复杂地质大直径超长钻孔灌注桩施工与控制

复杂地质大直径超长钻孔灌注桩施工与控制摘要晋陕黄河特大桥主桥桥墩桩基施工水文地质情况复杂，本文阐述了在黄河砂性地质上施工钻孔灌注桩的工艺方法、遇到的主要问题及如何采取有效措施保证钻孔桩施工质量的方法。关键词大直径超长钻孔灌注桩施工与控制1、 工程概况晋陕黄河特大桥位于陕西省与山西省交界处禹门口至潼关段黄河上，东起山西永济市栲楮镇西敬村，西至陕西合阳县黑池镇廉庄村。桥梁全长9.8km，桥高约52m,桥梁孔跨布置为：31-32m简支箱梁+(54+2-90+54)m连续梁+23-48m简支箱梁+14-(2X108m)单T刚构钢桁加劲组合结构+79-48m简支箱梁+(48+80+48)m连续梁+7-48m简支箱梁+1-32m简支箱梁。全桥桩基均为摩擦桩，其中主桥14-(2X108m)单T刚构钢桁加劲组合结构主墩单个承台钻孔桩桩数为30根，钻孔桩桩径为2.0m，有效桩长92m；边墩单个承台钻孔桩桩数为18根，钻孔桩桩径为1.8m，有效桩长80m。2、 水文地质情况桥址处地表水主要为黄河河水，常年流水，季节性变化明显，枯水期水量较小，雨季洪水暴涨。主桥位于黄河一级阶地、漫滩及河床区，上部为第四系全新统冲积层，下部为更新统冲积层；该处地质主要为粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾石(孤石)、湿陷性黄土。3、 钻孔桩施工工艺主桥桩基施工需搭设水上施工平台和栈桥，根据水深分为主河道深水区及滩地浅水区两部分。深水区采用钢管桩钢平台施工，浅水区内采用草袋筑岛围堰形成钻孔平台。采用常规的钻孔桩施工工艺，其施工顺序为:护筒埋设一钻孔一清空一成孔检测一安放钢筋笼一二次清孔一水下混凝土灌注一桩基检测。3.1护筒埋设护筒长度为15m、13.5m、12m三种，采用12mm钢板卷焊，在加工场内加工完成后运至现场埋设。为防止开钻后邻近钻孔桩孔位坍塌，钻孔施工前将同一墩台的所有钻孔桩护筒全部预先埋设好；由于场地限制，同一墩台的钢护筒还可兼做泥浆池，用于造浆和泥浆循环。护筒采用0T振动锤打设护筒，埋设时采用导向架精确定位保证护筒的垂直度。施工过程中注意保护四个放线护桩，并对护筒中心位置和标高进行复核。3.2泥浆制备及循环装置泥浆的主要作用有：⑴悬浮和携带钻渣，清洗孔底；⑵形成泥皮，增强孔壁的稳定性，防止塌孔，达到护壁的功能；⑶维持孔内外压力平衡，防止穿孔；⑷润滑和冷却钻头，提高钻孔速度。主桥桩基采用优质膨润土做为造浆材料，以机械和人工的方法制作循环使用。大直径钻孔桩施工开钻时泥浆需求量大，且钻进中泥浆的补给量大。因此，非特殊情况不宜直接用钻机在孔内造浆。桩基在施工前，在钻孔钢平台上制作钢箱做为泥浆池，和预埋的其他钢护筒一起做为泥浆循环装置。3.3钻孔根据本工程施工特点，桩基施工采用GPS220正反循环钻机。成孔是控制桩基质量的关键工序，本桥主桥桩基位于黄河上，地质条件比较复杂，钻进过程中泥浆比重、含砂率、黏度等值的选取成为成孔质量的关键，特别是含砂率的控制成为主桥桩基施工的一个难点。由于桩位处主要为砂层地质，使得钻进过程中的含砂率高达13%-15%。含砂率过高，使得钻渣无法排除还增大了清孔难度，且形成的泥皮质量差、厚度大，大大降低了桩的侧摩阻力。此时泥浆比重、黏度的选取也会受到影响。例如当黏度在设计标准范围内时，泥浆中砂在循环过程中不易沉淀，使得砂随泥浆再次进入孔内达不到降砂的效果，故应合理控制黏度值。除合理控制黏度值外，增大泥浆循环路径、加设泥浆循环池增加循环次数也是降砂的主要措施。若此时砂率还是未能得到控制，采取的办法为先停钻一段时间，让砂在孔内先沉淀，待沉淀一段时间后在钻进抽渣使得钻渣排出孔外。钻进过程中，还应做好碴样取样工作，实时核对地质情况，发现与设计不符时通知设计方，做好变更工作。3.4清孔及成孔检测钻孔达到设计深度后，开始清孔。清孔采用抽浆换浆法进行钻头提起距孔底20〜30cm时，采用稍高的转速转动钻头，一边继续气举反循环，把孔底泥浆、钻碴混合物排出孔外,一边向孔内补充已净化后的优质泥浆,清孔时应保持孔内液面稳定，直到孔内泥浆的各项指标符合规范及设计要求为止。清孔完成后，用JJC-1D孔径检测仪对桩长、桩径及垂直度等进行检测，检查完成后才能下放钢筋笼进入下道工序。3.5安放钢筋笼钢筋笼在标准化加工厂内分段成型，钢筋笼主筋搭接采用焊接，箍筋与主筋梅花绑扎，主筋与加劲箍100%点焊牢固。由于钢筋笼直径比较大故在钢筋笼内加焊十字撑，以加强钢筋结构的整体性，防止钢筋笼在吊装过程中变形。钢筋笼制作时注意安装声测管声测管下管口用钢板封焊上管口用木塞封口。钢筋笼保护层用7cm厚混凝土垫块在每个加劲箍四周各垫一块。分段加工好的钢筋笼采用平板车运至现场，根据已做好的接头标记进行现场吊装对接接长下放，接长时应保证钢筋笼的垂直度及焊接质量。由于钢筋笼长度长，接头数量多，导致接长下放时间较长，在此期间应时刻控制孔内浆位，防止塌孔事故发生。3.6水下混凝土灌注灌注水下混凝土是桩基施工的关键工序。混凝土下料采用©300mm导管。导管使用前和使用一段时间后要进行水密性和承压性试验，并检查防水胶垫是否完好。导管下放至距孔底部30〜40mm。灌注前应检查孔底沉渣情况，如下放钢筋笼时间过长，应进行二次清孔,导管内吊放混凝土柱状塞头，开塞前堵料斗应有足够的混凝土初存量才能剪塞保证第一批混凝土灌注后导管埋管1m以上。本工程桩基直径大，桩底比较深，混凝土量大，浇注过程中必须保证混凝土的连续供应，并设专人进行测量孔深记录，准确掌握混凝土面的上升高度，严格控制导管埋深在2〜6m的范围内，灌注后混凝土面要比设计桩顶标高高出1.0m,灌注过程中应注意做好混凝土试块。3.7桩基检测全部桩基设计预埋声测管，委托第三方单位进行超声波检测。4、质量控制措施钻孔桩由于其工程隐蔽性和水下施工的不可见性，常见的质量病害分为成孔病害和成桩病害。成孔病害表现为：坍孔、偏孔、扩孔与缩孔、钻孔漏浆、掉钻落物、糊钻以及形成梅花孔、卡钻、钻杆折断等；成桩病害常表现为：钢筋浮笼、导管漏水、深埋或拔断、砼离析、强度不足、桩底标高过高、沉淀层厚度超标、缩径、断桩等。以下列举晋陕黄河特大桥钻孔桩施工中出现的主要质量问题及控制措施。桩位偏移利用护桩对护筒埋设和钻进过程中的桩位进行监测，钻机必须固定牢固，钻孔期间随时察看钻机固定情况。坍孔应认真分析原因，查明部位，可采取回填至坍孔位置以上，同时改善泥浆性能，加高水头、深埋护筒等措施。孔身偏斜随时注意校核钻杆的垂直度，钻孔中遇到不均匀硬层、斜状岩层和碰到孤石时，钻速适当放慢，并在偏斜处利用钻头反复扫空，使钻孔正直；严重时，应回填重钻。扩孔和缩孔扩孔采取优质泥浆护壁尽量避免坍孔，防止钻锥摆动过大等措施；发现缩孔时，对钻头进行检查、量测，发现磨损应及时修正。（5） 钻孔漏浆宜采取压实护筒周边回填土，增加护筒深度，减少水头，倒入粘土等措施，重新开钻。（6） 卡钻及钻头掉落出现卡钻情况时，不能强行提钻，应用冲、吸的方式松动钻头周围钻渣后轻提钻锥；当钻头掉落位置较深时，在确保安全的前提下利用水鬼下潜辅助打捞。（7） 泥浆质量泥浆原料粘土、膨润土和外加剂的性能应满足规范要求；钻孔过程中，应每班检测泥浆性能指标，当土层变化时，应相应增加检测次数。（8） 沉渣厚度严格控制清孔泥浆指标，选择合适的清孔方法，尽量缩短清孔与混凝土灌注之间的时间间隔。（9） 钢筋笼保护层终孔后使用检孔器检查，钢筋笼安放后对平面位置进行检测，检查垫块的固定质量。（10） 钢筋笼上浮钢筋笼安装前应认真进行检孔和清孔，检查控制好砼塌落度，接近钢筋笼底部时控制灌注速度;发现钢筋笼上浮时，要及时进行复位处理。（11） 堵管及断桩保证砼运输供应及其质量，检查测试导管密封性能，准确掌握导管提升量，控制砼埋置深度。经检测发现断桩情况，需进行返工或设计补桩。5、安全、环保措施（1） 安全措施钻孔需搭设钻孔平台，平台上活动荷载繁多，应定时对钻孔平台进行观测、检查。发现沉降值大或有较大变形时,及时按预案进行解决。由于桩基大都位于黄河漫摊及主河槽内，汛期来临应做好防汛准备，建立安全应急预案并进行相应演练。（2） 环保措施本工程施工严格遵守国家《环境保护法》、《水土保持法》等有关规定，在当地环保水利部门和业主审批的范围内进行施工，坚持贯彻“预防为主、保护为先、防治结合、强化管理”的方针，做到预防污染、持续改进，环保水保与工程建设同步进行。施工过程中，应用泥浆池、泥浆分离器等让泥浆循环利用，严禁排放到黄河水中，泥浆池内沉淀下来的钻碴运至规定的弃碴场存放，防止污染水源，减少环境破坏。保护好湿地的植被、水环境、大气环境、自然生态环境、土壤结构、自然保护区、野生动植物，维护生态平衡系统。6、结束语通过晋陕黄河特大桥主桥部分桩基施工，笔者阐述了在黄河流域施工钻孔桩的一些技术特性及控制要点。大