大粒径和高含量卵碎石地层钻孔施工

大粒径和高含量卵碎石地层钻孔施工桥梁等钻孔桩基础遇到地质特征为超深厚、大粒径、高含量卵碎石地层时，钻孔过程中极易造成坍孔、扩孔，采用一系列严格的施工工艺，选择合适的钻机类型、成孔方法，提前对地层进行注浆加固处理等措施，可使坍孔、扩孔大大减少，成孔率提高。现以浙江临海灵江特大桥主桥7＃墩钻孔桩施工为例，来介绍大粒径和高含量卵碎石超厚地层的钻孔施工。1工程概况灵江大桥全长1687.02米，跨越临前公路、灵江和104国道。桥梁分左右幅，其主墩7#墩共14根钻孔桩,设计桩径为1.8米，为摩擦桩，设计桩底标高为-80.0米，桩顶标高为1.8米。2水文、地质特征2.1水文：灵江特大桥桥址水文特征既受迳流作用，也受潮流影响，灵江潮汐为不规则半日潮，涨潮流速1.3～2.0m/s，落潮流速1.2～1.5m/s，涨潮历时4.5h,落潮历时7.5h,最高潮位6.25m，最低潮位-2.53m，一般潮位3.95m，一般低潮位-1.90m，一般高潮位5.00m。2.2地质：7#墩上部土层主要为淤泥质土，下部以卵、碎石土为主，含漂石或块石，底部为风化凝灰岩，基岩面标高达-91.1m。河床面至-13.40m为粉砂，-13.40m至-28.20m为淤泥质粘土，-28.20m至-87.00m为含卵碎石50～80%的卵碎石层，部分卵石粒径大于30cm。由地质资料和起初钻孔施工情况，确定该墩位处的地质特征属超深厚、大粒径、高含量卵碎石地层，钻孔过程中极易造成坍孔。3钻孔施工3.1钻机选型：根据已有经验，采用冲击法钻孔，对于卵碎石土层其成孔深度一般在70米以内，采用气举反循环回转钻机钻孔时其深度可达120米，但其土层的卵石粒径小于钻杆内径的2/3或含少于20%的卵碎石土。7#墩地质条件指标均超出上述范围，目前国内还没有针对该类地质情况的钻孔设备。为了保证在超深厚、大粒径、高含量卵碎石地质条件下超长钻孔桩的施工质量，我单位采用以旋转钻机（KPG-3000型）为主，冲击反循环钻机（CJF-20型）为辅的联合成孔的施工方案，CJF-20型冲击反循环钻机破碎大直径卵碎石，其钻进高程宜控制在-50.00m以内，主要考虑到含漂石、块石、卵碎石地层中钻孔易卡钻、掉钻、塌孔埋钻头等，发生此类事故处理较复杂，并且耽误工期，因此控制冲击钻冲击深度。待钻进高程达-50.00m左右时，改用KPG-3000型旋转钻机，进行气举反循环钻孔，对于解决深层钻孔比较有利。3.2护筒埋设：为固定桩位，导向钻头，隔离地面水，保护孔口地面及提高孔内水头，增加对孔壁的静压力，以利钻孔护壁防坍塌，于钻孔前埋设护筒。护筒的埋置深度以嵌入稳定土层，钻孔时护筒口不坍塌为原则。根据现场地质条件及规范要求确定7#墩护筒底标高-29.2m。壁厚按施工中震动打桩机插打时受力的需要确定，因采用中-160震动打桩机，拟采用直径Ф2500mm，臂厚δ=16mm的钢护筒。为保证护筒的垂直度，插打之前先在平台顶面和底面分别焊一层导向架，插打过程中严格控制垂直度，要求垂直度<1%。3.3钻孔施工：3.3.1CJF-20型冲击钻机开孔：冲击钻开孔时，向护筒内倒入小片石夹粘土混合物（比值约1：1），用冲击锥以小冲程反复冲击造浆，泥浆指标达到要求后开始冲击进尺；当冲击钻进到护筒底口时，仍需向泥浆中投入小片石，以小冲程高频率反复冲击，其目的是使泥膏、小片石挤入孔壁，使护筒至卵碎石层之间形成圆顺、坚实的过渡段；进入卵碎石层后，加入大比重（γ=1.3）、高质量泥浆和少量水泥，采用重锤导向冲击法钻孔，使卵碎石层形成坚硬的孔壁，防止塌孔，直至钻到高程-50.00m左右。3.3.2KPG-3000型反循环钻机钻进：旋转钻机的钻头直径宜比冲击钻机的钻头直径小2～5cm，以形成上大下小的孔径过渡。因土层软硬不均，钻头跳动、钻头摆动加大和钻头偏斜等现象，易使钻机因超负荷而损坏，钻进时采用优质泥浆、重锤导向减压钻进法，可减少斜孔、弯孔和扩孔现象，保证钻孔垂直度，保证成孔质量。采用减压钻进法，应随时掌握钻具（钻杆、配重块等）的重量，使钻杆始终在受拉状态下进行工作。钻压选定:根据本桥基岩种类和单轴极限强度的不同,钻头刃口线压强选为q=160/220kgf/cm2,钻压值：P=∑τ*q=1.5*90*160=21600kg=21.6t。式中,∑τ=1.5R，R为钻头半径90cm。妨钻头加配重重垃量值赌：夺Q=7.8缎5P/[a*款(7.85旗-垄γ鼻)]=37.0t愧式扒中坑,Q吗沙为钻头和配重兄重抖量警(住t)淹纵P殿绒为钻头加到孔抛底的钻压躺崭页γ吊纠为泥浆比守重摧(午取乞1.3tf/托cm敬3阶)让链a旧竖为减压系附数睛,齿取壤0.燃7汪。轮钟可水头控制：为旱保证孔壁的稳楼定性，在整个拘钻孔作业中，侧护筒内泥浆面生一定要保持高隔出护筒外江吓水矛2怜～塔3m亚，由于钻孔作脚业在潮水涨落蹈较大处族施工唤，为此应取动值态法箭施工浇工艺，使护筒剪内外水头差始蒜终不低于炕2m猴。现场采用泥原浆船内泥浆面坡定高控制，与荣护筒内用泥浆萝管连通。沾伶惑认真研究钻头叨的刀具刀型挣，捷7谅#禾墩采用盘齿刀仪具与楔齿刀具演相结合的形式村，有利于破碎奏较大粒径漂石钉和块石。航峡垮掏渣：对原来签的钻头进行改苹进，进渣管拨为拐φ拼30cm心的直管两侧漠开粉φ扇20cm念的孔，进渣口迷布亩置饰4季把盘齿刀，间范隙为桥20cm猪，防止粒径大寸于且20cm恩的卵石进入钻伶杆内造成堵管宽。每进箱尺计0.恨5渠～般1.0m勺掏渣一次，一县般取渣到泥浆堆内含渣显著减垄少，相对密度悼恢复正常为止啊。骗东斑泥浆控制：卵苍碎石地层泥浆受性能指标要求闯钻孔采用复合榨泥浆，复合泥企浆用粘土、膨涉润土夺、物Na亿2很O剖H涝和便CM纯C评调剂，粘土的横塑性指数大育于仰1己5炒，膨润土为钢伏质膨润土。泥孤浆配比为：水蹲1000kg蜂、粘土馋200kg唤、膨润土博100kg皆、治CMC傅1.5kg肢和奴Na吊2绞OH厦1.5kg胞。泥浆指标要肠求为：相对密根度（比重垦）支1.30~1胡.4幼5番，粘欺度脏23~2猜8抛秒，静词切捞5-7P辽a党，含沙率飞＜篇4壳%拌，胶体率之＞腾95故%俊，失水率做＜验15ml/3唇0mi骨n道，泥疗皮免≤彼3mm笼，贼P想H劝值嚷8-1产0雕。爪终孔时泥浆相锅对密度可以适键当降低，但不尝宜小贷于扑1.1蚁5批，者P池H肢值宜控制久在凤8稻～底1棒0宿；含沙率塞＜借2炮%包；沉渣厚度符雪合椒设计留与规范要求。邀当达不到上述惊要求时，可在征泥浆中掺入碳莫酸钠副（惧Na众2想CO猎3棍）、氢氧化钠站（央NaO泡H秩）或膨润土粉盒沫，掺量由实腰验决定。在泥渗浆试配阶段，罩上述指标要全朝部测定。那施工吩阶段，现场测倚定相对密度、洪含沙率舟、招P夜H阳值，每小时检敌测一次，不符梅合以上标准时璃及时调整。其经余指标视具体矛情况抽检测定英。治博浸气举反循环副掌握气举反循垂环法泥浆循环降量与排渣能力轿的关系。根据凉施工葵平台的高程裂（渗+爽5.5m挪）、赵施工湿水位、钻机钻衣盘顶的高程，涝通过公式畏：困q0席=访γ伏h/23框·悼η汤·log袭[叉（丙γ起H+摇h谦）彩/h泰]奸计算出提升众1m3引泥浆需要的压蹲气量（按终孔问深度计）。丹泥浆循环回量辈Q=90伐0膊π跌·Dp2·V忠p屡/怜（姨1+q港0谋）惯从而得出所需够压风机风量大却小筋：浇Q漆风亲=Q·q0/丰6椒0原（遇m3/mi道n狭）式中：圆q惨0壤：提升矩1m3英泥浆所需的压殊气量（虹米鲜3平/忆米雕3碎）牢γ仇：泥浆相对密丰度（比重）（船吨继/愈米悲3朝）宇h翻：护筒内泥浆遭面到排浆口的宇高度（即扬程废）（米）后H组：护筒内泥浆辟面到气室的高损度（即吸程）墓（米）劳η才：压气提升有穗效系数，由扬从程渡h马和吸偶程怠H纽决定。即吸入苏系摆数淹α命=H凝/案（蛮H+钱h慢）旺Q珍：泥浆循环量羊（暑米鹅3何/留时）鼠D书P以：钻杆内径（验米）局VP纱:鱼泥浆、岩屑、刷空气混合液在吓水龙头处喷出畅速度（当扬杂程条h=奔1摇0羽米撤，吸田程兆H=理5鹿5猫米辈，雹γ歉=1.2胜5策时纠，落VP=早8认米抱/滨秒）（基米群/术秒）伐α潮与域η拍的关系表：α0.300.400.500.550.600.650.700.750.800.90η0.370.440.500.540.570.590.600.620.630.64教圣磨钻进中认真研脉究，记录转速能、扭矩及钻进雀速度三者之间故的关系，避免寸转速太大，对察孔壁冲刷过大拘，造成塌孔、扫扩孔及对刀具诚严重磨损现鼠象进,滨以及因为刃口敬作用于岩石上梳的时间太短，傍硬岩石不易破输碎，从而影响泡进尺。猎4学施工绘中遇到的主要攻问题恋虽然在男施工萝中采取了一系古列严格的技术陪措施，并选贝用答CJF-2溉0在和使KPG-30气0甘0演型钻机联合钻辟孔帅施工街，但由于地层次中卵石含量太碗高，粒径超大够，层厚超深，丘在成孔过程中南仍无法形成有缎规则的孔壁，骡扩孔很大，泥闷浆无法起到护班壁作用。在最矿初开钻的几个敞孔中，有三根桨桩冲击钻钻至基-40m劈或师-50m房左右坍孔，一缓根钻至吗-72.3m魄坍孔，一根钢额筋笼安装完准蹲备清孔时坍孔从。大卵石难以阻破碎而堵钻杆显、孔壁坍塌等禁严重问题不断碑发生，在成孔者过程中每根桩狼均出现严重漏滨浆，有的扩孔我率江达狠10智0周％以上，成孔得效率很低，誓施工潮风险很大。5注浆施工搂为了解决漏浆波严重、易坍孔显扩孔现象，对著该特殊地质问倒题专门成立技萌术小组，并请谦教了一些这方售面的资深专家名，进行深入细虚致的研究，最宿后确定在钻孔插前采取对地层孩进行钻小孔注锣水泥浆加固措返施。争现将注浆碰施工挂方法介绍如下液：谨5.1幼姐注浆孔布置：册在钻孔桩中心冰位置布置一根戒钻宇至走-70.梯0殊至便-80.0m谊高程的注浆孔弹，另在钢护筒御外侧约搏0.5m慌处对称布置两揪根钻欣至辜-50.坛0开高程的注浆孔腾。名5.2德味钻小孔钻机的编选择：因为注榴浆孔要穿透含露大块石、漂石负、易坍孔的高饥含量卵石地层忆，必须选择大租扭矩、超钻深畅的大型工程地弯质钻机，本工红程选用钻岩深两度可达完100化0孟米宽的授JY-100肃0彼型的地质钻机令进行注浆孔的汗钻进。修5.3壶肃注浆孔钻孔率施工蔽：首先插打内抓径盛10cm慢、壁厚联6mm季的钢套管至查-25m堪左右，保证钢煎管垂直度衔在虹5观‰券以内，起钻小菜孔导向作用以剂及避免泥水进州入钢护筒，利弊用护JY-100既0岔型工程地质钻贸机配置金刚石犯钻头和加强钻才杆（钻头直径训大于钻杆直百径唤5丧-10cm归），在钢管内穷钻小孔，当钻驼机扭矩达到最殃大时，停止钻葡进，利用钻杆姐先注浆待水泥庄浆终凝后再继叨续钻进，直至踪达到需要的深郑度，此时注浆台是为防止孔壁愤坍塌。一般钻穗至桩底标高尺-8持0卧米捕需分二次完成泰，钻孔的全过壳程均利用注浆体机向钻杆内注翻入江水循环，扎防止钻头钻进寻中堵管。掏5.拉4侧注浆红施工谋：首先选用具冻有孙3.僵0庭～悄5.0MP炭a淋压力的双液压价注浆机膏和谈3愉～海5m传3王/召h液搅拌量的搅拌牛机，根据试验草配制水泥浆，闷水灰比齐为欲0.融6缎，为方便揉施工关，降低水泥浆逼注入卵石层的沿强度，加入适迅量的膨润土，阔掺量为水泥劈的健30总%恒，混7迟天强度报为惹10MP庙a骄左右，注浆时贡利用钻杆从下孙往上注入水泥透浆，水泥浆由封钻头的出浆口殖喷出，注浆量鼻一般助为素2.栋0付～浸3.0m浴3播/粱m兽。巴6朝月注浆后钻孔意施工善效果朴卵石层注入水舞泥浆