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沪昆客专江西段站前工程 HKJX-7 标 岩溶钻孔桩专项施工方案 编制: 复核: 审核: 中铁四局沪昆 四工区 二一年 六 月 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 1 页 共 12 页 一 、 概述 杭长铁路客专线高安至萍乡一带,下伏有较广泛的碳酸盐,覆盖型岩溶发育,地上水位多在土石分界面上下波动,极易发生岩溶坍塌,对工程危害 严重 。 黄梅塘特大桥 钻孔桩 大部分均为岩 溶钻孔桩,主要分布在杭州台 99#墩、 111# 143#墩、 146# 151#墩、 154# 169#墩、其中 11# 13#墩、 20# 22#墩、 55# 59#墩、 75# 99#墩、 120# 130#墩处几乎全部为大型、特大型岩溶,给施工带来极大的困难, 因此施工过程中要特别重视。 二 、 岩溶常见的类型 类别 溶洞特征 充填物情况 小型溶洞 单层洞高小于 2m,全填充,漏水或半漏水小型溶槽、溶沟、小裂隙等 粉砂、硬塑或软塑状粘土 一般溶洞 洞高小于 2m的半填充溶洞或 2 5m的全填充溶洞,二层以下串珠状溶洞 粉砂、硬塑或软塑状粘土 大型溶洞 二层以上串珠状有充填溶洞; 5m以上全充填溶洞。 粉砂、硬塑或软塑状粘土 特大型溶洞 大型溶洞,多层串珠状已充填或充填物差的溶洞。溶洞的规模覆 盖到相邻桩位或更大。 无填充或填充物为流朔 状 三 、 施工工艺 (一)、岩溶地区钻孔灌注桩施工的关键技术是如何保证成孔过程中不漏浆、或虽漏浆但不塌孔,保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。 (二)、施工方法 1、施工前充分的技术和物质准备 在施工过程中,若钻孔灌注桩钻进时遇到溶洞、裂隙地带,就会出现孔内泥浆急剧下降,如不及时补充水头和抛填粘土、片石等回填物堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞,抬高水头以增加孔壁侧压力,孔壁土层就不能承受地下水和周围土层的侧压力,就会造成护简底部地层坍塌和埋钻的现象,护简周围 地面大面积整体下陷,地面也可能出现裂缝。一旦出现这种异常情况,若处理不及时或处理不当将会影响到工程质量和人员、设备的安全,造成经济上的重大损失,施工周期也将延长。 在施工前,施工单位根据逐桩钻探资料认真研究各墩台溶洞分布的平面位 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 2 页 共 12 页 置、高程、范围、连通性和有无充填物等情况,根据设计要求制定出详细的施工方案和施工技术保障措施。在选用钻机时,选用有挤压侧壁作用的正循环冲击钻机,在现场备足水、粘土、片石、碎石、粉煤灰和水泥等必备材料,同时设置容量不小于 2 倍单孔容量的泥浆池和沉淀池,制备符合要求的优质泥浆,应急电源和施 工机械也应作充分准备,确保意外情况出现时,能按照应急预案中的施工方案及时进行处理。 2、埋置好钢护筒 为防止钢护筒在钻进成孔过程中水头突然下降、地层扰动后液化发生坍塌倾斜等事故,在埋置护筒时,将护筒一定周围内的砂性土挖除,回填粘性土至护筒底以下 0.5m 处并夯实,然后通过定位的控制桩放样,把钻孔中心位置标于孔底,再把护筒放进坑内,然后移动护简、使护筒中心与钻孔中心位置重合。在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的粘土,分层夯实、达到最佳密实度,同时也选用刚度好、接头严密、不漏水、抗挤压的钢护简。 3、采取 合理的成孔措施 在成孔过程中,钻进冲程及泥浆也应随地质情况变化而做相应的调整,在通过亚砂土、亚粘土时,采用 1m 1.5m 的小冲程并输入较低稠度的泥浆,在通过细砂层时,采用 1m 2m的中、小冲程,同时加大泥浆稠度,抛填直径 15 20cm的片石、粘土反复冲击,使孔壁被挤实。钻至溶洞顶部 1m 左右时,加大泥浆比重和稠度,采用 1m 1.5m 的小冲程,逐渐将溶洞顶部击穿,同时准备好足够数量的水泵或泥浆泵。在孔周围准备足够的片石、粘土、水泥及粉煤灰等,一旦孔内水头急剧下降,以便及时向孔内补水、补浆,同时回填粘土、 片石、水泥及粉煤灰等,以便保持孔内水头稳定。回填物必须高出溶洞顶 1m 以上,然后放下钻头进行冲砸堵漏,以小冲程反复冲砸,将粘土、小片石挤入溶洞。大部分钻孔桩由于事先做好了预防措施,使在施工时遇到的溶洞、裂隙得到了及时处理,保证了钻孔桩顺利成孔。 4、按溶洞类型不同分别采取不同的施工措施 1)、 对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工 采取正常成孔方法施工,当钻穿溶洞漏浆时,反复投入黄土和片石,利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中,还可掺入水泥、烧碱和锯末,增大 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 3 页 共 12 页 孔壁的自稳能力。 ( 1)工艺程序 施工准备埋设护筒移动钻机、定位护筒内投入土、片石、水钻孔抽碴吸泥清碴。 ( 2)施工要点 开孔时用小冲程冲击钻孔,要打得准、打得稳,间断冲击,少抽碴,使开口圆顺。 加入小于 15cm 片石,反复冲击 2-4次,挤密护筒底部周围土层。 密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化,防止不正常情况发生。 根据地质柱状图,在接近溶洞时勤观察、勤检查,凭手握冲击主绳的手感,钻头冲击岩层的响声,抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。 接近岩溶时主绳松绳量应为 1-2cm,防止击穿岩壳时卡钻 。 钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆,要及时投放粘土块、片石并补水,保持孔内水位高度。 2)、 空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞条件下的桩基施工 采取振动锤下沉钢护筒到基岩, 然后冲击钻孔至溶洞顶板,利用冲击钻穿溶洞顶板后,灌注低标号砼,使砼面高于溶洞顶面,砼灌注时采取间歇方式。待砼达到一定强度后再继续钻孔,穿过低标号砼成孔。 ( 1)工艺流程 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 4 页 共 12 页 空洞较大的单层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图 ( 2)施工要点 反循环冲击钻孔:采取冲击成孔时,为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的砼凝固,待邻孔砼灌注完毕 24h 后开钻。 钢护筒下到岩面以后,即开始对覆盖层和顶板进行冲钻。在覆盖层中可采用正反循环钻进,冲钻方法与一般冲击钻孔相同;在岩石地层中以十字型钻头冲击基岩成孔,钻进方式为泵吸反循环。岩层中钻进时,泥浆浓度控制在 1.15 1.20。当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔,拆移钻头,进行溶洞区水下砼的灌注,砼采取低标号砼,砼配合比由现场试验确定,保证每批砼坍落范围在 3米左右。砼灌注采取间歇灌注方法(以免砼流失 太远造成浪费),直至到达溶洞顶面以上 1.0 米,待砼达到强度后继续钻孔,钻孔穿过低标号砼成孔。 3) 、充填物为流塑状或 空洞较大的多层溶洞条件下的桩基施工 采用双护筒跟进方式冲击成孔。 ( 1)工艺流程 施工准备 钻机就位 灌注水下砼 震动下沉钢护筒 冲击钻孔通过溶洞顶板 灌注砼填充溶洞 清孔 安放钢筋笼、导管 随钻进随检孔 加工钢护筒、桩帽等 投入粘土 测量定位 冲击钻孔至桩底 二次清孔 测量沉碴厚度 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 5 页 共 12 页 空洞较大的多层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图 ( 2)施工要点 外护筒直径应较设计桩径大 20cm,内护筒直径应较设计桩径大 5cm。 施工程序:根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况,按照先短后长,先易后难,先外后内的原则确定各桩施工顺序。 外护筒下到岩面以后, 即开始对覆盖层和顶板进行冲钻,其钻孔方法与传统的冲击钻孔方法相同,但成孔的桩径比设计桩径大 7cm,以便内护筒顺利通过顶板。护筒跟进示意如下图: 施工准备 钻机就位 灌注水下砼 震动下沉钢护筒 冲击钻孔通过溶洞顶板 下沉内护筒 清孔 安放钢筋笼、导管 随钻进随检孔 加工钢护筒、桩帽等 投入粘土 测量定位 冲击钻孔至桩底 二次清孔 测量沉碴厚度 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 6 页 共 12 页 当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时,为使开孔坚实、竖直、圆顺和对继续钻孔起导向作用,应在钻孔前抛 0.5-1.0m3的小片石和适量粘土,借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁,以加固护筒刃脚。 当内护筒下沉到位后,在内外护筒间进行抛石压浆处理,以增加护筒的整体刚度。之后进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。 双护筒冲击钻孔 采用吸泥法清孔。为使钻孔桩砼与孔底岩体粘接良好,灌注水下砼之前需用高压水冲射排除残碴。 ( 3)护筒刃脚固结处理 当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时,钢护筒周边不可能与岩面完全接触,加上岩面岩面一般较为倾斜,内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙,若不加以固结,在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道,极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔,留下质量隐患。 在施工中采取的方法如图所示。利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点,内护筒刃脚处理示意图冲压孔壁块石、粘土碎石水泥压浆壁溶 洞基岩面外护筒内护筒 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 7 页 共 12 页 在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土,用 2-4m 冲程进行冲压,使其密实造壁,反复多 次,直至孔底平整才可以向下冲进,处理同时可以冲平参差不齐的岩面。 4) 、溶洞发育且对墩台桩基有影响的桩基施工 在桩基施工前进行石粉加水泥压浆堆填处理 ,使溶洞封闭 ,钻孔过程中不漏浆。 ( 1)压浆工艺 详见“ 岩溶桩基压浆工艺流程图” 。 ( 2)施工要点 钻注浆孔 根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔,通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。 钻孔施工方法如下: 钻机采用 XU-600 型地质钻机。开孔采用 108mm 岩芯管开孔,钻进分层采样,直至钻入基岩面 0.5m 以下后,下 108mm 套管,并嵌入基岩;套管 露出地表 0.2 0.5m。用 75 号水泥砂浆固结套管,并将孔口套管四周捣 岩溶桩基压浆工艺流程图 实封闭,防止浆液从套管周围串出,影响注浆效果。待固结套管水泥初凝后,继施工准备 钻机就位 钻 进 清 孔 拆卸钻杆 安放压浆管和浆液制作 压 浆 压浆效果检验 浆液配合比选定 钻机选型 续接钻杆 成 孔 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 8 页 共 12 页 续钻进,循环水采用清水。根据取出的岩芯确定岩溶发育特征。洗孔后按要求做注水试验,拧上孔口盖。 压浆 压浆设备主要为 JS350 型搅拌机、 KBY-30/120 型注浆泵。在压浆 前先进行注水试验,确定单位长度吸水量。浆液选用石粉水泥浆 ,用 32.5 级水泥 ,石粉水泥浆配合比为水水泥 :石粉 =1 1 0.8。压浆时注浆压力不宜太大,控制在0.5 1.0MPa 范围 ,具体压力值由现场试验确定。 为防止浆液流失太远造成浪费,采用间歇注浆方式,使得先注入的浆液初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定的单位注浆量、注浆压力控制值为止。 注完一个孔后 ,继续对其余孔进行注浆 ,后注浆的压力必须调高,最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。注浆完后采用 钻孔检查,检查孔数为 5%,根据取芯浆液充填情况直观判 断注浆效果。 注浆完成等浆液凝固到一定强度后即进行钻孔桩的施工,施工按常规钻孔桩施工方法。 在经过处理后的岩溶处成孔时,成孔方法基本上与普通石质地层成孔方法相同。成孔时应注意以下几点: A成孔必须待注浆凝固、强度达到要求才能进行,岩溶注浆处理一般等待时间为 10左右。 B为防止意外 ,冲孔前应有备用措施。备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放粘土,依靠冲挤在溶洞内形成粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使冲钻顺利进行。 C接近岩溶地段,采取轻锤冲击、加大泥浆浓度的方法成孔,以 防卡钻和掉钻。 四 、常见事故的处理 1、卡锤 ( 1)原因:在基岩段成孔时由于桩锤磨损未及时修补;在冲击时发生 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 9 页 共 12 页 掉物、掉石;钢丝绳冲放过多,致桩锤倾倒顶住孔壁;溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。 ( 2)处理措施:慢试法:钻头卡在中间任何部位时,应将主绳徐放 收紧 徐放 收紧,反复进行使钻头旋转从原位槽道提出;冲击法:将主绳放松3-5m,用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头,使之产生松动,主绳重复慢试法;辅助提升法:用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力提升;水下松动爆破法:测准钻头被卡高度后,迅速将乳化防水炸 药捆成两组,加配重对称放入钻头刃脚部位,之后将钻机主绳带紧或以吊机辅 助紧提,采用电雷管起爆;确实无法取锤时请设计单位提出桩基修改方案。 2、掉锤 ( 1)原因:锤体质量有问题,造成锤体断裂;钢丝绳断裂;进尺时遇到大溶洞,且填充物为软塑性土质或空洞时,因为控制进尺,冲锤一下进尺数米,引起掉锤。 ( 2)处理措施:选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起;确实无法捞起时,请设计单位提出桩基修改方案。 3、塌孔埋钻 ( 1)原因:施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙,引起突然间大量泥浆漏失。 ( 2)处理措施:发生漏浆时要及时补浆补水,维持孔内水头,防止孔内外产生过大的水头差,并迅速堵漏。 五、桩基成孔施工的注意事项 (1) 在成孔过程中,要特别注意快到土洞、溶洞的洞顶时,应低锤冲击,防止卡锤、掉锤现象。 (2) 遇较大的土洞、溶洞时,先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时,一旦发现漏浆,要迅速填堵,防止塌孔。一般土洞、溶洞洞顶击穿后,桩孔中泥浆会很快下降,此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥按适当的比例抛入,直至孔中的泥浆停止下降,并慢慢上升,此时可用冲锤进行适当挤压,反复抛 块石、粘土、水泥,直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 10 页 共 12 页 为止,最后补充满泥浆再重新成孔,溶洞较大的最好等 1 2 天后再重新冲孔成桩。 (3) 如果遇较大的土洞、空溶洞时,则先注浆,后成孔,这样可防止地面下陷和发生卡锤、掉锤现象,又能加固地基。 (4) 有土洞、溶洞的地段,特别是那些土、溶洞覆盖面较大的地方,包容数根桩基,施工时要先施工深的桩基,由深至浅,保证安全。 (5) 如果岩面是斜面,要多次抛块石纠斜,因为打斜岩比打全岩要多花 35倍的时间。 (7) 终成孔后,一定要用 5m 以上的钢笼探孔器进行探孔,清孔 换浆一定要彻底,特别是二次清孔后的沉渣一定要符合标准。 (8) 混凝土坍落度以 1822cm 为宜;浇筑导管必须密闭良好,浇筑时先放置隔水塞,浇注混凝土必须连续、快速;浇筑混凝土备料 充足 。 六 、机具设备 1、冲击钻机 2、震动锤, BMI-1500 型 3、起重机, 25t 4、空压机, 12m3/min 5、潜水泵 6、吸泥机 七 、质量控制措施 1、施工组织管理方面的措施 ( 1)邀请设计、监理、科研和大专院校等单位专家参加技术攻关研讨会,制订切实可行的施工方案。 ( 2)对施工人员进行技术培训,制定相应的规章 制度,使施工人员有章可循,强化组织指挥,建立必要的奖惩制度。 ( 3)组织技术革新、质量管理和科技攻关组。 2、施工技术对策 溶洞地质同一般地质相比较,其特点表现在它的非均质性和非密实性,反 中铁四局 沪昆客专江西段站前工程项目经理部四工区 第 11 页 共 12 页 映在钻孔施工中的形式为: A空隙漏浆造成塌孔; B难以形成符合设计桩径的标准圆孔; C水下砼灌注流失无法估量,容易造成断桩。 ( 1)漏浆、坍孔的技术对策 要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。 长护筒跟进。 进行散抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物,视漏浆程度反复抛填 冲击。 ( 2)偏孔的技术对策 溶沟、溶槽、岩面起伏不平。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时,钻孔速度会明显降低,主绳摆动大,遇此情况应马上提出钻头,抛入坚硬片石、碎石和块状黄土,以小冲程冲
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