白水溪大桥破碎地质条件下的深桩基施工技术

1、水溪大桥破碎地质条件下的深桩基施工技术田德红赵春生王彬中国水利水电第七工程局六分局紫坪铺公路工程部摘要：本文主要介绍了白水溪大桥在破碎地质条件下的深桩基人工成孔、钻孔、水上灌注桩、水下灌注桩的主要施工技术及实际施工时遇到的难题及处理举措.关键词：白水溪大桥桩基技术举措1. 工程概况K1032+163.25白水溪大桥位于四川岷江紫坪铺水利枢213国道库区淹没段改建工程I标段,是213国道库区淹没段改建限制性工程之一.白水溪大桥横跨白水溪沟,沟谷呈U形,高差达50多米,沟床宽30多米.桥位区两岸斜坡地带为崩坡积块碎石土,左岸层厚9.5821.78m,右岸层厚038.20m,沟床中为冲洪积堆积层漂块

2、石土,层厚1517.10m.下伏强风化砂岩和强、中风化碳质页岩811m,岩性软弱,属软质岩类,强度和承载力低,完整性差；微风化碳质页岩57m,属软质岩类,具有一定的承载力；中风化、微风化砂岩,该层厚度大,稳定性好.白水溪大桥桥宽8.0m,上部结构为125m+340m预应力“T型梁,下部为组合式桥台,柱式桥墩,墩高为27.546m,钻挖孔灌注桩根底,桩径1.5m,桩深28.542mo2主要施工技术2. 1人工成孔2003年10月1日白水溪大桥开始进行4#台的桩基人工挖孔,3#墩、0#台、1#®也相继开挖.挖孔前先平整场地,定出桩孔位置,在孔口四周挖排水沟,搭建防雨棚.由于地质条件复杂,

3、且渗水量较大,挖孔过程中采用空压机、风钻、风镐、发电机、潜水泵配合使用.开挖料用手动辘物提出孔外,当开挖深度超过30m时采用电动卷扬机.每根桩基开挖时配置5个人,平均日进度1m左右.3#墩桩基在开挖深度至20m时,地质情况为碳质页岩,碳质页岩强度低,且极其破碎,渗水量大,出现了塌孔,进展缓慢.将施工循环进尺进行了调整,采用小进尺多循环施工,并且护壁碎强度及钢筋配筋率都提升.每循环开挖0.5m,桩基中部超深0.6m作为集水坑,水位低于工作面,立即进行钢筋碎护壁的施工,在碎到达一定的强度后,即进行下一循环的施工.3. 2钻孔施工2#%处于溪沟旁,地下水位高,无法采用人工挖孔.根据设计单位提供的地质

4、资料,桩基上部20m为漂石层,经过钻机选型比照,采用冲击钻成孔.冲击钻整机就位时,提升钻头的钢丝绳中央必须与桩基中央重合.施工时首先采用钢筋碎锁口,以增加孔口的承载力.然后孔口使用钢护筒,护筒壁厚1cm,护筒内径1.7m,护筒埋深1.5m.桩孔采用泥浆护壁,人工向孔口投放粘土,反复提升钻头冲击孔口内粘土,搅拌成为泥浆.泥浆的性能指标：相对密度1.201.40,粘度2230S,胶体率95%,失水量020mL/30min,泥皮厚03mL/30min,静切力35Pa,酸碱度811Ph.冲击钻机成孔工艺如下：1钻机就位,在埋好的护筒和备足护壁泥浆粘土后,将钻机就位,立好钻架,对准钻孔中央,固定好撑杆,

5、就可开始冲击钻进.钻机的底座和顶端应平稳,不得产生位移和沉陷,钻架顶部的起重滑轮槽缘的铅垂线应对准护筒中央,其偏差不得大于2cm.2开孔,开孔时应先在孔内灌注泥浆.如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击钻以小冲程反复冲击造浆.开孔及整个钻进过程中,应始终保持孔内水位高出地下水位2#墩处为河中水位1.5m2.0m,并低于护筒顶面0.3m以防溢出,掏渣清后应及时补水.在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时,可按1：1投入粘土和小片石粒径015cm,用冲击钻小冲程反复冲击,使泥浆、片石挤入孔壁.必要时需重复回填反复冲击23次.开孔或钻进遇有流沙现象时,加大粘土减少片石的比例,按上述方法进行处理,力求孔壁坚实

6、.由于开钻时冲程小,冲击力缺乏,可采用人工开挖,挖下之后作护壁,人工掘进困难时再用冲击钻造孔.3钻进钻进时的考前须知：1冲程应根据土层情况分别规定：在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中时采用高冲程100cm,在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程75cm.2通过漂石或岩层时,如外表不平整,应先投入粘土、小片石将外表垫平,再进行冲击钻进,预防发生孔斜、坍孔事故.3要均匀地松放钢丝绳的长度.软弱土层每次可松纯58cm,密实坚硬土层每次可松绳35cmo4冲程大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握.当通过砂、砂砾石或含砂量较大的卵石层时,宜采用1m2m的中、小冲程,并加大泥浆稠度,反复冲击

7、使孔壁坚实,预防坍孔.当通过含砂低液限粘质土层时,因土层本身可造浆,应降低输入的泥浆稠度,并采用1m1.5m小冲程,预防卡钻、埋钻.当通过坚硬密实卵石层及漂石、基岩之类土层时,可采用46m的大冲程,使卵石、漂石或基岩破碎,并加大泥浆稠度,反复冲击使孔璧坚实,预防坍孔.但大漂石和探头石易使孔身偏斜,一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔,使钻孔竖直.5在任何情况下,最大冲程不宜超过6m,预防卡钻、冲坏孔壁.6为正确提升钻头的冲程,宜在钢丝绳上作长度标志.7在掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻.4掏渣：破碎的钻渣,局部和泥浆一起被挤进孔壁,大局部靠掏渣筒去除出孔外,故

8、在冲击相当时间后,应将钻头提出,换上掏渣筒,下入孔底掏取钻渣,倒进钻孔外的倒渣沟中.一般在密实坚硬土层每小时纯钻进小于510cm、软弱土层每小时纯钻进小于1530cm时,应进行掏渣.或每进尺0.51.0m时掏渣一次,每次掏45筒,或掏至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止.5检孔：钻进中需用检孔器检孔.检孔器用钢筋笼做成,其外径等于设计孔径,长度为孔径的46倍.每钻进46m,接近易缩孔孔径减少土层或更换钻锥前,都必须检孔.当检孔器不能沉到原来钻达的深度或大绳偏移护筒中央时,应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况,如不严重时可调整钻机位置继续钻孔,当情况严重时,应立即停钻,用粘土夹

9、小片石回填到锥检孔器标高以上0.5m处,然后冲击重钻.6清孔：其目的是抽、提孔内泥浆,去除钻渣和沉淀层,为下道工序灌注水下混凝土创造良好条件.1清孔质量要求：孔底沉淀厚度不得大于0.2dd为成孔直径,泥浆含砂不大于4%02清孔方法：采用掏渣清孔法,应掏到用手摸泥浆中无23mm大的颗粒为止,并使泥浆比重小到1.11.25.3沉淀土层的测量：沉淀土厚度从锥头底部所到达的孔底平面算起.2#!桩基于2003年11月11日开孔,两台冲击钻机同时钻进,采用24h连续作业,平均日钻进量1.52.0m.2003年11月28日2#1右1桩孔在钻至28m时出现了塌孔,孔口位置的土体产生下陷,塌孔情况较严重.根据钻

10、渣,发现在桩孔深915m处为碳质页岩层,碳质页岩强度低且破碎.经过分析,塌孔原因是由于破碎的地质条件及溪沟过大的水压力,泥浆不能对桩孔孔壁起到保护作用,且钻孔时对破碎的碳质页岩层孔壁周围土体振动较大.根据这种情况,采用钢护筒护壁.钻头提出桩孔后,采用片石将桩孔全部回填至孔口位置,重新开孔钻进,钻头超前1m,然后向下跟进钢护筒进行护壁,起到护壁作用.每节钢护筒壁厚1cm,钢护筒内径1.6m为保证桩孔的偏位在标准要求范围内,故在设计桩基直径上增加10cm,每节钢护筒连接采用焊接,钢筋增强.钢护筒跟进深度超过碳质页岩层后,重新采用正常的钻孔方法进行钻进.由于桩基地质情况复杂,两台冲击钻机同时施钻,对

11、地基振动过大,为预防出现再塌孔现象,只采用一台冲击钻机顺序钻孔,并且对碳质页岩层均采用钢护筒进行护壁.2#墩钻孔桩施工于2004年4月18日全部完成.2. 3水上灌注桩挖孔桩自孔底及孔壁渗入的地下水其上升速度小于6mm/min时,灌注碎桩.开始灌注前,去除孔内集水,使其小于50mm.灌注时,导管对准孔中央,碎在导管中自由坠落.距孔底2m以下的碎利用其自由坠落捣实,此线以上的碎用振捣器捣实.孔内碎一次连续浇筑完毕.碎浇筑至桩顶以后,将外表已离析的混合物和水泥浮浆等去除干净.0#台、1#墩、3#!及4#台桩基均根据水上灌注桩施工,采用一台泵送碎,一台500L型强制式搅拌机,由2#墩平台拌和场地,向

12、各墩台输送碎.灌注时间一般是在墩台的四根桩孔全部开挖完成,钢筋骨架安装完毕后,桩基一次连续灌注完成.3. 4水下灌注桩4. 4.1灌注机具1导管：用钢板卷制而成,或无缝钢管制成,内径为125mm.中间段节长2m,下端节长46m,漏斗下配长约1m的导管.导管节与节间采用卡口式连接快速接头,导管吊放时宜用两根钢丝绳分别系吊在最下端一节导管的两个吊耳上,并沿导管每隔5m左右用铁丝将导管和钢丝绳捆扎在一起.导管使用前和使用后要进行水密试验、承压试验和接头抗压试验.(2)漏斗：导管顶部与储料斗相连6m；桩顶高出水面时,漏斗底口高出桩顶46m.(3)储料斗首批碎所需数量V:V>兀d2hi/4+兀D/

13、4(h2+h3)hi=Hrw/rc(见图1)h2>1.0mh3>0.4mrc：混凝土的容重,KN/m3漏斗高度：桩顶低于水面时漏斗低口高出水面4图1首批碎数量计算rw：水或泥浆的容重,KN/m3根据以上公式计算首批碎所需数量V:V>3.14X0.1252/4X36X10/245+3.14X1.552/4X(0.4+1.0)=2.5m30(4)工作平台；利用冲击钻机的钻架,在储料斗上铺设木板作为工作平台.2.4.2灌注混凝土前的检查与清孔导管就位后再次用测深锤测沉淀层厚度.假设沉淀层厚度超过设计要求,即进行二次清孔,二次清孔采用喷射法(采用压缩空气将桩孔底部沉淀物稀释).当沉淀

14、层厚度满足设计要求后即可准备灌注水下混凝土.2.4.3水下混凝土配制及灌注水下混凝土的配合比经工地试验室验证后,方可使用.因桩基深度较大,达36m,并且不可遇见的因素多.在首批碎灌注以后,为了保证其后续碎灌注不初凝,在碎拌制过程中掺入缓凝剂(高效泵送剂).搅拌混凝土的设备采用一台JZ500强制式搅拌机布置在2#%平台,碎输送泵进行碎灌注,泵管出口由钻架上侧对准储料斗.碎配合比中掺入泵送剂,泵送剂的作用是增加碎和易性,且具有缓凝作用,泵送剂掺量为水泥用量的2%0首批碎在储料斗中到达2.5m3时,使用钻机的副卷扬机将导管堵头迅速提出料斗外,碎从导管中自行落入桩孔内,水下碎灌注至此连续浇注.水下碎灌

15、注过程中必须经常测量灌注碎的深度.采用测深锥法同浇注碎时灌注的体积反推深度相结合的测量方法.测锥法：锥为平底,底面积不应太小,制成圆锥型,锥不小于40N,测身用质轻、拉力强、遇水不伸缩、标有尺度的尼皮尺,用两人两个测锥测深.复核灌注深度：每隔一段时间,记下此段时间灌入碎的体积,以平均孔径反推深度.孔径根据实际情况确定,一般为设计孔径的1.1倍.根据测量的灌注深度,导管埋深限制在2m6m.导管埋置深度到达要求后,正确指挥导管的提升和撤除.导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升.如导管法兰卡挂钢筋骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,移至钻孔中央.当导管提升到法兰卡接头露孔口以上有一定的高度

16、,可撤除2节导管(视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定).此时,暂停灌注,利用钻机主卷扬机提升漏斗,副卷扬机系牢井口的导管,然后松动导管的接头螺栓或快速接头,同时将启吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环,待螺栓全部撤除或快速接头撤除后,吊起待拆的导管,徐徐放在地上,然后将漏斗重新与井口的导管联结,校正好位置,继续灌注.撤除导管动作要快,时间一般不宜超过15min.要预防螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中.同时要注意平安.已拆下的管节要立即清洗干净,堆放整洁.在灌注过程中,当导管内的碎不满,含有空气时,后续碎要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和导管,以免在导管内形成高压气囊,挤出管节间的橡皮垫,而使导

17、管漏水.为了保证桩顶质量,在桩顶设计标高以上增加的高度不小于1.0m高度,以便灌注结束以后将此段碎去除.在灌注将进结束时,由于导管内碎柱高度减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现碎顶开困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏出局部沉淀土,使灌注工作顺利进行.在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以预防桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心.3施工时的几个技术难题及处理举措(1)人工成孔时,软弱夹层跨坍.原因分析：强风化碳质页岩经过渗水浸泡软化造成大量坍孔,使原有护壁下沉.处理方法：1用土回填坍孔部位至护壁下沉处.2用碎对下沉护壁灌浆处理.3调整护壁循环高度,一

18、般为50cm,并用钢筋碎护壁.4坍孔部位碎护壁背侧用片石碎回填片石碎回填前在坍塌部位打入钢管进行临时支护.5每次护壁前均在孔中央超挖60cm深的集水坑,并用高扬程的污水泵抽取地下渗水,预防集水浸泡.2钻孔坍孔.原因分析：各孔距离太近,净间距为3米,桩孔位于白水溪沟床上,表层覆盖层为漂石土,冲击成孔时因近距离振动会影响另一桩孔的稳定,从而出现坍孔,并形成窜孔.处理方法：1回填片石及粘土,至坍孔处以上2米,并随时用冲击锤轻轻冲击待回填物密实后钻进.2调整钻进速度.3钻进的同时采用厚度为1cm钢护筒护壁.3钻机卡锥.原因分析：因卡锥部位为漂石层,漂石造成局部孔壁凸进,成孔不圆.处理方法：1钻头向下活动,并转动至孔径较大方向,缓缓提起钻头.2用片石及粘土混合物回填钻孔,重新冲击,冲击时可用一些高冲程修整孔形.4水下碎浇筑时卡管.原因分析：碎坍落度偏小,粗骨料超径石含量过大.处理方法:1用长钢管冲捣管内碎,并用铁锤敲打,找出堵塞部位,同时用吊绳抖动导管使碎下落.2派专人随时检测碎坍落度,并严格限制粗骨料的粒径.5白水溪沟两岸桩基钢筋骨架因地形限制无法吊装,且桩基太深,最深达42m,在孔口制作钢筋骨架时,搭设工作平台非