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【摘 要】铁路桥梁钻孔桩由于具有桩径大、承载力高、噪声小以及施工简单等优势而被广泛应用到铁路桥梁工程中。而冲击钻一直都是一项比较复杂的工程,在铁路桥梁工程施工过程中,施工技术人员必须要很好的掌握冲击钻技术。本文就冲击钻施工在铁路桥梁中的应用进行探讨。
【关键词】铁路;冲击钻;护筒
一、钻孔灌注桩技术
钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法,在土中形成一定直径的孔,达到设计标高后,将钢筋骨架吊入井孔中,再灌注砼的施工技术。施工时可在孔内直接检查成孔质量,观察地质土质变化情况;桩孔深度由地基土层实际情况控制,桩底清孔除渣彻底、干净,易保证混凝土浇筑质量。钻孔灌注桩技术具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、施工质量稳定、承载能力大等优点,主要应用于桥梁深基础、水中桥梁基础、地质较为复杂地段的桥梁工程中。铁路桥梁桩基钻孔灌注桩是众多铁路桥梁桩基础施工中的一种。桥梁钻孔桩成孔设备有多种,主要有冲冲击成孔、正循环、反循环成孔等。使用钻孔设备不同,所采用的施工工艺也有所不同,但大多基本一致。
二、铁路钻孔桩施工技术
(一)工程概况
某双线特大桥全长650.49m,孔跨布置为18×32m+2×24m预应力混凝土简支箱梁,墩台20个,桩基158根,桩径1.25m,按柱桩设计。其中5~8号墩设计桩基30根,桩长24.5~29.5m,受征拆影响,为本桥最晚开工墩台,根据施工计划,桩基钻孔时间仅剩45天,工期严峻。5~8号墩地质中有较多的花岗岩孤石群,孤石强度高、直径大、无序分布,成孔速度十分缓慢。
(二)施工技术
1.定位埋设护筒
用4~6mm厚度钢板卷制成护筒,高度在2.0m以内应根据地层情况进入原状土不少于0.2m,护筒上下口应焊接加强箍,减少变形,上端焊接一对吊环,以便吊装。护筒井开挖应略大于护筒直径,护筒埋深宜超出地表200mm,并使泥浆益处口对准排浆沟,护筒四周与护筒之间采用黄泥填实捣固,防治钻进过程中护筒松动,土层坍塌,导致护筒松动、外斜或下沉。护筒埋置时,要测量护筒中心是否为设计孔位中心,测量误差要小于50mm,并将孔位点以十字交叉方向标识于护筒壁上,控制好护筒垂直度。护筒埋置好后,测量护筒高程。
2.钻孔
开钻前,在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时,还要混和加入一定数量的小片石,然后注入泥浆和清水,借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁,以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固,必须等邻孔砼灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔时宜用小冲程,当孔底在护筒脚下3-4m后,可根据实际 情况适当加大冲程。钻机安装处事先整平夯实,以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固,严禁在钻孔过程中钻机移位。
根据类似钻孔施工经验及现场施工实际情况,对钻头进行优化选择,钻头选用双十字带齿钻头,重量由原来的3.5吨级改为4.5吨级。施工现场配备四个备用钻头,备用钻头均按要求进行了钻头锤齿加强。钻头采用高强度锰钢定型锤齿,5.2mm焊条焊接,焊接前锤齿与锤体接触面打磨45°坡口,焊接过程中控制熔池温度,保证焊缝深度和宽度。采用150mm×20mm的锰钢板将钻头四翼连接,增强锤体的整体性,防止单翼断裂,增强对孤石的冲击力。
钻孔时,随时察看钢丝绳的回弹情况,耳听钻锥的冲击声,以判别孔底情况,掌握勤松动,少量松绳的原则;孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5m以上,以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁,但比 护筒顶面低0.3m,防止泥浆溢出;冲击过程中勤抽碴,勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况,预防安全质量事故的发生。现场备存黏土及直径300mm的花岗岩片石,根据现场钻孔记录,及时结合施工图和桩基地质剖面图观察钻进情况,当量测判断钻孔进至斜岩面和探头石位置时,及时进行片石回填。根据钻孔实际地质情况,合理控制冲程,遇孤石时勤松绳,低冲程连续冲进。
3.抽碴
冲孔至护筒下4~5m时,用抽碴筒抽碴,每钻进0.5~1.0m抽碴一次,抽至钻碴明显减少无粗颗粒为止,抽碴时应及时补水和粘土,使泥浆比重符合要求,冲孔时每隔3~4h,将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次,把下面的泥浆拉上来,以护孔壁。
4.刃口的补焊
钻头刃口在钻进中不断磨损,每班应进行检查,当冲锤尺寸磨损超过15mm时,应及时补焊,以免造成缩径或卡钻事故。为防止卡钻,一次补焊不宜过多,且补焊后在原孔使用时,宜先用低冲程冲击一段时间,方可用较高冲程钻进。
5.检孔、清孔
为保证孔形正直,钻进中,应常用检孔器检孔,检孔器用钢筋制成,直径与钻头直径相同,高度为钻孔直径4~6倍。且不应小于6m。更换钻头前,必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻
掏渣法清孔,钻孔达到设计深度后,且质量满足设计要求并经监理工程师批准后应立即进行清孔。清孔时,孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5~2m,以防钻孔塌陷。
6.钢筋笼吊放
钢筋笼采用吊车安放,起吊钢筋笼时,吊钩处用滑轮和钢丝绳连接钢扁担,勾挂钢筋笼。起吊用双吊点,第一吊点设在骨架的上部,使用主钩起吊。第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时,先起吊第一吊点,将骨架稍提起,再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后,第二吊点停止起吊并松钢丝绳,直到骨架与地面垂直后第一吊点停止起吊,解除第二吊点钢丝绳。缓慢移动钢筋笼,将钢筋笼吊到孔位上方,对准孔位、扶稳,缓慢下放,依靠第一吊点的滑轮和钢筋笼自重,眼观使钢筋笼中心和钻孔的中心一致。以护筒顶面为基准面,量测钢筋笼,当钢筋笼到达设计位置时,焊吊筋固定。当钢筋笼需接长时,先将第一节钢筋笼利用架立筋临时固定在护筒部位,然后吊起第二节钢筋笼,对准位置用焊接。焊接时使用多台电焊机同时焊接。钢筋笼固定,在钢筋笼主筋上焊定四根吊筋,吊筋圈内穿厚壁钢管,将钢筋笼固定。 7.灌注混凝土
采用灌注导管进行二次清孔,直至孔底沉渣厚底≤50mm,并经甲方、地勘、设计、现场监理工程师验收合格后及时进行砼浇灌。砼浇灌桩孔采用导管法水下灌注,灌注的混凝土靠自重密实。灌注前须正确安装导管,进行二次清孔,且导管的平直度和密封性须符合要求;配制的混凝土坍落度18~22厘米,和易性好;为确保初灌量,混凝土用泵送至大储量漏斗进行初灌,灌注过程中控制好埋管的深度,严禁导管拔离混凝土面;为保证桩体浇注质量,砼填心量应大于实际工作量,灌注预留浮浆厚度≥0.5m。对于泥浆处理有:1)组织专用泥浆灌车进行外运;2)在方便运输之处挖一个大泥浆池,规格4m×4m×1.5m作为中心储运泥浆池安装专用3PR泵一台,泵送至灌车。
三、施工中的问题处理
(一)掉钻
漂石和孤石地层成孔难度大,掉钻事故难免。当脱落的钻头直立于孔底时,可用锚钩钩住钻头上的保险绳或保险环,将钻头提起。若保险绳或保险环脱落,或钻头横卧孔底,甚至因打捞时间过长造成钻头被钻碴覆盖,需采取抢救措施。先将钢护筒下至孔底,罩住钻头,边吸泥边注水。然后由潜水员下水作业,拴牢打捞绳,再提起钻头。
(二)卡钻
钻头冲击探头石时易卡钻,若卡钻不严重,可采用主绳加副绳(钩在保险绳或保险环上的钢丝绳)一起将钻头强制提起。若钻头已穿过不大的探头石,可反复提拉并旋转主绳,使钻头从探头石的空缺处提起。
(三)斜孔
冲击探头石时还易造成斜孔,一般采用回填重新冲击成孔处理斜孔。
(四)塌孔
发生塌孔时,应迅速回填,待回填土在自重作用下固结密实后,重新埋设护筒,冲击造孔。此时,速度不宜过快,必须反复回填以保证孔壁密实,直到接近已埋钻头深度时,加大冲程,将掉落的钻头砸碎,然后采用电磁铁将钻头碎块吸出,如果在水封混凝土过程中塌孔,应迅速将钢筋笼拔出,即使没有拔出,也需重新冲击钻孔。同时,将已灌注的混凝土的钢筋砸碎,并用电磁铁吸出钢筋碎段,以加快速度,减少钻头磨耗。
参考文献:
[1]高军.武广铁路岩溶地区桥梁钻孔桩施工要点探析[J].铁道技术监督,2011年1期.
[2]姜军,姜伟皓.浅谈桥梁冲击钻成孔灌注桩施工技术[J].价值工程,2012年6期.
【关键词】铁路;冲击钻;护筒
一、钻孔灌注桩技术
钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法,在土中形成一定直径的孔,达到设计标高后,将钢筋骨架吊入井孔中,再灌注砼的施工技术。施工时可在孔内直接检查成孔质量,观察地质土质变化情况;桩孔深度由地基土层实际情况控制,桩底清孔除渣彻底、干净,易保证混凝土浇筑质量。钻孔灌注桩技术具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、施工质量稳定、承载能力大等优点,主要应用于桥梁深基础、水中桥梁基础、地质较为复杂地段的桥梁工程中。铁路桥梁桩基钻孔灌注桩是众多铁路桥梁桩基础施工中的一种。桥梁钻孔桩成孔设备有多种,主要有冲冲击成孔、正循环、反循环成孔等。使用钻孔设备不同,所采用的施工工艺也有所不同,但大多基本一致。
二、铁路钻孔桩施工技术
(一)工程概况
某双线特大桥全长650.49m,孔跨布置为18×32m+2×24m预应力混凝土简支箱梁,墩台20个,桩基158根,桩径1.25m,按柱桩设计。其中5~8号墩设计桩基30根,桩长24.5~29.5m,受征拆影响,为本桥最晚开工墩台,根据施工计划,桩基钻孔时间仅剩45天,工期严峻。5~8号墩地质中有较多的花岗岩孤石群,孤石强度高、直径大、无序分布,成孔速度十分缓慢。
(二)施工技术
1.定位埋设护筒
用4~6mm厚度钢板卷制成护筒,高度在2.0m以内应根据地层情况进入原状土不少于0.2m,护筒上下口应焊接加强箍,减少变形,上端焊接一对吊环,以便吊装。护筒井开挖应略大于护筒直径,护筒埋深宜超出地表200mm,并使泥浆益处口对准排浆沟,护筒四周与护筒之间采用黄泥填实捣固,防治钻进过程中护筒松动,土层坍塌,导致护筒松动、外斜或下沉。护筒埋置时,要测量护筒中心是否为设计孔位中心,测量误差要小于50mm,并将孔位点以十字交叉方向标识于护筒壁上,控制好护筒垂直度。护筒埋置好后,测量护筒高程。
2.钻孔
开钻前,在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时,还要混和加入一定数量的小片石,然后注入泥浆和清水,借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁,以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固,必须等邻孔砼灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔时宜用小冲程,当孔底在护筒脚下3-4m后,可根据实际 情况适当加大冲程。钻机安装处事先整平夯实,以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固,严禁在钻孔过程中钻机移位。
根据类似钻孔施工经验及现场施工实际情况,对钻头进行优化选择,钻头选用双十字带齿钻头,重量由原来的3.5吨级改为4.5吨级。施工现场配备四个备用钻头,备用钻头均按要求进行了钻头锤齿加强。钻头采用高强度锰钢定型锤齿,5.2mm焊条焊接,焊接前锤齿与锤体接触面打磨45°坡口,焊接过程中控制熔池温度,保证焊缝深度和宽度。采用150mm×20mm的锰钢板将钻头四翼连接,增强锤体的整体性,防止单翼断裂,增强对孤石的冲击力。
钻孔时,随时察看钢丝绳的回弹情况,耳听钻锥的冲击声,以判别孔底情况,掌握勤松动,少量松绳的原则;孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5m以上,以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁,但比 护筒顶面低0.3m,防止泥浆溢出;冲击过程中勤抽碴,勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况,预防安全质量事故的发生。现场备存黏土及直径300mm的花岗岩片石,根据现场钻孔记录,及时结合施工图和桩基地质剖面图观察钻进情况,当量测判断钻孔进至斜岩面和探头石位置时,及时进行片石回填。根据钻孔实际地质情况,合理控制冲程,遇孤石时勤松绳,低冲程连续冲进。
3.抽碴
冲孔至护筒下4~5m时,用抽碴筒抽碴,每钻进0.5~1.0m抽碴一次,抽至钻碴明显减少无粗颗粒为止,抽碴时应及时补水和粘土,使泥浆比重符合要求,冲孔时每隔3~4h,将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次,把下面的泥浆拉上来,以护孔壁。
4.刃口的补焊
钻头刃口在钻进中不断磨损,每班应进行检查,当冲锤尺寸磨损超过15mm时,应及时补焊,以免造成缩径或卡钻事故。为防止卡钻,一次补焊不宜过多,且补焊后在原孔使用时,宜先用低冲程冲击一段时间,方可用较高冲程钻进。
5.检孔、清孔
为保证孔形正直,钻进中,应常用检孔器检孔,检孔器用钢筋制成,直径与钻头直径相同,高度为钻孔直径4~6倍。且不应小于6m。更换钻头前,必须经过检孔。如检孔器不能沉到原来已钻
掏渣法清孔,钻孔达到设计深度后,且质量满足设计要求并经监理工程师批准后应立即进行清孔。清孔时,孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5~2m,以防钻孔塌陷。
6.钢筋笼吊放
钢筋笼采用吊车安放,起吊钢筋笼时,吊钩处用滑轮和钢丝绳连接钢扁担,勾挂钢筋笼。起吊用双吊点,第一吊点设在骨架的上部,使用主钩起吊。第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时,先起吊第一吊点,将骨架稍提起,再与第二吊点同时起吊。待骨架离开地面后,第二吊点停止起吊并松钢丝绳,直到骨架与地面垂直后第一吊点停止起吊,解除第二吊点钢丝绳。缓慢移动钢筋笼,将钢筋笼吊到孔位上方,对准孔位、扶稳,缓慢下放,依靠第一吊点的滑轮和钢筋笼自重,眼观使钢筋笼中心和钻孔的中心一致。以护筒顶面为基准面,量测钢筋笼,当钢筋笼到达设计位置时,焊吊筋固定。当钢筋笼需接长时,先将第一节钢筋笼利用架立筋临时固定在护筒部位,然后吊起第二节钢筋笼,对准位置用焊接。焊接时使用多台电焊机同时焊接。钢筋笼固定,在钢筋笼主筋上焊定四根吊筋,吊筋圈内穿厚壁钢管,将钢筋笼固定。 7.灌注混凝土
采用灌注导管进行二次清孔,直至孔底沉渣厚底≤50mm,并经甲方、地勘、设计、现场监理工程师验收合格后及时进行砼浇灌。砼浇灌桩孔采用导管法水下灌注,灌注的混凝土靠自重密实。灌注前须正确安装导管,进行二次清孔,且导管的平直度和密封性须符合要求;配制的混凝土坍落度18~22厘米,和易性好;为确保初灌量,混凝土用泵送至大储量漏斗进行初灌,灌注过程中控制好埋管的深度,严禁导管拔离混凝土面;为保证桩体浇注质量,砼填心量应大于实际工作量,灌注预留浮浆厚度≥0.5m。对于泥浆处理有:1)组织专用泥浆灌车进行外运;2)在方便运输之处挖一个大泥浆池,规格4m×4m×1.5m作为中心储运泥浆池安装专用3PR泵一台,泵送至灌车。
三、施工中的问题处理
(一)掉钻
漂石和孤石地层成孔难度大,掉钻事故难免。当脱落的钻头直立于孔底时,可用锚钩钩住钻头上的保险绳或保险环,将钻头提起。若保险绳或保险环脱落,或钻头横卧孔底,甚至因打捞时间过长造成钻头被钻碴覆盖,需采取抢救措施。先将钢护筒下至孔底,罩住钻头,边吸泥边注水。然后由潜水员下水作业,拴牢打捞绳,再提起钻头。
(二)卡钻
钻头冲击探头石时易卡钻,若卡钻不严重,可采用主绳加副绳(钩在保险绳或保险环上的钢丝绳)一起将钻头强制提起。若钻头已穿过不大的探头石,可反复提拉并旋转主绳,使钻头从探头石的空缺处提起。
(三)斜孔
冲击探头石时还易造成斜孔,一般采用回填重新冲击成孔处理斜孔。
(四)塌孔
发生塌孔时,应迅速回填,待回填土在自重作用下固结密实后,重新埋设护筒,冲击造孔。此时,速度不宜过快,必须反复回填以保证孔壁密实,直到接近已埋钻头深度时,加大冲程,将掉落的钻头砸碎,然后采用电磁铁将钻头碎块吸出,如果在水封混凝土过程中塌孔,应迅速将钢筋笼拔出,即使没有拔出,也需重新冲击钻孔。同时,将已灌注的混凝土的钢筋砸碎,并用电磁铁吸出钢筋碎段,以加快速度,减少钻头磨耗。
参考文献:
[1]高军.武广铁路岩溶地区桥梁钻孔桩施工要点探析[J].铁道技术监督,2011年1期.
[2]姜军,姜伟皓.浅谈桥梁冲击钻成孔灌注桩施工技术[J].价值工程,2012年6期.