高强度花岗岩桩基成孔辅助技术立项

1、技术发展附件1中交三公局第二工程有限公司科技研发项目可行性研究报告课 题 名 称：高强度花岗岩桩基成孔辅助施工技术申 报 单 位: 南平联络线高速公路A5标项目部编制负责人: 喻佳编 写 时 间: 2014年5月5日南平联络线高速公路A5标项目部制15一、项目背景及必要性南平联络线高速公路工程共有特大桥1座、大桥1座，共长1618.5米。吉溪闽江特大桥桩基148根，吉溪1号大桥桩基66根，共有214根。桩基所处区域内均有黑云母花岗岩。黑云母花岗岩的主要矿物组成为石英、长石、黑云母、角闪石；其密度一般为2790-3070kg/m3、抗压强度为1000-3000 kg/cm2、肖氏硬度大于 HS

2、70；具有强度高、硬度大，桩基成孔速度慢等特点。提高成孔效率、加快成孔速度是缩短工期的关键，可行有效的桩基成孔辅助工艺过程是今后研究的必要性二、项目实施方案1、方案钻头锤牙的间距、尺寸及刚度直接影响花岗岩劈裂、破碎程度，根据不同的地质，尤其是岩层的坚硬程度来进行相应的调整，使锤牙刚度合适并在岩体中达到最小磨损和最大进尺。根据不同深度下的岩石渣样进行动态调整冲击行程、冲击频率和泥浆比重，提高成渣及出渣效率。当钢栈桥及钻孔平台施工完成后，冲击钻就位进行冲孔，当冲击钻进入岩层，进尺缓慢甚至长时间无进尺时，调开冲击钻，把地质钻机孔口就位，在孔位中心打一个直径为50cm的中心眼，取至设计孔深时；再在其四

3、周打一圈边眼，并取至设计孔深；最后调离地质钻机，把冲击钻重新孔口就位并进行冲击并至设计孔深快速成孔。2、人员材料及机械设备的投入序号分项数量备注人员投入1项目技术负责人1人2现场技术负责人2人3桩基施工人员64人机械设备投入150T、80T履带吊各1台2地质钻机4315T冲击钻163、技术培训（1）对项目部技术人员进行施工方案培训及安全培训（2）明确现场施工质量控制要点（3）对施工作业队人员进行技术及安全交底4、施工进度安排及完成期限（1）准备阶段(2014.6.15-2014.6.30):完成材料、机械及施工技术的准备工作（2）试行实践阶段（2014.7.1-2014.8.31）：进行水中墩

4、第一根桩基施工（3）正常实施阶段(2014.9.1-2015.2.28):对水中墩第一根桩基施工进行总结，确定通过优化施工参数和冲击钻快速成孔辅助工艺在本工程中的可行性，进入正常桩基施工阶段。5、质量保证措施（1）按照可行性施工方案要求进行全面且具有针对性的施工技术交底，实行一、二、三级交底制，将施工技术层层分析，交至每个相关人员。（2）成立以项目经理为组长、项目总工为副组长、各部室负责人为组员的质量检查小组，明确质量责任，加强质量管理。（3）施行“三检制”，加强质量控制，重视过程质量控制。（4）施行质量考核，制定奖罚措施。6、施工安全保证措施（1）组织安全教育及培训，加强安全意识。（2）将安

5、全责任制度落实到个人，从个人出发，加强安全管理。（3）设置健全的警示标识标牌，特种作业人员必须持证上岗。（4）实行安全巡查制度，专职安全员随时进行现场安全巡查。（5）凡是水上施工作业人员必须穿戴救生衣，提高安全保障。三、项目依托工程南平联络线高速公路工程A5合同段四、项目经费估算科目经费（万元）备注设备费20技术服务费10设备维修、标定、检测2科研费5其他费用3五、项目预期目标及经济、社会效益（1）开发一套完整成熟的冲击钻快速成孔辅助施工工艺；（2）设计一套规格化、系统化的辅助成孔施工设备，便于周转使用；（3）通过不断的优化施工工艺，提高效率，节约项目成本；（4）随着我国交通行业的快速发展，冲

6、击成孔技术在桥梁桩基施工中已被广泛应用，尤其是在地质复杂，嵌岩深度较深的桩基中，优势明显。但在具体施工时，桩基成孔速度较慢，极大的影响了整体施工进度；通过改进常规施工工艺参数和地质钻机辅助成孔技术将极大的提高桩基的成孔速度，降低机械的使用和维修保养费用，具有极其广阔的应用前景和明显的经济效益。附件2中交三公局第二工程有限公司科技研发项目立项申请书项目编号：项目名称：高强度花岗岩桩基成孔辅助施工技术项目负责人：杨树峰申请经费：40万申请单位：中交三公局第二工程有限公司起止日期：2014.6.1-2015.1.31填报日期：2014年11月10日南平联络线高速公路A5标项目部制一、研究的必要性：1

7、.1国内外动态动态泥浆冲击钻成孔施工因不受场地和环境限制，对各种土层、砂砾（卵）石层、岩溶发育岩层、裂隙发育、硬质岩地层等均具有较强的操作性，在国内外研究也取得了很大的进展，但是针对硬质岩的施工理论和方法还不完全成熟，尤其是冲击钻钻头的锤牙和施工参数等细节对硬质岩的施工工效影响较大，针对这一特点，不采用水下爆破等较高成本的施工工艺，通过改进常规施工工艺参数来加快施工进度和降低施工成本就具有较高的研究价值。1.2项目研究的必要性及可行性桩基所处区域水中为裸露中风化岩层，主要为堆积卵石、天然裸露岩石并无覆盖层，岩层内均有黑云母花岗岩，黑云母花岗岩的主要矿物组成为石英、长石、黑云母、角闪石；其密度一

8、般为2790-3070kg/m3、抗压强度为1000-3000 kg/cm2、肖氏硬度大于 HS 70；具有强度高、硬度大，桩基成孔速度慢等特点。提高成孔效率、加快成孔速度是缩短工期的关键，可行有效的桩基成孔辅助工艺过程是今后研究的必要性。二、项目研发的主要内容及创新点：2.1研究内容1)研究内容（1）完善坚硬岩层条件下冲击钻快速成孔辅助施工工艺；（2）冲击钻快速成孔作业的标准化、规范化；（3）桩基成孔辅助设备的选定；（4）桩基施工的人员、材料、机械设备的投入；（5）桩基成孔辅助施工技术、质量保证措施；（6）桩基成孔辅助施工安全保证措施；（7）桩基成孔辅助施工总结2)研究目标：（1）加快施工进

9、度，保证节点工期；（2）完善坚硬岩层条件下冲击钻快速成孔辅助施工工艺；（3）在节约成本的基础上提高高硬度岩层下桩基的施工质量。2.2核心技术描述1、钻头锤牙的间距、尺寸及刚度直接影响土石劈裂、破碎程度，需要根据不同的地质，尤其是岩层的坚硬程度来进行相应的调整，使锤牙刚度合适并在岩体中达到最小磨损和最大进尺。2、桩径达2.8米，因此采用气动潜孔锤预先钻孔至设计孔底标高，钻孔两圈，外圈10个孔，内圈6个孔，均匀分布，降低岩体的整体性，减少冲击钻的施工难度。3、根据不同深度下的岩石渣样进行动态调整冲击行程和冲击频率。4、通过合理控制孔内泥浆比重，针对不同岩层进行调节，提高浮渣效果，并且保证不影响钻进

10、效率。2.3创新点1、改进钻头上锤牙的尺寸和刚度；2、改变十字形钻头的锤牙间距；3、采用气动潜孔锤进行均布钻孔，削弱岩体的整体性；4、根据不同地层情况调整泥浆的质量指标；5、根据不同地层岩层情况和部位选择钻进参数。三、条件保障：3.1技术及人员保障1、邀请相关地质及相关施工经验的专家进行现场指导，通过不断反复论证和试验最大化的提高施工效率。2、收集处于前沿的相关技术性刊物进行探索研究，指导现场施工。3、抽调具有相关施工经验的施工队伍和操作工人，保障施工的可操作性和规范化。3.2主要机械设备保障1、15t快速卷扬机（JCZ-15） 20套2、冲击钻头15t（2.76m） 40套3、气动潜孔锤（L

11、H805）（配套） 3套4、50t、75t履带吊 各2台装载机、汽车吊、运输船等机械进行相应配套。四、主要技术路线：4.1项目研究技术路线采用以实地施工试验为主体，专家指导论证为基础，连续监测分析技术为先导，进行研究-试验-改进总结试验的循环模式为技术路线，直到达到预期目标。初步施工工艺和方案第一轮专家咨询调整和完善指标参数第二轮专家咨询改进现场试验，数据采集、收集、录入现场试验，整理所有试验数据对试验效果进行综合考核评估形成标准化施工工艺及各项保证措施风险预控指导现场施工4.2项目研究技术风险分析1、冲击钻进行第一根水下桩基摸索施工耗时2个月，对后期工期要求提出更严峻的要求，尤其是施工中发现

12、坚固系数f=2025的辉绿岩，因此针对复杂的地质条件，各种施工参数需进行相应调整，可能影响整体工期。2、施工难度大，效率较低，给施工协作队伍带来较大的成本投入，无形中增加项目部的管理难度和施工成本。3、闽江作为当地的干流，台风暴雨天气影响较大，上游水库和下游电站对水位影响较大，给施工带来较多的不确定因素。五、预期效益和应用前景：5.1预期成果目前从9#墩左幅3-2桩基（施工近2个月）的进尺及整个过程来看，前期未做调整时，进入岩层后，锤牙施工一个台班12小时后即损坏严重，需重新更换锤牙，并且进尺仅仅12cm，工效较低，后对渣样就行分析后决定加大锤牙间距，每台班进尺可达50cm，后期又对钻头冲程和

13、频率进行调整，工效大幅提高，后继桩基均按照此施工参数进行施工，目前9#墩左幅1-2预计相对于3-2工期可提高30%。这对整个水下桩基施工的工作效率和总体的施工进度带来较大的提高。预计水下桩基节点工期可提高2个月，为后继承台墩柱的施工创造先决条件。5.2应用前景及经济效益预测近年来，随着我国交通行业的快速发展，冲击成孔技术在桥梁桩基施工中已被广泛应用，尤其是在地质复杂，嵌岩深度较深的桩基中，优势明显。但在具体施工时，桩基成孔速度较慢，极大的影响了整体施工进度；冲击钻辅助成孔技术将极大的提高桩基的成孔速度，降低机械的使用和维修保养费用，具有极其广阔的应用前景和明显的经济效益。近年来，随着我国交通行

14、业的快速发展，冲击成孔技术在桥梁桩基施工中已被广泛应用，尤其是在地质复杂，嵌岩深度较深的桩基中，优势明显。但在具体施工时，桩基成孔速度较慢，极大的影响了整体施工进度；冲击钻辅助成孔技术将极大的提高桩基的成孔速度，降低机械的使用和维修保养费用，具有极其广阔的应用前景和明显的经济效益。六、协助单位和依托工程项目依托工程项目：南平联络线高速公路工程A5合同段。七、项目承担单位及主要参加人员序号姓名出生年月项目职务职称专业单位1杨树峰项目经理中交三公局第二工程有限公司2李树辉项目书记中交三公局第二工程有限公司3喻佳项目总工中交三公局第二工程有限公司4王天森副经理中交三公局第二工程有限公司5路巍工程部部长中交三公局第二工程有限公司6董凤山技术员中交三公局第二工程有限公司7吴孝全技术员中交三公局第二工程有限公司8李发辉技术员中交三公局第二工程有限公司9赵颜技术员中交三公