在软弱复杂地质旋挖机深挖孔及水下砼灌注桩施工技术

在软弱复杂地质旋挖机深挖孔及水下砼灌注桩施工技术【摘要】珠三角城际轨道交通佛山至肇庆项目施工总承包SKZH-2标，线路全长1.95Km，工程桩基础采用水下混凝土灌注桩，桩基长度最大70m。为提高工效，环保文明施工，桩基施工采用旋挖机成孔施工技术。针对本工程沿线地质软弱复杂，砂层淤泥层较厚，地下水位高，桩基成孔施工容易出现塌孔和缩径等难题，通过技术攻关，加强旋挖机成孔质量控制，很好地解决了深挖孔技术难题，成桩质量指标达到预期要求。【关键词】软弱地质旋挖机深挖孔水下混凝土灌注桩施工技术中图分类号：U443.15+4文献标识码：A文章编号：一、工程概况珠江三角洲城际轨道交通项目佛肇段起点为贵广铁路的佛山西站，终点为肇庆站，线路全长84.8km。其中，SKZH-2标段线路全长1.95Km，均为特大桥，桥梁采用桩基，桩基础共计3.84万延长米，工程桩基础采用水下混凝土灌注桩。场地底层岩性主要为：人工填土（Q4ml）,厚03m；淤泥、淤泥质粉质粘土，厚026.5m；中粗沙，中密、饱和，厚232m；粉质黏土（Q4al+pl），软硬塑，厚15m；泥质砂岩、含砾砂岩、粉砂岩（N），全风化强风化层较薄，下为中风化。中风化层，岩质稍硬，岩体较完整，整体稳定性较好，地基基本承载力略高，中风化带作为桩基础持力层，特征值400kPa。地下含水层主要有赋存于上部第四系黏性土中的上层滞水、局部砂层的承压水和基岩裂隙水，第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及地表水相互补给，共同受大气降水及潮水涨落影响。地下稳定水位埋深2.12.7m。二、施工难点（1）线路所经地区河网密集，水系发达，地表水、地下水丰富，水位相对较高，部分桩基位于水中，成孔过程外水压高，护筒埋设和水位控制要求高；（2）砂层淤泥层较厚，有些工点砂层厚度达到32m，桩基施工中容易出现塌孔缩径等问题，直接影响成桩质量。（3）为保证桩基施工进度，提高工效，文明环保施工，采用旋挖机进行成孔施工。在本地区地质条件下，采用旋挖机深挖孔施工，属于创举，需要进行技术攻关，确保施工质量。三、旋挖钻机主要结构与原理应用于本工程的是ZR220B/ZR220C旋挖钻机共三台，底盘采用专用可拓展履带底盘，自行起落折叠桅杆，可伸缩钻杆，液压先导控制、负载敏感和负荷传感控制。具有自动检测孔深、垂直度自动调整、回转自动定位、集成式监控系统直接显示工作状态参数和防误操作的逻辑功能控制。该机组成部件技术成熟，性能先进稳定，可靠性高，动力强劲，是大口径桩基础工程最理想的成孔设备。旋挖钻机由行走机构、伸缩底架、底盘上车、桅杆、变幅机构、动力头、钻杆、捞砂斗、主卷扬、副卷扬、动力系统、液压系统、电器系统等组成。旋挖机通过自带动力传动，由钻杆带动捞砂斗旋进取土，再提起卸土，将钻进范围内的岩土取出而形成桩基孔洞。四、旋挖机成孔桩基施工方法及工艺要求1、旋挖钻机钻孔桩施工工艺流程见图。2、旋挖机成孔工艺要求（1）泥浆制备根据地质条件，最好采用膨润土泥浆护壁，泥浆比重1.3以上。但实际施工中，一般采用粘土制浆。施工中，要备足造浆所需的粘土。粘土要求水化快、造浆能力强，一般应选取塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的粘粒含量大于50的粘质土制浆。当缺少上述性能指标的粘质土时，可选用性能指标略差的粘质土,但需掺入30的塑性指数大于25的粘质土。当采用性能较差的粘质土调制的泥浆其性能指标不符合要求时，可在泥浆中掺入Na2Co3、NaOH或膨润土粉末，以提高泥浆的性能指标。具体掺入量与原泥浆的性能有关，须经过试验确定。挖孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。经常对孔内泥浆进行检测，不符合要求时，应及时改正。（2）钻机钻孔施工技术钻机就位前，对钻孔各项准备工作进行检查，钻机底座应平稳，在钻进中不应产生位移或沉陷。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。钻进过程中，如发现有失水现象，护筒内水位缓慢下降，及时补水和投放粘土。应经常注意地层变化，在地层变化处应捞取样渣保存。钻孔作业应保持连续进行，不中断。在钻进过程中，应慢钻进，慢提起，防止护壁破坏。（3）检孔在成孔清孔前用检孔器检查。检孔器长度为孔径的46倍，直径小于孔径510cm。如检孔器不能下到原来已钻的深度，则可能孔径有问题，发生了弯孔、塌孔或缩径等情况，应及时采取补救措施，这时应用钻头上下扫孔，扫孔完毕，再作检查，直至达到设计及施工规范要求。（4）钻孔中易出现的问题及其处理方法（a）塌孔：当发生浅层孔口坍塌时，应立即拆除护筒，并将钻孔回填密实，在原位置重新埋设护筒，重新钻进；当发生深层孔内坍塌时，先探明坍塌位置，回填砂和粘质土混合物至坍孔处位置以上2m以上，如塌孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。（b）弯孔（斜孔）：先探明发生弯孔的范围，当弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进；当发生严重弯孔、梅花孔、探头石时，应重新回填,待回填物沉积密实后再行钻进。（c）缩径：当出现孔内缩径时，可提高孔内泥浆面或加大泥浆比重采用上下反复扫孔的方法，恢复孔径。（d）卡钻：当出现卡钻的情况时，不宜强提。应查明原因，采取晃动钻头以及其他措施，使钻头松动后再提起。五、水下混凝土灌注桩施工技术1、检孔和一次清孔钻孔达到设计标高后，对孔径、孔深进行检查，合格后进行清孔。清孔后泥浆指标、沉碴厚度等均符合规范要求后，报监理工程师批准后，即可提钻、移钻，做好灌注砼的准备。2、导管配制及吊装就位导管底部距孔底一般为0.30.4m，不得大于0.5m，使用前必须进行水压、抗拉试验。水下混凝土采用丝扣连接或法兰联接的钢导管，安装前应进行组拼和水密承压试验及接头抗拉试验，严禁压气试压，试验时的压力应不小于砼灌注时导管可能承受的的最大压力的1.5倍，试压导管长度不小于最长桩实际所需导管长度，试压计算公式如下：P=chc-whwP导管可能受到的最大压力（kPa）；c混凝土拌和物的重度（取24kN/m3）；hc导管内混凝土柱最大高度（m）；w井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）；hw井孔内水或泥浆的深度（m）。要保证初灌后导管埋入砼深度不小于1.0m，同时保证初灌砼顺利排出管外。3、二次清孔导管安装完毕，再次进行深度测量。如果沉碴厚度大于设计要求时，需要进行二次清孔。当沉碴厚度、泥浆指标等均符合规范要求后，报监理工程师批准后可灌注混凝土。4、灌注水下混凝土（1）采用导管法灌注水下砼，导管选用30cm导管。安装前首先要对导管作水密性试验，如发现有漏水现象及时