浅水区软弱地层超长钻孔桩施工技术

2010-07-20朱兴礼

山西建筑 2010年17期

朱兴礼

1 工程概况

1)桥型简介。沿海高速公路青锋农场枢纽互通立交桥,主线桥1座/1.737 km,匝道桥 8座/1.532 km。本桥上部结构采用装配式部分预应力混凝土连续箱梁及现浇预应力混凝土连续箱梁两种形式;下部结构采用柱式墩、肋板台、桩基础。本桥钻孔灌注桩共有494根,最大桩径1.8 m,最大桩长65 m。

2)地质条件。本桥路线穿越区为海相及海陆交互沉积地貌,地层结构主要为粉质黏土、粉细砂、软土、软弱土、粉土、黏土等,多呈互层状分布,埋深4 m～20 m范围内有软土、软弱土透镜体分布。

3)水文特征。路线所在区域水系十分发育,属于水网地带。本桥几乎全部位于有水区域,水深一般在1.5 m左右。

2 施工操作要点

2.1 施工准备

本合同段的桥梁全部位于有水区域,桩基施工前须先行施工挡水围堰,随后在挡水围堰的保护下进行桩基钻孔平台施工。即施工前先利用水陆两用挖掘机沿施工区域修筑初期围堰,围堰顶宽1.5 m,高出附近水面50 cm～80 cm。围堰修筑完成后,抽干堰内积水,然后用普通挖掘机将围堰顶部加宽至3 m,并视实际情况在围堰迎水面铺设防水土工布。围堰迎水面边坡坡度按1∶1.5,背水面边坡坡度1∶1控制,用挖掘机斗将坡面夯实。最后根据桥梁桩位情况利用推土机清理掉表层淤泥,分层回填50 cm厚8%石灰土,从而形成钻孔施工平台。钻孔平台如图1所示。

2.2 埋设护筒

本桥桥位处地表结构层多为黏土或粉质黏土,层厚为1.2 m～1.9 m,其下为粉砂或粉土,层厚一般约为1.4 m,而粉砂土极易液化,护筒埋深过浅易造成护筒底漏浆和坍孔,故采用厚度10 mm的钢板制作成整体钢护筒,直径2 m,长度 4 m,此类护筒强度高,刚度大,适应性强,有利于实现机械化作业,能加快施工进度。护筒埋深要求在地面以下不小于3.7 m,顶端高出地面0.3 m。钻机就位前,用长臂挖掘机开挖至护筒埋设底标高并吊装护筒,然后检查护筒中心和垂直度,符合要求后四周分层回填黏土。

2.3 泥浆制备

桥位处地质情况为软土,软弱土层较厚,且粉砂层、粉细砂层与黏土层按互层状排布,在钻进过程中,护壁不好极易坍孔,故采用了粘结性强的膨润土造浆。膨润土泥浆具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。而且本项目沿线地表水均属于中性～弱碱性水,pH值位于7～9之间,能增加水化膜厚度,提高泥浆的胶体率和稳定性,降低失水量。钻孔泥浆的性能指标如表1所示。

表1 泥浆各项性能指标表

2.4 钻机就位

钻机调平并对准桩孔中心,调直钻杆,将钻头中心与桩位对齐,保证插钻正确,防止钻孔偏斜。平台部分位置承载力比较低,为避免地基局部受力产生不均匀沉陷,影响钻机稳定性和对孔壁产生压力,钻机在就位时均在其底铺放枕木,以增大受力面积。

2.5 钻孔

软弱地层条件下,钻孔施工必须要迅速、安全,争取在最短时间内完成,否则极易缩颈甚至坍孔,根据本项目施工情况,钻进时要注意以下几点:1)开始钻进时,尤其是护筒刃脚处时,应低挡慢速钻进,使刃脚处有坚固的泥皮护壁。钻至刃脚下1 m以后,可按土质以正常速度钻进。2)在黏土中钻进,由于泥浆粘性大,钻锥所受阻力也大,易糊钻。宜采用中等转速,稀泥浆钻进。3)在砂土或软土层钻进时,易塌孔。宜进尺稍慢,轻压低挡慢速,稠泥浆钻进。4)钻进过程中,必须注意检查钻机是否倾斜、移位,检查方法为利用十字护桩检查钻杆中心位置,用铅垂和水平尺检查钻杆是否垂直,转盘是否水平;同时通过从泥浆沟中捞取钻渣样品,查明土类并记录,与设计资料核对,及时调整进尺速度,优化钻孔施工技术。

通过以上措施,在钻孔施工中,单台钻机平均25 h便可以完成一根长度为60 m的钻孔桩施工,并且成桩质量较好。

2.6 清孔换浆

当使用正循环回转钻进终孔后,停止进尺,稍提钻头离孔底20 cm空转,并保持泥浆正常循环,以中速压入比重为1.1～1.2的较纯泥浆,把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出,进行第1次清孔,根据钻孔直径和深度,换浆时间约为4 h～6 h。第2次清孔在钢筋笼下放完后进行,灌注前泥浆可以达到比重1.07～1.10;粘度18 s～20 s;含砂率小于1%;胶体率大于98%。

2.7 钢筋笼制作与入孔

钢筋笼在加工场统一加工,采用自动滚焊成型机制作,通过自制双轮拖车运输到桩位,再使用汽车起重机起吊入孔。钢筋笼下放时须采用直径75 mm(混凝土保护层75 mm)的4根钢管在护筒顶部均匀分布悬挂协助钢筋笼定位,待混凝土浇筑至顶后再拔除;同时将钢筋笼4根主筋延长,使其露在孔内水面以上,然后恢复桩位进行对中,对中好后再用吊筋悬吊;钢筋笼顶部通过钢筋与护筒口焊接相连,以预防钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。

2.8 水下混凝土灌注

灌注混凝土前,检测孔底沉淀厚度,大于规定,则采用导管加特制弯管作为进浆管再次清孔。混凝土采用拌合站生产,混凝土搅拌运输车送至现场。因钻孔平台承载力不高,灌注过程中反复轮压势必需要随时修筑,耽搁时间较长,不利于混凝土成桩质量,故采用钻机提升导管,混凝土泵车灌注的方案。采用这一方案,一根混凝土方量在120 m3左右的桩仅需3 h即可灌注完成。

3 特殊情况处理

1)漏浆。孔内漏浆多发生在护筒刃脚位置,如护筒土质松软发现漏浆时,可向孔中倒入适量水泥或膨润土,停止泥浆循环,让钻头空转,使浓浆液挤入孔壁堵住漏浆孔隙,稳住泥浆后再继续钻进。

2)缩孔。缩孔是因地层中有遇水膨胀的软土、黏土泥岩造成的,应采用失水率小的优质泥浆护壁。已发生缩孔时,宜在该处用钻锥上下反复扫孔以扩大孔径。

3)扩孔。正循环回转钻深孔时,一般从主吊钩以下提引水笼头,此时钻杆到钻锥全部钻具重量都作用于钻孔底部,则细长的钻杆容易受压而弯曲,从而造成钻锥摆动引起扩孔的现象。为避免此现象须采用减压钻进,即将主吊钩稍提起一些,使孔底承受的钻压不超出钻具总重量扣除浮力后的80%,这样可使钻杆不受压力,而且还受一部分拉力,在整个钻进过程中因受拉而维持垂直状态,使钻锥回转平稳,避免或减少了斜孔、弯孔和扩孔现象。

4)塌孔。塌孔不严重时,可回填至塌孔位置以上,并采取改善泥浆性能、加高水头等措施处理;塌孔严重时,应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹黏土回填,暂停一段时间后,重新钻进。塌孔部位不深时,可采取深埋护筒法,将护筒周围土夯实,重新钻孔。