复杂地质条件下大孔径特长桩基施工关键技术研究

发表时间:2018/5/8   来源:《建筑学研究前沿》2017年第35期   作者:魏晨晖
[导读] 大孔径特长桩基在各类复杂地质条件下的施工一直以来都是桥梁施工的难题。

湖北省地质勘察基础工程有限公司  湖北省宜昌市  443000
摘要:大孔径特长桩基在各类复杂地质条件下的施工一直以来都是桥梁施工的难题。本文通过分析归纳各类复杂地质条件下大孔径特长桩基施工的案例,主要总结了两种复杂地质条件,如浅水河漫滩和深水复杂地层,大孔径特长桩基施工的方案和关键技术优化。
关键词:复杂地质条件;大孔径;特长桩;关键技术

 
        1.引言
        据统计,中国一年开通的高桥数量在50座左右,是全球其他国家所一年所开通的高桥数量的五倍之多。不仅如此。目前世界排名前10位的跨海长桥、斜拉桥、悬索桥和拱桥中,中国的桥都占到了半数以上。和高铁一样,随着“一带一路”倡议的推进,更是有越来越多“中国智造”的桥梁走向世界。交通基础设施的建设与完善并非一朝一夕之功,桥梁的建设需要攻克诸多难题,特别是对于复杂地质条件下,如深水、陡坡等,地质勘探、设计、施工等均是整个工程关键的环节。
        2.复杂地质工程概况
        本文主要介绍两种复杂地质条件下进行桩基施工,第一种是将桩基打入河漫滩等浅水地区,少部分桩位侵入河床;第二种是将桩基打入深水复杂地层中。
        (1)地质条件
        浅水地区河漫滩等浅水地区地质条件复杂,一般地层顶部为10-15m厚的淤泥质黏土层夹有分砂层,底部地层大于30m厚的硬质老黏土夹砂礓层。河床地层为粗砂、淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土、粉细砂、细砂、砾砂等。河漫滩通常有潮汐现象。
        深水复杂地层地质条件更加复杂,地层顶部为3-5m厚的细砂层,往下为50-60m厚松密不均的砂卵石地层,再往下为3-5m粗砂层,底部为卵石土层。
        (2)工程要求
        跨河桥址无论位于浅水或深水,通常要求孔深径粗,钻探深度超过100m,深水区桩长甚至超过130m,采用钻孔灌注桩,桩基直径达2.5m。工程难度在于因地层复杂,伴随整个成孔过程,存在开孔后漏浆、钻进中坍孔等风险。黏土地层不易直钻,砂卵石地层因松密程度不一,成孔倾斜率高。
        3.复杂地质条件下大孔径特长桩基施工方案
        (1)浅水地区施工方案
        对于浅埋的黏性土层,本工程采用钢管柱基础平台,钻孔灌注桩采用“双护筒,分段钻进”的施工方案。可选用厚度为14mm的钢板卷制造护筒,该护筒直径2.8m,底部加焊14mm厚、20cm宽加劲板作为刃角。引入80t履带式起重机配合130型沉拔锤将钢护筒打入地层至粗砂层。接着,选用250型旋挖钻机开孔,钻进至淤泥质粘土和粉质粘土,下放直径2.8m内护筒。最后,用水平扭矩可达240kN?m的BDM-40型全液压动力头气举反循环回转钻机钻进至设计桩底标高。该钻机钻孔深度可达150m,破岩能力强、效率高、无级变速、底盘重、密封性能好等优点,配合大吨位起重机可使钻孔稳定,成孔垂直度好[2]。
        (2)深水地区施工方案
        施工钻机选用XR360型旋挖钻,旋挖钻进对地层干扰小,成型的孔壁呈现粗糙型,保证桩基设计承载力。该钻机水平扭矩可达360kN?m,工作质量90t,工作荷载远超普通回旋钻和冲击钻等工具。深水区的桥主墩钻孔平台设计成钢护筒称重的钻孔平台,平台的承载力基础来自打入地层的钢护筒,具有更高的承重能力和稳定性。平台上部结果选用大型型钢组成。



        内护筒直径比桩基直径大20cm,本工程钢护筒采用直径2736*18mm钢管,护筒进入地层深度为8.0-10.0m。钢护筒之间采用2[40b泥浆循环管兼做平联连接,次分配梁为2HN600*200型钢,分配梁为间距40cm的HN300*150型钢,面板为10mm花纹钢板,栏杆采用直径48mm钢管,高90cm[3]。
        4.复杂地质条件下大孔径特长桩基施工关键技术优化
        (1)浅水地区桩基施工技术优化
        ①纠偏技术。由于地层中土层的不均匀性,使得钻头四周受力不一,不能完全垂直钻孔,常发生偏孔现象。采用探孔仪对孔壁情况详细丈量,找到偏孔的位置,接着孔内回填水泥砂浆至偏孔位置以上3-5m后,静置孔壁1至2天,等待偏孔位置的软性土层被强化后,改用焊齿滚刀进行钻孔施工。
        ②旋挖钻机与正反循环回旋钻结合施工
        正反循环回旋钻用于钻探强度高、黏性大的浅层硬塑黏土层时,容易造成无法钢护筒插打困难,钻进时速度较慢,无法完成钻探任务。可先采用旋挖钻进行钻孔施工,直到钻头穿过粉质黏土层,最后改用正反循环回旋钻机进行剩余的钻孔施工,这种方法可保证淤泥质粉质粘土软性地层的孔壁稳定性问题。
        ③PHP泥浆护壁技术
        PHP泥浆被称为油田泥浆,原料主要是水、膨润土、碳酸钠、羟基纤维素等,具有护壁的作用。该种泥浆可用于土层稳定性较差的地层中使用,施工时采用“PHP泥浆+泥砂分离器+泥浆反循环”方法,保证孔壁的稳定性,防止钻孔施工引起坍孔。
        ④钢筋笼加工
        桩基钢筋笼在钢筋加工厂使用“长线台座法”进行集中加工后,分节运输至施工现场进行整体安装。整体安装方法采用螺旋钢筋的缠绕绑扎法,接着使用50t履带式起重机配合80t“高桩龙门”进行吊装和固定。
        (2)深水地区桩基施工技术优化
        旋挖钻采用静态泥浆护壁钻斗取土的技术,主要依靠钻斗和钻杆自重切入土层取土。当碰到硬性土层时,可通过加压油缸对钻杆加压强行切入土层取土;当碰到胶结致密硬度较大的卵砾石地层时,可更换钨钢硬质合金的截齿钻头。旋挖钻由于作业效率高成孔时间短,特别需注意护壁,以防坍孔、漏浆等风险,在技术优化上注意以下几个方面。
        ①限制每次进尺深度与取土量,取土量每次限制在其斗体的三分之二,进尺深度限制0.3-0.5m,以防进尺深,土量太多,无法提钻。
        ②对于不同的地层情况适配钻头速率,在填充密集硬度大的地层,适配速率可适当加快以此加大打入地层的力度;在填充松散硬度稍小的地层,适配速率可适当放慢保证打孔垂直度。在砂砾填充较密集的卵石层,钻头速率适配6-8r/min,松散未充分填充的卵石层,钻头速率适配3-6r/min,。在胶结程度较高的卵石层或硬质泥岩中,钨钢硬质合金钻头速率可加快。
        ③合理把握提钻、下钻速率,泥浆快速冲刷孔壁,会加大对孔壁的扰动,容易引起坍孔。
        ④当钻头钻至软硬地层交接处,为保持钻杆熟知,钻孔垂直可放慢进尺速率。
        ⑤钻进砂砾填充较密集的卵石层时,泥浆可使用优质膨润土配置,避免泥浆比重和粘土过大造成成孔后检孔困难。
        5.结语
        本文以两种复杂的地质条件,浅水河漫滩等地区和深水复杂地区为例,阐述并总结了大孔径特长桩在这两种复杂地质条件下的施工方案和关键技术优化。可为将来同类型复杂地质条件情况下的大孔径、特长桩基施工提供一定的技术参考。
参考文献
[1]欧阳效勇,任回兴,徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术[M].人民交通出版社,2006.
[2]王康明,汪伟,郑明建,等.复杂地质条件下大孔径特长桩基施工关键技术[J].施工技术,2017(17):41-44.
[3]刘耀兴,高安荣,文良东.深水区复杂地层中大直径超长桩旋挖钻施工关键技术[J].公路交通科技:应用技术版,2013(10).
 

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