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摘要:本文结合虎丰铁路牤牛河特大桥桩基施工,详细地介绍了利用冲击钻钻孔及水下灌注混凝土的施工工艺过程,为相同及类似地质的桥梁桩基施工提供借鉴。
关键词:冲击钻钻孔;水下灌注
1、工程概况
虎丰铁路牤牛河特大桥为跨牤牛河及南长公路而设,根据地质勘探资料,桥址区范围内地层岩性为第四系上更新统冲积形成的粉质粘土、角砾土、圆砾土、卵石土及漂石土,下覆侏罗纪下统混合岩。桥址地下水为第四系孔隙潜水,可见地表水,河谷地下水位埋深0.5m～4.9m,季节性变幅2m左右。桩基础施工设计为冲击法施工。
2、施工方法及工艺要求
采用整套冲击钻机设备,避免使用双筒卷扬机组成的简易钻具。为防止冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇灌砼强度,应待邻孔砼抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。
钻孔桩施工工艺流程见图1。
2.1施工准备
钻孔场地应清除杂物、换除软土、平整压实。工作平台必须坚固稳定,能承受施工作业时所有静、活荷载,同时还应考虑施工设备能安全进、出场。
2.2埋设钢护筒
护筒用4～8mm的钢板制作,其内径大于钻头400mm。为增加刚度防止变形,在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。护筒埋置深度不小于2m。钻孔时孔内水位高出护筒底面0.5m或地下水位以上1.5-2.0m。
2.3开挖泥浆池,选择和备足良好的造浆粘土或膨润土,造浆量为2倍的桩的混凝土体积,泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。
3、钻孔
3.1安装钻机
钻机中心应对准桩中心,并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上。钻机定位后,底座必须平整,稳固,确保在钻进中不发生倾斜和位移。在钻头锥顶和提升钢丝绳之间设置保证钻头转向的装置,以防产生梅花孔,保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。
3.2钻进
用冲击式装置或卷扬机提升钻头,冲击成孔。由泥浆悬浮钻渣,使钻头每次都能冲击到孔底新土层。
3.2.1开钻时先在孔内灌注泥浆,泥浆相对密度等指标根据土层情况而定。如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。护筒底脚以下2m～4m范围内土层比较松散,应认真施工。一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸,使孔壁坚实不坍不漏。待钻进深度超过钻头全高加冲程后,方可进行正常冲击。
3.2.2在钻进过程中,应注意地层变化,对不同的土层,采用不同的钻进方法。
冲程应根据土层情况分别规定:一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中采用大冲程;在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程,冲程过大,对孔底振动大,易引起坍孔;在通过高液限粘土,含砂低液限粘土时,采用中冲程;在易坍塌或流砂地段用小冲程,并应提高泥浆的粘度和相对密度。
在砂及卵石类土等松散层钻进时,可按1:1投入粘土和小片石(粒径不大于15cm),用冲击锥以小冲程反复冲击,使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2～3次。若遇有流砂现象时,宜加大粘土减少片石比例,力求孔壁坚实。
3.2.3钻孔施工中,一般在密实坚硬土层每小时纯钻进尺小于5cm～10cm,松软地层每小时纯钻进尺小于15cm～30cm时,应进行取渣。取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度,投放粘土自行造浆的,一次不可投入过多,以免粘锥、卡锥。
3.2.4钻孔作业应连续进行,因故停钻时,必须将钻头提出以防止坍孔埋钻。在取碴后或因其他原因停钻后再次开钻,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
3.3检孔
钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前,均需对钻孔进行階段性的成孔质量检查。终孔后用检孔器对孔径、孔垂直度、孔深进行检查,检查合格后,再拆卸钻机进行清孔工作,否则重新进行扫孔。
3.4清孔
清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量等指标符合规范要求,钻孔达到要求深度后采用灌注桩孔径监测系统进行检查,各项指标符合要求后立即进行清孔。清孔应达到以下标准:孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒,泥浆比重不大于1.1,含砂率小于2%,粘度17～20s。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度:柱桩≯5cm、摩擦桩≯10cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
4、灌注水下混凝土
采用直升导管法进行水下混凝土的灌注,施工程序见图2。
4.1安装导管
导管长度按孔深和工作平台高度决定。漏斗底距钻孔上口,大于一节中间导管长度。导管接头法兰盘加锥形活套,底节导管下端不得有法兰盘。采用螺旋丝扣型接头,设防松装置。导管安装后,其底部距孔底有250～400mm的空间。
4.2二次清孔
浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度,沉渣厚度应满足设计要求;当设计无要求时:柱桩不大于5cm;摩擦桩不大于10cm。如沉渣厚度超出规范要求,则利用导管进行二次清孔。
4.3首批封底混凝土
计算和控制首批封底混凝土数量,下落时有一定的冲击能量,能把泥浆从导管中排出,并能把导管下口埋入混凝土不小于1m深。足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开,是控制桩底沉渣,减少工后沉降的重要环节。打开漏斗阀门,放下封底砼,首批砼灌入孔底后,立即探测孔内砼面高度,计算出导管内埋置深度,如符合要求,即可正常灌注。
4.4水下混凝土浇灌
桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注,灌注开始后,应紧凑连续地进行,严禁中途停工。在灌注过程中,应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底,使泥浆内含有水泥而变稠凝结,致使测探不准确;应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内混凝土面高度,正确指挥导管的提升和拆除;导管的埋置深度应控制在2～6m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置,即时调整导管埋深。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,再移到钻孔中心。拆除导管动作要快,时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。
当混凝土面升到钢筋骨架下端时,为防钢筋骨架被混凝土顶托上升,可采取以下措施:①尽量缩短混凝土总的灌注时间,防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。②当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后,适当提升导管,减小导管埋置长度,以增加骨架在导管口以下的埋置深度,从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。
在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土,使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
因为耐久性混凝土粉煤灰掺量较大,粉煤灰可能上浮堆积在桩头,加灌高度应考虑此因素。为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上,以便灌注结束后将此段混凝土清除。
4.5灌注砼测深
灌注水下砼时,应经常探测孔内混凝土面至孔口的深度,以控制导管埋深。如探测不准确,将造成埋深过浅,导管提漏,埋管过深拔不出或短桩事故。因此,在钻孔灌注桩中是一项非常重要的工作,一定要由具有高度责任心的人来操作。
4.6泥浆清理
钻孔桩施工中,产生大量废弃的泥浆,为了保护当地的环境,这些废弃的泥浆,运往指定的废弃泥浆的堆放场地,并做妥善处理。
关键词:冲击钻钻孔;水下灌注
1、工程概况
虎丰铁路牤牛河特大桥为跨牤牛河及南长公路而设,根据地质勘探资料,桥址区范围内地层岩性为第四系上更新统冲积形成的粉质粘土、角砾土、圆砾土、卵石土及漂石土,下覆侏罗纪下统混合岩。桥址地下水为第四系孔隙潜水,可见地表水,河谷地下水位埋深0.5m～4.9m,季节性变幅2m左右。桩基础施工设计为冲击法施工。
2、施工方法及工艺要求
采用整套冲击钻机设备,避免使用双筒卷扬机组成的简易钻具。为防止冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇灌砼强度,应待邻孔砼抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。
钻孔桩施工工艺流程见图1。
2.1施工准备
钻孔场地应清除杂物、换除软土、平整压实。工作平台必须坚固稳定,能承受施工作业时所有静、活荷载,同时还应考虑施工设备能安全进、出场。
2.2埋设钢护筒
护筒用4～8mm的钢板制作,其内径大于钻头400mm。为增加刚度防止变形,在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。护筒埋置深度不小于2m。钻孔时孔内水位高出护筒底面0.5m或地下水位以上1.5-2.0m。
2.3开挖泥浆池,选择和备足良好的造浆粘土或膨润土,造浆量为2倍的桩的混凝土体积,泥浆比重可根据钻进不同地层及时进行调整。
3、钻孔
3.1安装钻机
钻机中心应对准桩中心,并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上。钻机定位后,底座必须平整,稳固,确保在钻进中不发生倾斜和位移。在钻头锥顶和提升钢丝绳之间设置保证钻头转向的装置,以防产生梅花孔,保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。
3.2钻进
用冲击式装置或卷扬机提升钻头,冲击成孔。由泥浆悬浮钻渣,使钻头每次都能冲击到孔底新土层。
3.2.1开钻时先在孔内灌注泥浆,泥浆相对密度等指标根据土层情况而定。如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。护筒底脚以下2m～4m范围内土层比较松散,应认真施工。一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸,使孔壁坚实不坍不漏。待钻进深度超过钻头全高加冲程后,方可进行正常冲击。
3.2.2在钻进过程中,应注意地层变化,对不同的土层,采用不同的钻进方法。
冲程应根据土层情况分别规定:一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中采用大冲程;在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程,冲程过大,对孔底振动大,易引起坍孔;在通过高液限粘土,含砂低液限粘土时,采用中冲程;在易坍塌或流砂地段用小冲程,并应提高泥浆的粘度和相对密度。
在砂及卵石类土等松散层钻进时,可按1:1投入粘土和小片石(粒径不大于15cm),用冲击锥以小冲程反复冲击,使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2～3次。若遇有流砂现象时,宜加大粘土减少片石比例,力求孔壁坚实。
3.2.3钻孔施工中,一般在密实坚硬土层每小时纯钻进尺小于5cm～10cm,松软地层每小时纯钻进尺小于15cm～30cm时,应进行取渣。取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度,投放粘土自行造浆的,一次不可投入过多,以免粘锥、卡锥。
3.2.4钻孔作业应连续进行,因故停钻时,必须将钻头提出以防止坍孔埋钻。在取碴后或因其他原因停钻后再次开钻,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
3.3检孔
钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前,均需对钻孔进行階段性的成孔质量检查。终孔后用检孔器对孔径、孔垂直度、孔深进行检查,检查合格后,再拆卸钻机进行清孔工作,否则重新进行扫孔。
3.4清孔
清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量等指标符合规范要求,钻孔达到要求深度后采用灌注桩孔径监测系统进行检查,各项指标符合要求后立即进行清孔。清孔应达到以下标准:孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒,泥浆比重不大于1.1,含砂率小于2%,粘度17～20s。同时保证水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度:柱桩≯5cm、摩擦桩≯10cm。严禁采用加深钻孔深度的方法代替清孔。
4、灌注水下混凝土
采用直升导管法进行水下混凝土的灌注,施工程序见图2。
4.1安装导管
导管长度按孔深和工作平台高度决定。漏斗底距钻孔上口,大于一节中间导管长度。导管接头法兰盘加锥形活套,底节导管下端不得有法兰盘。采用螺旋丝扣型接头,设防松装置。导管安装后,其底部距孔底有250～400mm的空间。
4.2二次清孔
浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度,沉渣厚度应满足设计要求;当设计无要求时:柱桩不大于5cm;摩擦桩不大于10cm。如沉渣厚度超出规范要求,则利用导管进行二次清孔。
4.3首批封底混凝土
计算和控制首批封底混凝土数量,下落时有一定的冲击能量,能把泥浆从导管中排出,并能把导管下口埋入混凝土不小于1m深。足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开,是控制桩底沉渣,减少工后沉降的重要环节。打开漏斗阀门,放下封底砼,首批砼灌入孔底后,立即探测孔内砼面高度,计算出导管内埋置深度,如符合要求,即可正常灌注。
4.4水下混凝土浇灌
桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注,灌注开始后,应紧凑连续地进行,严禁中途停工。在灌注过程中,应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底,使泥浆内含有水泥而变稠凝结,致使测探不准确;应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内混凝土面高度,正确指挥导管的提升和拆除;导管的埋置深度应控制在2～6m。同时应经常测探孔内混凝土面的位置,即时调整导管埋深。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,再移到钻孔中心。拆除导管动作要快,时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。
当混凝土面升到钢筋骨架下端时,为防钢筋骨架被混凝土顶托上升,可采取以下措施:①尽量缩短混凝土总的灌注时间,防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小。②当孔内混凝土进入钢筋骨架4m～5m以后,适当提升导管,减小导管埋置长度,以增加骨架在导管口以下的埋置深度,从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。
在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大.如在这种情况下出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土,使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。
因为耐久性混凝土粉煤灰掺量较大,粉煤灰可能上浮堆积在桩头,加灌高度应考虑此因素。为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌100cm以上,以便灌注结束后将此段混凝土清除。
4.5灌注砼测深
灌注水下砼时,应经常探测孔内混凝土面至孔口的深度,以控制导管埋深。如探测不准确,将造成埋深过浅,导管提漏,埋管过深拔不出或短桩事故。因此,在钻孔灌注桩中是一项非常重要的工作,一定要由具有高度责任心的人来操作。
4.6泥浆清理
钻孔桩施工中,产生大量废弃的泥浆,为了保护当地的环境,这些废弃的泥浆,运往指定的废弃泥浆的堆放场地,并做妥善处理。