔与水磨钻造孔在青藏高原基建桩基施工工程中具备以下优势:不需要大型机械的进出场,对现场空间要求低,可同步展开多个孔位的造孔,作业效率高,成孔质量高,施工成本低,安全环保等.结论()在市政公路桥梁桩基、高层建筑桩基、地质灾害处理桩基等处理过程中,造孔方式的选择涉及大型机械的进出场,占施工成本较高,要根据施工现场空间、时间、安全、环保等因素进行综合考虑.(下转第 页)地基与基础DIJIY U JIC H U李祥飞,等:边坡稳定性分析方法的对比研究 工程与建设 年第 卷第期随着现代生产与生活的进步,边坡稳定性分析方法种类会更加完善,对复杂边坡稳定性问题的解决也将更加简单与方便.参考文献魏小涛,林坚,罗财金岩土工程中边坡稳定性分析以及检测方法研究J粘接,():尹巍巍地质灾害导致的边坡稳定性问题及施工措施J中国金属通报,():叶帅华,章瑞环,袁中夏边坡稳定性分析及滑移面快速确定J地震工程学报,():李元松,王玉,朱冬林,等边坡稳定性评价方法研究现状与发展趋势J武汉工程大学学报,():刘彦,聂磊,刘志鹏,等边坡稳定性有限元强度折减法的若干讨论J土工基础,():余文质基于不确定性分析方法的边坡稳定性评价及预测D成都:成都理工大学,文俊,廖建忠岩质边坡稳定性分析方法综述J西部探矿工程,():陈昭坤,黄岩边坡稳定性分析的方法研究J世界有色金属,():,明涛强度折减法在边坡稳定分析中的应用J科学技术创新,():程小龙,张绪进,朱擘双强度折减法在平面滑动岩质边坡中的应用J水运工程,():(上接第 页)基,具有施工质量易控制,施工速度快,工后沉降及不均匀沉降小,地基处理深度大,复合地基承载力大,造价适中等突出优点,可在公路软土地基处理等工程中进一步推广应用.()工程应用经验表明,预制混凝土劲性体复合地基与P HC管桩复合地基的地基处理效果基本一致,且造价可得到一定程度的节约.()复合地基作为地基处理的一种重要方法,在工程应用中要兼顾承载力和沉降控制.但相对而言,在地基处理工程中,通常更优先关注的是沉降控制问题,尤其是差异沉降的控制问题.()作为刚性桩复合地基,褥垫层的设置尤为重要,能确保充分发挥桩间土的共同作用.()预制混凝土劲性体推动了公路工程的节能减排和绿色发展,可取得良好的经济和社会效益,符合当前国家发展政策要求.参考文献刘伟,陈凌伟,张庆华,等广州南沙区软土分布特征及工程性质J长江科学院院报,():霍润科,王龙飞,李曙光,等受酸腐蚀砂岩的损伤特性和分析模型J土木与环境工程学报(中英文),():尤波上海深厚软土分布区超大深基坑工程设计与分析J建材世界,():江金进,刘佳,吴舒天,等珠海市软土分布特征及软土沉降风险评价J地质灾害与环境保护,():王奎峰,秦学全黄河三角洲北部地区软土工程地质特性及空间分布J海洋地质与第四纪地质,():闵长青,李晓东,陶哲盐城市规划区软土分布及工程特征研究J西部资源,():汪迎红泡沫混凝土的强度特性及在路堤填筑中沉降分析J公路工程,():刘洋软基处理施工技术在市政公路施工中的应用J交通建设与管理,():陈载颂高速公路工程施工中软基处理的关键技术J四川水泥,():周滔,孙鹏轩公路工程地基软基处理方法的合理选用J安徽水利水电职业技术学院学报,():(上接第 页)()冲击钻适用于黏土、砂类土、砾石、卵石漂石和较软岩层等地层结构的桥梁桩基造孔,无论在地质构造均匀还是地下情况复杂的地段,控制好钻进速度、泥浆稠度、清渣验收、水下灌注等因素影响,可达到良好的施工效果.()青藏高原河谷地带普遍存在的深厚砂砾卵石层地质结构复杂,冲击造孔泥浆护壁渗漏较多,在无水或渗水量小、材料运转方便的河谷岸坡干地等地带可以采用人工挖孔的方式造孔.()人工挖孔要时刻关注孔底空气、低压照明、通信信号等方面的供应保障,应保持时刻畅通,尤其是深长桩基,应慎重选用人工挖孔方式.()在工业水平发展迅速的今天,水磨钻作为新兴造孔设备,占地小、功效高、成本低,对周围建筑物震动小,基本无环境污染,适 用 于 内 部 节 理 较 完 整、坚 硬 的 基 岩 嵌 岩 桩 基造孔.参考文献杨文斌,杨文军高海拔地区钻孔灌注桩塌孔的处理J邢台职业技术学院学报,():高磊,龙德军,谢国安,等冲孔灌注桩施工难点控制技术J建筑工程技术与设计,():邬晓光,李群善,张志明挖孔桩技术在西北高原地区应用的研究C中国公路学会桥梁和结构工程学会 年全国桥梁学术会议论文集北京:人民交通出版社,:谈秉峰水磨钻机在特殊环境下桩基施工中的应用J四川建材,():中华人民 共和国交通运 输部公路 工程基桩检测 技术规程:J T G/T S北京:人民交通出版社,