流凌河段钻孔桩施工技术分报告二

分报告二流凌河段钻孔桩施工技术目录HYPERLINK\l"_Toc364447761"1.工程概况1HYPERLINK\l"_Toc364447762"1.1大桥概述1HYPERLINK\l"_Toc364447763"1.2水文地质资料1HYPERLINK\l"_Toc364447764"1.3黄河河道特点及其对工程的影响1HYPERLINK\l"_Toc364447765"2.钻孔平台的搭设2HYPERLINK\l"_Toc364447766"2.1施工方案比选2HYPERLINK\l"_Toc364447767"2.2钻孔平台的设计2HYPERLINK\l"_Toc364447768"2.3钻孔平台的布置方案2HYPERLINK\l"_Toc364447769"2.4钻孔平台施工步骤及设计计算：3HYPERLINK\l"_Toc364447770"2.5钻孔平台的结构验算4HYPERLINK\l"_Toc364447771"2.5.1计算依据4HYPERLINK\l"_Toc364447772"2.5.2荷载取值4HYPERLINK\l"_Toc364447773"2.5.3结构计算4HYPERLINK\l"_Toc364447774"3．严重地震砂土液化层桩基钻孔施工技术7HYPERLINK\l"_Toc364447775"3.1钻机的选型7HYPERLINK\l"_Toc364447776"3.1.1冲击钻施工分析8HYPERLINK\l"_Toc364447777"3.1.2正循环回旋钻施工分析8HYPERLINK\l"_Toc364447778"3.1.3反循环回旋钻施工分析8HYPERLINK\l"_Toc364447779"3.1.4旋挖钻施工分析9HYPERLINK\l"_Toc364447780"3.2钢护筒制作、放样及搭设9HYPERLINK\l"_Toc364447781"3.2.1护筒的设计9HYPERLINK\l"_Toc364447782"3.3各层地质钻进速度控制：10HYPERLINK\l"_Toc364447783"3.4泥浆的配置及比重调整11HYPERLINK\l"_Toc364447784"3.4.1地震液化层内钻孔泥浆材料选择：11HYPERLINK\l"_Toc364447785"3.4.2地震液化层内泥浆制备及调整：11HYPERLINK\l"_Toc364447786"3.5放样与钻孔12HYPERLINK\l"_Toc364447787"3.6成孔与清孔12HYPERLINK\l"_Toc364447788"3.7吊装钢筋笼与灌注混凝土13HYPERLINK\l"_Toc364447789"3.8游荡性河道钻孔桩施工中可能遇到的问题及所采取的工程措施13HYPERLINK\l"_Toc364447790"4．结语13流凌河段钻孔桩施工技术1.工程概况1.1大桥概述XX铁路黄河特大桥起止里程DK14+241.85～DK23+545.53，全长9303.68m。主桥墩均位于黄河的主河道和漫滩内，该段黄河河道属游荡性河道向弯曲性河道的过渡段，平均河宽4000m，河道主槽平均宽约710m。全部采用钻孔桩基础，桩基钻孔桩长度分别50-78m，钻孔直径为1.8m和1.5m，均为16根。水中墩墩位具体布置立面图见图1。图1水中墩墩孔跨布置立面图1.2水文地质资料本河段实测最大洪流量为5500m3/s，年内流量随月、季变化大，7～9月份流量最大，占全年径流量的59％。特大桥施工洪水位为二十年一遇（1016.8m）,百年一遇设计洪水标高为1017.7m。地质为黄河河谷，漫滩阶地区，上层地表往下12～19m地质为粉砂（Q4al4），灰黄色－深灰色，饱和，稍密－中密，Ⅰ级松土，σ0=80～100kPa；下层为粉质黏土（Q3al1），为硬塑～流塑状，Ⅱ级普通土，硬塑，σ0=150～180kPa；软塑，σ0=120kPa；流塑，σ0=80～90kPa，不良地质现象为地震液化层和盐渍土，地层局部有孤石。1.3黄河河道特点及其对工程的影响⑴工期紧。本段黄河河道冰凌期时间长，每年封河较早，开河较晚，每年有效施工时间仅6个月。⑵防洪泄洪要求高、施工难度大。夏季受洪水影响，7月至9月水流量最大，最大洪峰流量为5500m3/s。本段黄河为“S”形，河道为3.5km，枯水期主河道宽为710m左右，黄河主河道摆动较大，仅2010年一年时间主河道向北移动了50m左右；防洪抢险护堤难度大；黄河河床底不稳定，冲刷严重，水位变化也比较频繁。2.钻孔平台的搭设2.1施工方案比选水位和河床变化对方案的确定影响很大，且还要度过黄河的凌汛期，为确保顺利施工，先后多次进行现场勘察和方案论证，并提出三种方案。方案1：围堰钻孔平台，即在深水中先施工围堰，利用围堰搭设钻孔平台；此种方法优点是桩基施工是在静水中施工，护筒埋设深度较小，桩基施工可靠；缺点是围堰受河床水流冲刷时间较长，容易出现较严重掏空现象，安全隐患较多，材料周转率低，对围堰的刚度要求较大。方案2：固定钻孔平台，即在墩位处设置一个钢管桩基础、型钢固定式平台。其优点是护筒容易固定，钻孔定位准确，施工过程不受水位的影响；缺点是搭设、拆除困难，成本较高，。方案3：浮式平台，即利用大吨位驳船搭设钻孔平台。其优点是搭设、拆除速度快；缺点是钻孔定位困难，施工效率低。经过合理验算工期，墩台钻孔桩能够在一个凌汛周期内施工完成。为确保工期，决定采用固定式钻孔平台。2.2钻孔平台的设计根据工期安排，同时安排3台钻机施工，确定平台平面尺寸为35x18m，按设计施工洪水位为二十年一遇（1016.8m），平台底层横梁标高设计为1017.5m。2.3钻孔平台的布置方案结构布置形式为：立柱钢管桩采用φ529*10mm螺旋管，设置7排5列，钢管桩长度为33.5m；钢管桩上方布置双排I45a工字钢作为分配横梁，钢管桩顶开槽，横梁工字钢放入槽中，焊接固定；I45a上方设置I45a纵向分配纵梁；I45a工字钢上方布置I25a平台加密型钢，间距300mm；型钢上方布置5mm厚钢板平台具体布置情况见图2，效果图见图3图2钻孔平台布置示意图图3钻孔平台效果图2.4钻孔平台施工步骤及设计计算：（1）采用50t浮吊配DZ90振动锤将钢管桩群插打入土设计16m深度(钢管桩底端不封口)；。钢管柱在施工过程中容易产生底部变形，会影响管柱的插打，在底部设置100mm的加强箍，并在加强箍上方设置5道加劲肋，加劲肋采用10mm厚50mm宽。（2）50t浮吊吊装桩顶纵、横梁并焊接牢固；（3）安装斜撑，上部施工人员配合调整方向、标高；（4）水面上调整斜撑位置并焊接在钢管桩上；（5）浮吊安装纵梁、板下横梁、桥面板、稳定支架、斜撑等；（6）钻孔平台搭设完成后，在平台上布置4个稳定性监控点，测定其三维坐标，并每日进行监控，通过对测量结果的统计分析，钻孔平台无沉降现象，平面位置的摆动在lOmm以内；（7）在平台桩位处焊设护筒下沉定位架，准备埋设钻孔桩护筒，钻孔桩施工；2.5钻孔平台的结构验算2.5.1计算依据⑴XX铁路黄河特大桥图纸及现场调查资料；⑵《铁路桥涵计算手册》；2.5.2荷载取值1平台总重：225.5(t)2人员荷载：0.2(t/m2)3机具荷载：0.2(t/m2)4钻机荷载：20(t)5冲击系数：1.42.5.3结构计算由麦达斯计算软件建模计算得出结论⑴平台总承重F1=225.5+(0.2*18.23*18.23)*2+20*4*1.4=470.4（t）荷载总重F2=50*25=1250(t)(每根钢管桩承重按500KN计算)承力总重F2>F1满足要求。⑵、加密I25a工字钢按最不利状态，即钻机一半重量作用在加密工字钢中部，由7根I25a分配型钢承担，选跨距最大位置进行计算。A：F1=10*1.4+5=19(t)=190kN每根承担力为27.14KNB:F2=0.4*2.512*2/7/2.512=0.114(t/m)=1.14N/mmC：计算模型I25a分配梁计算a、I25a应力计算：最大应力45Mpa<140Mpa强度满足要求。b、I25a变形计算：从计算可知最大变形为1.058mm<2512/400=6.28mm刚度满足要求。C、弯矩计算：从计算可知最大正弯矩为18237665.1N*mm。⑶、I45a工字钢分配梁计算a、I45a应力计算：最大应力79.94Mpa<140Mpa强度满足要求。b、I45a变形计算：从计算可知最大变形为3.244mm<4000/400=10.00mm刚度满足要求。C、弯矩计算：从计算可知最大正弯矩为96269500N*mm，最大负弯矩为114555000N*mm。满足要求。⑷、I45a工字钢横梁计算（由于横梁为2根I45a工字钢，按单根工字钢计算，载荷取值为最大载荷值的一半即133643N）a、I45a应力计算图13最大应力111.578Mpa<140Mpa强度满足要求。b、I45a变形计算：从计算可知最大变形为4.176mm<4700/400=11.75mm刚度满足要求。C、弯矩计算：从计算可知最大正弯矩为141390000N*mm，最大负弯矩为159883000N*mm。满足要求。⑸、钢管桩计算钢管桩受力最大的为第二、四根，最大力为329.59*2=659.19KN。①钢管桩的长度、强度计算根据施工图纸提供的地质资料可知，主要为粉砂、细砂，查《路桥施工手册》得粉砂、细砂的极限摩阻力为35~55KPa(参考路桥施工手册)，地质情况为粉砂（Q4al4）σ0=80～100kPa。钢管桩埋深长度=(659.19-0.0702*3.14*80)/0.53/3.14/40=9.63m水深初步按111m考虑，埋埋深按11米考虑，露露出水面按按1.5mm考虑，钢钢管桩长为为23.55m，另外考考虑河床冲冲刷，钢管管桩需深入入到冲刷线线之下，钢钢管桩总长长为33.55m。②、强度计算根据上面支反力力计算，钢钢管桩立柱柱竖向力为为659..19KNN，水的影影响作用为为原地面到到水面之间间，即考虑虑11m，水流速速按2.533m/s((参考防洪洪评价报告告)，钢管桩桩面积为0.22205m22,水的压力P=00.73**0.22205*110*2..532/(2**9.8))=0.55256KKNA=5300((mm2))立柱净截面面积积A=(00.53//2)2*3.114-(00.51))2*3.114=0..016332m2立柱强度=6559.199KN/00.016632m22=40..37MPPa<2115MPaa强度满足足要求。③、稳定性计算i=0.03661mA==0.011632mm2ll=4m长细比=l/ii=4/00.03661=1110.8<<150稳定性满满足要求。通过对钻孔平台台的整体验验算满足要要求。3．严重地震砂土液液化层桩基基钻孔施工工技术桥址地下水位115m是地震液液化层，液液化层深度度为2～15m，通过对对钻机的选选型、钻进进速度的控控制、钢护护筒的埋设设、泥浆比比重的调整整，解决了了地震液化化层桩基钻钻孔施工难难题。3.1钻机的选选型施工前对桥址地地质资料进进行详细、全全面的分析析、研究，通过对地震液化层的了解与掌握并分析其特点以及由此可能对施工产生的影响等，选择适用于本地质条件的反循环回旋钻机。表1各种类型型钻机经济济技术指标标对照表钻机类型动力情况泥浆情况配套设施消耗量指标进尺速度冲击钻实心锤电机：45～775KW，泥浆泵：22KKW，离心泵3～5KKW泥浆比重要求大大于1.3，泥浆可可随时排放放，泥浆容容量是孔体体积的2～3倍泥浆泵离心泵充盈系数为1..15～1.255土层：1.155～1.255m/h卵石层：0.66～1.0mm/h岩石：0.1～～0.6m/h空心锤回旋钻正循环电机：30～550KW，泥浆泵：22KKW，搅拌机5～155KW泥浆比重小于11.2，泥浆质质量要求比比其它钻机机高，所需需泥浆池较较大，泥浆浆量一般是是成孔体积积的3倍左右泥浆泵搅拌机充盈系数为1..08～1.177土层：1.8～～2.5mm/h卵石层：0.44～0.6mm/h软岩石：0.33～0.5m/h硬岩石：0.33～0.5m/台班反循环电机：30～550KW，离心泵3～5KKW泥浆比重为1～～1.05，泥浆池池是正循环环的2倍，，泥泥浆量是成成孔体积的的4倍左右反循环泵离心泵搅拌机充盈系数为1..08～1.117土层：2.8～～4.2mm/h卵石层：0.77～1.0mm/h岩石同正循环旋挖钻电机：55～995KW，钻孔中泥浆补充充较少配装载机充盈系数为1..05～1.1156～9m/h3.1.1冲击击钻施工分分析（1）适用地质：粘粘土层、粉粉质粘土、砂砂层、粗（细细）圆砾土土、岩层等等。（2）施工优点：利利用锤头进进行冲砸，捞捞渣筒进行行捞渣，钻钻具上下速速度快，成成孔后清孔孔换浆时间间短，特别别适用于粘粘土层、密密实砂层、坚坚硬岩层，对对于坚硬岩岩层冲程长长、落距大大，钻进速速度快，且且易于成孔孔，而且对对泥浆要求求不高，施施工成本较较低。（3）施工缺点：在在地震液化化层及松散散的厚砂层层中，由于于频繁震动动，容易使使机具倾陷陷及孔壁坍坍塌，在冲冲进时孔内内泥浆比重重不均匀，孔孔上部泥浆浆比重小、下下部泥浆比比重大，加加上清孔时时渣筒上下下捞渣，使使液化及松松散层水位位降低而产产生水位差差而塌孔。3.1.2正循循环回旋钻钻施工分析析（1）适用地质：地地震液化层层、淤泥质质粘土、粘粘土层、粉粉质粘土、砂砂层、粗（细细）圆砾土土等。（2）施工优点：在在承载力≤300KKpa的各类土土中，钻进进速度快，护护壁效果好好，成孔质质量可靠，操操作简单，施施工无噪音音、无振动动，费用较较低，并适适用于各种种桩径及不不同深度的的钻孔桩，泥泥浆池容量量较反循环环小。（3）施工缺点：不不适合在各各类基底岩岩层中钻进进施工，在在承载力300≥Kpa的粗（细细）圆砾土土及次坚石石中钻进缓缓慢，成孔孔速度慢，清清孔换浆时时间长，效效率低；并并且在施工工钻进过程程中用水量量大，泥浆浆排放量大大污染环境境，扩孔率率难控制。3.1.3反循循环回旋钻钻施工分析析（1）适用地质：同同正循环适适用地质。（2）施工优点：除除与正循环环相同外，具具有进尺速速度快，不不需要捞渣渣清孔，护护壁效果好好，对于液液化层及淤淤泥质粘土土效果较好好。（3）施工缺点：对对泥浆要求求高，泥浆浆排放量大大污染环境境，在钻进进粒径＞15cm的卵石层层易堵吸水水管而艰难难钻进，砾砾石层所含含泥浆比重重低易塌孔孔。3.1.4旋挖挖钻施工分分析（1）适用地质：旋旋挖钻机适适用于砂土土、粘性土土、粉质土土、密实砂砂层等土层层施工。（2）施工优点：进进尺速度优优势明显（是是普通回旋旋钻机的20倍），不不需要清孔孔，无需大大量制造浆浆液，自动动化程度高高，安全环环保，成孔孔质量高。（3）施工缺点：通通常旋挖钻钻机钻孔深深度一般为为60m以内，在在地质松软软且较厚的的砂层及液液化层易塌塌孔缩颈，在在卵石含量量较大的卵卵石层钻进进时速较慢慢，更不能能应用于基基底岩层的的坚硬岩石石施工。通过对常用钻机机的对比，结结合桥址的的地质特点点（地层由上上到下依次次为地表覆覆盖层（1.0m）--地震粉砂砂液化层（14.00m）--粉质粘土土夹杂薄层层粉砂层），加上设设计桩长平平均长度为为78m，最最终选用反反循环回旋旋钻机。3.2钢护筒制制作、放样样及搭设根据设计1.55m和1.8mm的桩基分分别采用外外径为190cmm和230ccm钢护筒,根据经验验确定钢护护筒的壁厚厚应不小护护筒直径的的1/20，故采用用厚度100mm和12mmm的钢板来制作根据据所用履带带吊性能和和工作平台台高度等,将护筒分分节制作,每节7.55m。并在每节节钢护筒的的顶部和底底部设置150mmm的加强箍箍，另外再再加强箍之之间设置20道纵向加加劲肋，每每到加劲肋肋的宽度为为50mm。在作业平平台上安装装3层钢护筒导导向框架,并确保护护筒入土深深度和垂直直度。3.2.1护筒筒的设计由于桥址上部砂砂土层结构构松软，可可液化，其其力学强度度低，护筒筒埋设的质质量直接关关系到钻孔孔桩的成孔孔质量，影影响护筒质质量关键就就是护筒的的埋设深度度及垂直度度，埋得太太浅，易引引起孔壁坍坍塌（液化化层），且且如果垂直直度控制不不好，钻进进时钻孔桩桩垂直度的的控制也直直接影响成成孔质量，埋埋的太深并并垂直度控控制不好，影影响钻头钻钻进，而且且造成浪费费，其余护护筒全部下下到地震液液化层中，既既有效保证证孔壁的稳稳定又起到到保持泥浆浆压（1）护筒埋深和长长度计算根根据《桥涵涵》施工手手册，对于于深水河床床护筒底端端埋置深度度的计算公公式如下：：L=[(hh+H）rw--Hroo]/(rd--rw))根据地质和水文文资料，黄黄河摆动性性较大，河河床工程地地质复杂，水中墩为粉砂、粉质黏土，极易被冲刷土质，为了防止护筒底端发生反穿孔、流动、管涌，确保护筒的稳定性，考虑河床局部冲刷线的影响，经过计算，护筒埋深和护筒长度计算汇总如下表：表2表2：护筒埋深和护护筒长度计计算汇总表表名称参数40#41#42#护筒顶标高（mm）H顶1017.51017.51017.5局部冲刷线标高高（m）H局994.6992.88991.86施工水位至河床床表面深度度（m）H22.223.924.9护筒内水头（mm）h0.70.70.7水的容重（kNN/m3）ro10.010.010.0不同土质平均值值（kN/mm3）rd18.518.518.7护筒内泥浆容重重（kN/mm3）rw11.511.511.5护筒计算埋深（m）L5.96.26.3护筒计算总长度度（m）L总28.830.931.9护筒施工长度（m）L施30.031.032.03.3各层地地质钻进速速度控制：：通过调整钻机的的钻进速度度来控制不不同地质条条件下的钻钻进深度，特特别是穿越越地震液化化层时，为为防止地基基下陷、孔孔壁坍塌、扩扩孔及缩颈颈等不利因因素的发生生，施工过过程中对钻钻进速度进进行了比较较合理的控控制，达到到了预期的的效果。HHG-2000型反循循环回旋钻钻机参数如如下表3：表3HG-2200型反反循环回旋旋钻机参数数序号名称单位参数备注1钻孔直径m2.02钻孔深度m803转盘扭矩KN-m304转盘钻速（正转转和反转）r/min8、14、18、26、32、565功率（砂石泵）KW306钻机功率KW377外形尺寸（工作作状态）m5.67×2..4×9..35长×宽×高8整机重量T12（1）地表覆盖层：：反循环回回旋钻机钻钻进时，桥桥址区域地地表覆盖层层较薄，一一般以粉质质粘土与粉粉土见多，由由于覆盖层层较薄，钻钻进时按照照中档慢速速进行，以以2.5～3.5mm/h为宜，保保证钻杆的的垂直度及及护筒的稳稳固性。（2）地震液化层：：循环钻机机施工上层层时，对地地震液化砂砂土土层，泥泥浆比重要要大，施工工应适当轻轻压、低档档慢速（转转速一般控控制在18～26转/min，钻进进进尺一般控控制在1.0～1.5mm/h）、大泵量量、稠泥浆浆钻进，确确保护壁良良好；开始钻进进时，应先先轻压慢转转，初始钻钻压5～6KN，待钻头头正常工作作后，逐渐渐加大转速速，调整压压力至8～10KN，并使钻钻头吸口不不产生堵水水，每钻进0.5m，提起钻钻杆原位旋旋转1～2minn，使局部部泥浆形成成护壁泥皮皮，保证孔孔壁稳定。起动泥浆泵，待待反循环正正常后，才能开动动钻机慢速速回转下放放钻头至孔孔底。加接接钻杆时，应应先停止钻钻进，将钻钻具提离孔孔底80～100mmm，维持冲冲洗液循环环1～2min，以清洗洗孔底并将将管道内的的钻渣携出出排净，然然后停泵加加接钻杆。（3）下覆粉质粘土土层：循环环钻机通过过地震液化化层后，进进入下覆粉粉质粘土层层时，立即即调整钻压压及钻速到到正常速度度，钻压一一般控制在在10～15KN，转速速一般控制制在32～56转/min，钻进进进尺一般控控制在2.8～4.2mm/h。3.4泥浆的配配置及比重重调整3.4.1地震震液化层内内钻孔泥浆浆材料选择择：地震液化层泥浆浆质量及比比重是成孔孔成败的决决定性因素素之一，施施工中我们们采用了膨膨润土掺烧碱石灰及本地地黏土造浆浆，泥浆的的性能及指指标控制如如下：比重：泥浆比重重控制在1.2～1.3，粘度液液化层控制制在25～28S，胶体率96%，砂率＜4%。开始钻孔前，我我们选择了了膨润土造造浆，泥浆浆指标按上上述指标控控制，钻进进时出现了了塌孔及钻钻头吸口堵堵塞现象，并并且孔底沉沉渣较厚，现现场认为泥泥浆比重太太小，加大大膨润土的的用量后，还还是出现此此问题，经经过查阅资资料分析，可可能是由于于泥浆所产产生的泥皮皮粘结强度度差所致，堵堵口是由于于孔底泥浆浆比重大且且膨润土遇遇水凝结所所致，通过过勘察发现现本地的黏黏土也适合合造浆使用用，用本地地黏土做试试验，大概概按每方水水中掺入300～400KKg黏土，同同时加入适适量的碳酸酸钠或烧碱碱石粉，提提高其粘度度，制备泥泥浆后测其其指标：比比重1.22，粘度23～26S，胶体率96%，符合此此地质条件件要求，使使用后，塌塌孔及堵口口现象明显显减少。3.4.2地震震液化层内内泥浆制备备及调整：：泥浆的材料已经经确定，在在钻孔作业业中制备与与调整非常常重要，以以保证施工工的正常进进行。（1）比重的调整：：钻孔施工工中，如地地质变得更更加稀软，要要立即增加加泥浆比重重，调整泥泥浆比重以以添加石粉粉为主，比比重每增加加0.1，石粉添添加120～130KKg，保证其其比重符合合实际施工工要求。（2）泥浆黏度：为为扩大孔壁壁自应力，提提高黏度，增增加其粘结结力，从而而增加孔壁壁薄膜保护护层，防止止塌孔，调调整黏度时时，在泥浆浆中适量加加入碳酸钠钠或烧碱为为宜，同时时还可以避避免孔壁吸吸水造成缩缩颈。（3）比重的适时控控制：泥浆浆比重应当当控制在一一定的范围围内，不可可盲目加大大而导致粘粘钻及进尺尺缓慢，根根据钻头浮浮力公式F=V××，当体积V一定时，浮浮力F与比重成正正比，所以以比重越大大钻进速度度会越慢，影影响施工总总体进度。（4）现场准备一定定数量的优优质黏土，如如出现护壁壁不稳定时时，直接抛抛入孔中，用用钻头空钻钻来维持护护壁的稳定定性。3.5放样与钻钻孔钻机就位前，对对钻孔各项项工作再次次进行全面面检查，钻钻机就位后后，要将钻钻杆中心准准确对准孔孔位中心，并并保证底座座和顶端平平稳，钻进进中不产生生位移。钻钻进作好施施工预防措措施，在黄黄河上施工工，有许多多意想不到到的情况发发生，要确确保钻孔桩桩的施工连连续性。由由于钻孔深深度大于80m，1根桩基础施施工循环时时间为4d，为有效效防止塌孔孔，应选用用塑性指数数大于10的膨润润土，加强强泥浆的护护壁功能。钻钻孔时，将将钻机调平平对准钻孔孔，启动泥泥浆泵和转转盘，等泥泥浆输到孔孔内一定量量后，待泥泥浆性能符符合要求后后方可钻进进。钻机必必须配备导导向装置，并并且在开始始的时候，慢慢速钻进，等等到导向装装