倾斜破碎岩层桩基成孔施工技术.doc

倾斜破碎岩层桩基成孔施工技术公路交通技术2008年2月第1期TechnologyofHighwayandTransportFeb,2008No,1倾斜破碎岩层桩基成孑L施工技术陈志勇,庞瑞炎(1,贵州高速公路开发总公司,贵阳550004;2.广西柳州航道管理处,广西柳州545007)摘要:结合某长江大桥主塔墩桩基施工经验和体会,探讨在倾斜破碎岩层复杂地质情况下的桩基成孔施工技术.关键词:倾斜破碎岩层;桩基成孔;施工技术文章编号:10096477(200801009104中图分类号:U443.15文献标识码:ABoringConstructionTechnologyforPileFoundationwithTiltedandBrokenRockStrataCHEN,PANGRuiyanAbstract:BasedontheexperiencesandunderstandingofthemainpylonpilefoundationconstructioninaChangjiangRiverBridge,thispaperdiscusstheboringconstructiontechnologyforpilefoundationwiththetiltedandbmkenrockstrata.Keywords:tiltedandbmkenrockstrata;boringforpilefoundation;constructiontechnology某长江公路大桥为双塔双索面钢筋混凝土斜拉桥,桥型布置见图1.该桥主跨460m,2主塔墩桩基均为2O根22Ocm钻孔灌注:键,桩长分别为58m(北塔)和76m(南塔),均位于河岸边浅水区.该桥桩基与国内目前已建成和在建桥梁桩基相比较,近于旱地施工,现场施工条件相对较为优越,且桩长,桩径均不属于超长,超大直径桩,而因桥址处的复杂地质特性给桩基施工带来的难度,才真正体现了该桥桩基施工的特点.本文对该桥桩基成孔施工中的经验给予总结,以便推广应用.1复杂地质特点该桥位于三峡库区内,桥位区两岸属丘陵低山区河谷地貌,地形陡峭.桥址区位于上扬子准地台次级构造四川台坳与扬子台褶皱带及大巴山台缘褶皱带的交接复合部位,其主要地质特点如下:(1)由于受桥位区域地质构造及桥位主控地质构造一背斜的复合作用,基岩节理裂隙发育,岩体破碎,以碎石为主,少量为块状和柱状,强风化层厚度大,岩层软弱夹层多而明显.软弱夹层岩芯呈土状或角砾碎石状,质软,含大量亲水性物质矿物.在背斜形成过程中,岩层顺层挤压,搓动形成构造破碎带.破碎带岩体十分破碎,岩芯呈碎石状,角砾状,部分角砾状岩芯具磨圆现象.钻孔时垮孔,掉块现象严重.(2)桥区范围内的地层主要为第四系土层和三30420264601747253一F删.87.000口7800施工壤低水位)7524(M噩低桔水位1二二5:2,单位:131图1桥型布置收稿日期:2001060l作者简介:陈志勇(1971一),男,贵州省赤水市人,本科,工程师92公路交通技术2008年叠系中统巴东组泥岩,白云岩,泥质灰岩,钙质泥岩和盐溶角砾岩等,为含膏盐层位.在构造作用,风化作用和地下水的期溶蚀,淋滤作用下,岩质软,岩体的节理,裂隙发育,岩体被切割成以碎石状为主,少量碎块状.同时,构造破碎带十分发育,钻进时软硬不均,塌孔,掉块严重,2主塔墩离背斜轴部较近,构造应力较集中.岩体十分破碎,岩芯以角砾状和碎石状为主(3)桥位区基岩节理,裂隙十分发育,裂隙一般间距0.10.5nl,宽230rnm,延长一般小于10in;裂隙被方解石脉或泥质充填(4)盐溶角砾岩旱半胶结状态,角砾间充填黑色粘土,在水的作用下,黑色粘土易被软化,带走.2倾斜破碎岩层成孔难点(1)由于基岩节理,裂隙十分发育.在成孔过程中,漏水,漏浆现象极为严重,加之岩体破碎,孔内水头不能维持正常水位,易出现塌孔,垮孑L,埋钻等事故.如南塔20孔在开孔钻进至40llfl时,因钻机故障,停钻24h,孔内水头迅速下降l0多n,直至与江面水位齐平(2)岩层倾斜角度大,软硬不均,岩体破碎,在成孔过程中,塌孔,埋钻,卡钻,跳钻,掉钻孔等事故易发生.如南塔6,9孔均出现不同程度的塌孔,北塔也出现桩孔倾斜现象.(3)盐溶角砾岩呈半胶结状态,角砾间充填黑色粘土,易被软化,被水带走,形成埋藏型岩溶和穿孔?(4)终孔后,采用钻机第1次清孑L,置换孔内泥浆,均能满足规范及施工要求但在钻头提升和钢筋笼下放过程中,囚碰撞孔壁,破碎岩壁掉块现象极为严重,导致混凝土浇筑前沉渣厚度大,且呈块碎石状,二次清孔难度大.3成孔施工工艺要点根据桥址处的水文情况,以及倾斜破碎岩层的复杂地质特性,主塔墩桩基成孔采取了如下施工步骤和工艺:(1)施工准备南北主塔墩均位于河岸浅水区.根据施工安排,桩基施工期间,北塔处于水中搭设钢管桩平台,施沉内径为24OOn硼钢护筒确定桩位,维持水头压力进行钻进成孔;南塔地面标高相对北塔高,处于旱地,采用土平台施工,人工挖孔510m穿过表层块石土层,混凝土护壁,再上钻机钻进成孔.(2)钻机选型根据南北主塔墩位处地质情况及工期要求.北塔投入3台ZSD-250型钻机和1台QZJ250型钻机;南塔地质相对较复杂,共投入5台ZSD-250型钻机和1台QZJ250型钻机.均采用牙轮钻头,气举反循环为主.正循环辅助相结合成孔,钻机工作性能如下:ZSD250型为南京中升集团生产的动力头式全液压钻机,设汁钻岩最大直径3.0m,最大孔深100m;主机自重32t.动力180kW,最大输出扭矩11t?In,提升能力100t.QZa25o型为山东章丘市钻探设备机械厂生产的回转钻机,设计钻岩最大直径2.5m,最大孔深100m;主机自重30t,提升能力60t.(3)泥浆制备南北塔在前期开孔钻进过程中,均采用本地泥土造浆,但因含砂率高,泥浆指标始终不能满足施工要求,后改用优质膨润土配浆,机械搅拌造浆,泥浆循环采用重力沉淀法,泥浆指标见表1.f4)钻进工艺困岩层破碎,裂隙发育.且存在盐溶角砾岩,在开钻前应备好足够的膨润土及锯木屑等.在钻进过程中,经常检查孔内泥浆性能指标,根据不同的岩层情况,随时调整泥浆指标,孔内始终保持1.52.01111水头高度,防止塌孔由于岩层倾斜角度大,且软硬不均,在岩层变化区,极易造成钻杆倾斜而出现斜孔,折断钻杆等事故,故在钻进过程中随时捞取渣样,按每钻进2m进行分段描绘地质柱状图,分析地层变化区域,并结合地质勘察资料,以此确定泥浆指标,钻进压力及钻进速度.在岩层变化段钻进过程中实行减压慢速钻进,确保成孔垂直度.(5)清孔表1钻孑L泥浆指标循环方式相对密度粘度/(Pa?S)反循环1.11.152024正循环121.422283695962【】l532l2.5358l08102008年第1期陈志勇,庞瑞炎:倾斜破碎岩层桩基成-tL:A_,z-技术93清孔分2次进行,以第1次清孔(钻机气举反循环清孔)为主,第2次清孔(混凝土浇筑导管气举清孔)为辅.清孔过程中,同时置换新鲜泥浆.清孔后的泥浆指标要求如表2所示.表2清子L后泥浆指标相对密度粘度/(Pa?S)含砂率/%胶体率/%1.031.10l720<2>984倾斜破碎地质成孔常见事故处理要点在倾斜,破碎带盐溶角砾岩层中进行钻孔灌注桩成孔施工,易发生漏浆,塌孔,卡钻,跳钻,掉钻,斜孔,沉渣超标,穿孔串浆等常见事故.在该桥主塔墩桩基施工过程中,根据地质特性,采淑了常见事故的控制措施,取得了一定的效:果.在此重点介绍针对以下特殊地质情况采取的成孔措施.(1)带盐溶角砾岩层因岩层极为破碎,裂隙十分发育,且存在盐溶地质,导致钻:fLm-j发生严重漏浆(如南塔20孔)和大面积塌孔(如南塔9孔)等事故.通过对20孔严重漏浆和9孔大面积塌孔现象进行地质特性分析,可知导致事故发生的重要原因是岩层极其破碎,裂隙发育,特别盐?容角砾岩的充填物经泥浆浸润和冲刷后软化,融解,被泥浆带走,原固结稳定状态被破坏.同时,用地泥土造浆,含砂率高,泥浆性能不能满足带盐溶:砾的极破碎岩层施工要求.针对事故发生原因,采取了以下措施:20孔出现漏浆和9孔发生塌孔后,均及时提升钻头,向孔内抛填优质粘土及水泥混合物至破碎带以上5m左右,并同时向孔内补水,维持水头2m以上.保持孔内水头静置一段时间,使水泥浆渗透入岩石裂隙,混合物与破碎岩层固结后,再重新开钻.在重新开钻和其他桩孔钻进过程中,均改换了泥浆,采用优质膨润土造浆,提高泥浆性能,并根据地质资料和实际钻进情况,在通过原坍塌地层和极破碎岩层时,均采取了减压慢速正循环钻进,并抛填大量粘土,以填实孔壁,隔离盐溶角砾岩充填物与泥浆接触,减少充填物被泥浆冲刷和溶解.采取此措施,护壁效果良好,钻进顺利,终孔后沉渣厚度得到有效控制,减小了二次清孔难度,成功地完成了带盐溶角砾极破碎岩层段的钻进.(2)极破碎岩层南塔6孔因受斜邻孔9孔塌孔影响,在钻进过程中,塌孔较为严重,同时因岩层极为破碎,在周边其他孔钻进中对6孔地层均有不同程度的扰动.为了保证6孔成孔质量,采取了钻注压浆:fLTJll固破碎岩层措施,取得了良好的效果.6孔出现塌孔后,立即进行了回填,然后在6孔周围等间距布设了8个注浆孔(图2).采用4台9100型地质钻机成孔,终孔深度为桩底以下2n,终孔后采用高压灌注水泥浆,平均每个注浆孔完成时间为5d,近10d就全部完成了8个注浆孔的钻进和水泥浆灌注.破碎岩层注浆加固后,在6孔恢复钻进过程中,钻进速度快,钻进顺利,未出现坍孔现象,同时成功解决了因岩层倾斜,软硬不均导致的跳钻,卡钻和斜孔现象.广L)/.单位:12m南塔6桩周围注浆孔平面布置(3)倾斜,软硬不均岩层因岩层倾斜角度大,软硬不均,钻进时若进尺速度太快,钻头配重较轻,均可能导致成孔后孔的倾斜度严重超过规范要求,以致无法继续钻进或提不出钻头.北塔在第l根桩终孔后,下放检孔器检测孔的垂直度时,检孑L器无法顺利放至孔底,孔出现局部段倾斜超标.对由倾斜,软硬不均的岩层导致的斜孔现象,采取了以下措施:加大钻头配重,自重导向,并加焊导向扶正器,对已成斜孔进行上下反复扫孔.因岩层破碎,且已成孔倾斜不十分严重,直接采取反复扫孔,解决了已成孔的倾斜问题.在其他孔钻进过程中,根据捞取渣样分析,在地层变化区域,减慢钻速,随时观测钻机状况,有无跳钻,卡钻现象.若出现跳钻,卡钻,立即提升钻头缓慢扫孔钻进,待穿过岩层变化段后再加速钻进.此方法除南塔10:fLF,均克服了岩层(下转第100页)图100公路交通技术2008.年植筋孔径和锚固深度还受基材力学特性等因素的影响,因此植筋胶粘剂的选择是与植筋锚固计算结合在一起的,是一个比较分析的过程.例如,按照钢材破坏的计算模式进行设计时,若采用粘结强度过低的胶粘剂材料,则计算所需的植筋孔径和锚固深度都比较大,措施和材料也就相应增加,而且过大的尺寸可能无法满足构造要求甚至不能实现,比如植筋孔径太大可能造成所需植筋数量与钢筋间距要求不能同时满足,在重要构件上钻孔太深可能造成施工过程中结构的不安全,当计算大于构件厚度时,必须更换植筋材料;若采用粘结强度过高的胶粘剂材料,则可能较小锚固深度就可以确保钢筋强度充分利用,但为保证砌体不发生锥形受拉破坏,不得不增大锚固深度,而一般粘结强度越高的胶粘剂材料价格越高,这样造成经济上的损失.影响植筋施工和使用的因素还包括结构需植筋的部位,植筋使用环境,基材的物理现状,施工方法与现场条件等.例如,当基材砌体砌筑质量不理想或本身有开裂则不宜采用液体类结构胶,因为在灌注过程中液体可能沿缝隙填充造成材料浪费;对于需向上植筋的部位,锚固深度不宜设计过大,且尽量不采用流动性大的胶粘剂材料,以降低施工难度.6结语石拱桥加固中的植筋设计虽然没有专门的标准和规范,但在生产实践中,可以根据工程实际情况确定加固目的,并由此建立相应的设计思路,从设计思路出发,通过理论研究,边计算边分析,在设计过程中不断完善各种因素对加固结构的要求,最终实现结构加固目的.参考文献1中交公路规划设计院.JTGD602004公路桥涵设计通用规范s.北京:人民交通出版社,20042:中交公路规划设计院.JrIBD612005公路圬工桥涵设计规范s.北京:人民交通出版社,2005.3中交公路规划设计院.GB503672006混凝土结构加固没计规范s.北京:中国建筑工业出版社,2006.4Hihi.喜利得固定技术手册M.列支敦士登公国:喜利得集团,2006.,.),(,<,0,<>),)(,(,C,>,),(上接第93页)倾斜导致的斜孔.在南塔l0孔钻进过程中,发现钻杆明显倾斜(钻机位置未动),且经反复扫孑L仍不能解决.主要原因是岩层倾斜角度较大,软硬不均,强度相差过大.最后采取回填C25混凝土至倾斜岩面以上约lnl,34d后,重新下钻头钻进,成功地穿越此倾斜岩层,纠正了斜孔.5结束语该桥主塔墩桩基施工虽受倾斜,破碎特殊地质的影响,但通过采取有效的针对性处理措施,在保证质量的前提下快速成功完成主塔墩40根桩基的施工.经检测,所有桩基均达到I类桩标准:通过该长江大侨主塔墩桩基施工实践,对倾斜破碎岩层中桩基施工得出如下经验和体会:(1)在倾斜破碎岩层中进行桩基施工,钻机选型时(立尽可能选用大扭矩钻机,并应适当加大钻头配重,以便自重导向,克服孔斜(2)在穿越带盐溶角砾的破碎岩层时,应严格控制泥浆指标,并减慢钻进速度,必要时可抛填粘土,正循环钻进,以填实孔壁,减少因泥浆冲刷孔壁带走角砾间充填物.破坏原胶结状态.同时,在破碎岩层的钻进