改造航道中大直径长桩塌孔处理技术

1、改造航道中大直径长桩塌孔处理技术1 工程概况皖赣铁路 WGZQ-标青弋江特大桥中心里程：DK16+992.556, 全桥长23658.795m,全桥共710个墩台（含芜湖台、宣城台）。 桥梁下部结构采用钻孔桩、扩大基础，实体桥墩，上部结构以 32m 24m简支梁为主，以特殊孔跨连续梁为辅。青弋江特大桥跨上潮河（65+2X 100+65） m连续梁，位于芜 湖市南陵县许镇镇与芜湖县陶辛镇交接处，与铁路交叉里程为 DK17+463交叉角为62.7 ，施工期正在河道拓宽改造施工， 改造后航道宽约250m为V级航道。桥位处设计水位H1%=12.92m Q1%=1067m3/s V1%=1.48m/s,

2、设计施工水位为 8.38m。2桩基设计连续梁下部结构涉及墩号为 363#367#墩，所有基础均为 群桩钻孔桩基础，三个主墩 364#、 365#、 366#墩位于改造航道 中，主墩基础均采用为 9 220cm群桩基础，364#桩长44.5m桩 基础，365#桩长42.5m桩基础，366#桩长41m；两边墩为11 125cm 群桩基础，桩长分别为 33m、 31.5m。根据设计资料显示，以 364#墩桩基为例，其施工部位地质 依次为：粉质粘土层、粉沙（细沙）层、粉土层、细圆砾土、粗 圆砾土、泥质粉砂岩。3 施工方案本连续梁位于整个标段的架梁通道先架区， 工期紧， 且上潮 河在每年 10 月至来年

3、 3 月份为枯水期， 即在 2015 年 3 月份前完 成本连续梁的主墩，避免水中施工而增加成本及相应的安全风 险。航道中桩基采用直接填筑施工平台进行桩基施工， 使用徐工 XR-360 型旋挖桩机进行带泥浆护壁旋挖钻孔施工。4 施工过程中出现问题及原因分析4.1 施工前后出现的问题366#-1桩设计孔深为52m预计所用的泥浆方量为 200m3 在施工前开挖泥浆池的过程中发现，开挖至河中流沙地层 50cm 左右时，流沙层发生滑坡现象，导致无法泥浆池继续深挖，所以 采用泥浆护壁开挖的方法有待优化。经过查阅相关技术文献、 咨询专家后， 决定采用化学浆糊在 孔中造浆护壁的施工方法，初步确定化学浆糊的成

4、分比例为水： 纤维素：烧碱：泥浆粉 =1000：0.5 ：1 ： 1.5 ，在实际施工过程中 按此比例所造的浆，比重 1.01，粘度为32ss35s之间。当366-1#桩钻进到26m位置时出现了塌孔，塌到 15m的位 置，塌孔深度达11m同墩台的366-4#从52m的位置直接塌孔到 15m的位置，365 7#从28m的位置直接塌孔到13m的位置，364-7# 从43m的位置直接塌孔到14m的位置，从地质柱状图分析，塌孔 的位置均为细沙层与其下土层交接的位置， 即深细沙层和粗圆砾 土层交接的位置。4.2 原因分析4.2.1 泥浆作用理论和试验证明， 泥浆比重较小， 会使泥浆对地下水的超压 力减小

5、，孔壁失稳的可能性增大。泥浆比重较大时，孔内水压力 相应增大，孔壁稳定，浮渣能力增大。但泥浆比重不宜过大，过 大的泥浆比重会导致失水量增大， 孔壁泥皮增加大钻具磨损， 加 大清孔、灌注的难度，且影响钻进速度，孔壁泥皮的增厚亦不利 于承载力的发挥。因此，采用合适的泥浆比重，重视泥浆性能的调整，对增强 孔壁稳定性有积极影响。粘度过小，钻渣不易悬浮，泥皮薄，对 防止翻砂、渗漏不利。粘度越大，泥浆悬浮钻渣的能力越强，护 壁的能力也越强，泥浆产生的孔壁泥皮厚，孔壁稳定。一般地层 泥浆粘度以16 22fl为宜，松散易塌地层以19 28s为宜。但 粘度过大时则易“糊钻”， 影响泥浆泵的正常工作， 增加泥浆净

6、 化的困难，影响钻进速度。4.2.2 主动土压力作用根据主动土压力的计算公式可以看出， 主动土压力取决于总 上覆压力值、黏聚力值和内摩擦角。当土质较差时，开挖后其主 动土压力值也大， 当泥浆提供反力平衡不了其主动土压力时发生 塌孔，因此可认为主动土压力也是造成塌孔的因素之一。4.2.3 时间效应作用 随着钻孔耗时的增长，平均孔径会表现为波动下降的趋势，在钻孔时间超过“时间区分点”以后， 平均孔径的波动较大， 且 不同土层平均孔径波动的特点和维持稳定的时间有差异。 随着成 孔时间的增长， 上部粘土层坍孔和缩径同时存在， 孔壁粗糙度变 化较小， 对侧摩阻力的发挥影响较小； 下部砂土层主要以缩径为

7、主，加上泥皮变厚，造成粗糙度降低，孔壁变得光滑，严重影响 了侧摩阻力的发挥，则发生塌孔。5 对应措施与效果措施一： 用正循环钻机先边钻孔边造浆， 钻进到粗圆砾土层 后，用旋挖钻钻进到设计孔深的施工方法。措施二：加大泥浆粉的比例且静置一段时间使化学浆糊粘牢孔壁，按照拟定的方法将化学泥浆粘度达到了40s,比重为1.02。措施三：静置一天后继续钻孔，并减慢旋挖钻的提钻速度， 具体施工方法和施工步骤为： 制备泥浆池：由于施工位置在河中，地质为流沙，直接挖 不出可以储备200m3泥浆的泥浆池，所以用1cm厚的钢板焊接做 泥浆池，制作尺寸为12mx 12mx 1.5m，储存方量为 210m3 制备泥浆：采

8、用GPS-20型正循环工程钻机边钻孔边造泥 浆。具体施工方法是： 将循环钻机安装就位后开动钻机并向孔中 加入黄土和水， 利用钻机钻头的转动进行造浆， 造出的泥浆比重 为1.35左右，粘度为22s。通过挖好的渠道流到预制好的泥浆 池中储存，以备旋挖桩钻进时使用。 循环钻机钻进：循环钻由于要造浆所以钻进速度比较慢， 钻进到20m左右钻进到粗圆砾土层后， 由于砾石多且大，循环钻 无法进行钻进，需要将循环钻移到下个孔位。 旋挖钻钻进： 360 型旋挖钻机从粗圆砾土位置开始钻进， 所用泥浆为泥浆池中所储备的泥浆，钻进时泥浆比重控制在 1.3 左右，粘度控制在 22s 左右。尽量减慢提钻速度，以免造成孔内 负压而使流沙层的护壁坍塌造成塌孔。通过上述方案对其他孔进行施工， 浇筑混凝土时所用方量为183m3充盈系数为1.059，并且在浇筑过程中孔中的混凝土面 是均匀上升的， 证明此方法可行， 在后续桩基施工过程中均未塌 孔。6 总结从上面几根桩的成功可以得出， 用循环钻钻机造浆配合旋挖 钻机钻进的施工方法在河道有细沙层地质的桩基施工方法是可 行的，只要施工时选用粘性土造浆， 控制好泥浆的粘度和比重是 完全可以在流沙地层中成桩的。由于大直径超长钻孔灌注桩自成孔结束到灌注混凝土， 中间 过程包括下钢筋笼、清孔和等待混凝土，此过程耗时较长。成孔 过程