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潜孔钻+冲击钻组合施工方法在倾斜硬质岩层桩基施工中的应用

发表时间:2021-09-23 15:37

1 概述

  桩基工程是桥梁施工的关键环节,根据不同水文、地质、气候条件,常规的桩基成孔工艺有旋挖钻、冲击钻、回旋钻、反循环和人工挖孔桩成孔等。但对于一些特殊地质如硬质斜岩地层嵌岩桩基,单一施工方法在斜面岩进尺、孔平面偏位、竖直度、正常钻进速度等方面存在不足,且已不能很好满足工程要求。

  2 工程概况

  本工程为104国道温州西过境永嘉张堡至瓯海桐岭段改建工程(瓯江特大桥),大桥于永嘉县化学剂厂和礁下山南侧先后跨越瓯北阳光大道及瓯江至鹿城区洞桥制革基地,连接鹿城区与永嘉县瓯北两区县,与瓯江河道基本垂直,全长1332.72m。大桥主桥6#辅助墩桩基础为10根直径Φ2.0m的嵌岩钻孔灌注桩,桩底标高-18.0m,桩顶标高-0.5m,设计桩长17.5m,该区原地面标高4.2m左右,上部覆盖层主要为粉质粘土,淤泥夹粉细砂等,厚度为6.0m~15m,下部为强-中风化流纹质晶凝灰岩、流纹质晶玻屑凝灰岩,基岩面从北向南趋势倾斜。根据实际情况拟采用冲击钻施工,但该范围基岩为高强度斜岩面岩层,岩石强度达120MPa。钻机进入岩层后,钻頭磨损严重且易斜孔,需反复回填处理,严重影响工程进度。采用潜孔钻辅助冲击钻施工,利用潜孔钻掏“蜂窝煤”形式进行取孔,再采用冲击钻进行施工的方法,有效解决硬质岩层难进尺、斜岩宜偏孔等难题,其工艺简单、施工便捷、安全可靠,能加快施工速度并显著节约施工成本。

  3 工艺原理及特点

  3.1 工艺原理

  基于岩石破碎机理,桩基成孔前,采用潜孔钻在桩位平面范围内取一定数量的小孔预钻进,对孔内岩芯圆周进行破坏,人为制造一定深度蜂窝状排列的孔洞,增加岩层自由面,削弱桩基柱状岩石的抵抗力,使之有利于冲击钻进一步钻进,提高工作效率。潜孔钻采用钢套管跟进钻采技术,通过空压机的高压气流将钻渣排出孔外,确保覆盖层钻进过程不至埋钻(潜孔钻头)。斜岩面上的孔洞能与钻头刃脚形成咬合作用,防止钻头顺斜岩面倾斜方向偏转,有效避免桩孔偏斜,从而保证工程进度、提高工程质量。

   3.2 工艺特点

  (1)潜孔钻采用钢套管跟进钻采技术,通过空压机的高压气流将钻渣排出孔外,有效地解决了覆盖层不易成孔的问题。(2)钢护筒顶口设置双层钢板框架定位装置,起到钢套管的定位和固定作用,能有效保证钻孔的竖直度。(3)潜孔钻预钻孔在桩位岩面上钻的多个孔洞,形成“蜂窝”状的孔洞,有效地减小桩基柱状岩石体积,人为制造桩基岩层的“临空面”,能有效地削弱桩基柱状岩石的抵抗力,能大大加快冲击钻进效率。(4)斜岩区域的孔洞能与冲击钻头刃脚形成咬合作用,防止钻头顺斜岩倾斜方向偏转,纠偏斜孔,大大减少了回填片石或高强度混凝土纠偏的工序,缩短桩基施工周期。

  4 施工工艺流程及操作要点

  4.1 施工工艺流程

  4.2 操作要点

  4.2.1 施工准备

  (1)平整场地,接通水、电源,合理布置,使现场井然有序,做到道路畅通。(2)做好材料、设备的需用量计划,按计划采购并做好进场质量检验。(3)做好施工人员分工,进行详细安全、技术交底。(4)做好测量仪器的校准工作,对测量控制网进行复测。

  4.2.2 钢护筒施工

  钢护筒采用钢板卷制,吊车配合振动锤下放到位。钢护筒施工具体有以下几点要求:(1)钢护筒内径大于桩径至少   200mm。(2)护筒中心与桩中心的平面位置偏差应不大于

  50mm,护筒在竖直方向的倾斜度应不大于1%。(3)护筒顶宜高于地面0.3m或水面1.0~2.0m,有潮汐影响的水域,护筒顶应高出施工期间最高潮水位1.5~2.0m。(4)陆地护筒的底部与外侧四周采取黏质土回填并分层夯实,使护筒底口处不致漏失泥浆。

  4.2.3 定位装置安装

  定位装置为双层钢板和工字钢制作而成框架结构,放置在钢护筒顶口,起导向、固定钢套管的作用。

  定位装置制作与安装具体要求如下:(1)上层钢板比钢

  护筒外径大20cm~30cm,下层钢板比钢护筒内径小20cm。(2)钢板上的定位孔现场划线切割,直径比钢套管外径大

  30mm。定位孔成梅花型布置,具体数量和位置根据计算确定,使其能达到最佳减小桩基岩石抵抗力的效果。(3)利用工字钢将上下两层钢板焊接成整体,加工精度满足:工字钢与钢板垂直,上下两层钢板平行,定位孔上下对应。(4)定位装置安装前,检查钢护筒顶口是否平整,有必要时进行局部处理。(5)吊机吊装定位装置就位,保证安装精度符合要求:上层钢板顶面平整,钢板中心与钢护筒中心重合。(6)定位装置安装后复核其精度满足要求后,在钢护筒外侧四周焊接牛腿将定位装置固定,保证钻进过程不偏移。

  4.2.4 钢套管安装

  钢套管采用内径150mm,壁厚5mm的镀锌管,镀锌管采用电焊焊接接长。预先将钢套管从双层钢板定位孔穿过打设至覆盖层,待潜孔钻进过程中再跟进至岩层顶面。

  4.2.5 潜孔钻进

  潜孔钻就位,钻杆顺着钢套管接长取孔,取孔的钻渣由空压机顺钢套管吹出。待取孔至设计桩底标高50cm时停止取孔,然后开始取第二个孔,如此循环直至取完最后一个孔。

  潜孔钻进的具体操作要点:(1)正式钻孔前,先空钻调试好钻机,确认正常工作后正式钻进。(2)钻进过程始终保持钻杆竖直且位于钢套管中心,避免与钢套管发生碰撞。(3)覆盖层钻进及时跟进钢套管,保证钻杆在预埋的钢套管中钻进,通过空压机的高压气流将钻渣(覆盖层)吹散排出孔外,实现覆盖层正常钻进及过程不至埋钻。(4)潜孔钻进至覆盖层与岩石交接面时要低速慢进,待完全进入岩层后方可提高钻速正常钻进,防止交界面斜岩对钻头产生偏心受力,造成钻头损坏。(5)潜孔钻杆按编号顺序使用,存放时注意保护连接丝扣完好性,接长时须将丝扣拧到位,防止钻进过程中松动发生断杆现象。(6)做好钢套管顶口的防护工作,避免钻进过程中钻渣飞溅。

  4.2.6 冲击钻进

  潜孔钻取孔完毕后,换冲击钻进直至设计桩底标高。冲击钻进的操作要点:(1)钻孔前,测量放出桩中心位置,并用钢筋在钢护筒四周做好牢固的护桩,备随时复核钻孔中心偏位情況。(2)钻机底座安放牢固可靠,保证钻机钻进过程不产生水平位移和沉降。(3)开钻前,采用膨润土在钢护筒内造浆,护筒内钻进也是调试泥浆的过程,保证泥浆质量符合要求后方可继续钻进,钻孔过程中加大泥浆检测频率。(4)钻孔过程须及时填写记录表,每两小时记录一次,并做好渣样取样工作。(5)根据孔内情况,不定期进行孔内泥浆循环,排除钻渣,调试泥浆性能。(6)冲击钻进遇斜岩偏孔时,及时采用高强度混凝土或片石回填纠偏,防止钻孔倾斜。

  4.2.7 终孔

  冲击钻至设计桩底标高,对孔中心位置、孔径、孔深等进行检查,满足设计规范要求后即可终孔,并立即进行一清工作。

  4.2.8 成桩施工

  成桩施工有钢筋笼安装、砼浇筑工序,与常规施工一致。

  5 结束语

  潜孔钻+冲击钻组合施工方法在104国道瓯江大桥项目6#墩桩基施工成功运用,从计划30天缩短至15天,有效解决硬质岩层难进尺、斜岩宜偏孔等难题,其工艺简单、施工便捷、安全可靠,能加快施工速度并显著节约施工成本,对类似工程具有一定的借鉴意义。

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