北汊桥大直径深水钻孔桩桩基施工

来源:育路建造师发布时间:2008-08-05

  一、工程概况

  南京长江第二大桥桥位处的长江被八卦洲分为南、北两汊,北汊地形总体上倾向于长江,地面高程 2.59~7.29m,桥位处水面宽 955m,河床地形微向南倾,平均坡度<1°,深泓靠近南侧,最大水深13.15m。

  北汊大桥全长为2172m,桥面宽32m,中央分隔带为15m,主桥为90 3*165+90m五跨变截面 P.C连续箱梁,主墩基础采用18根φ2.5m的钻孔灌注桩。

  二、水文、地质概况

  水文:该河段位于下游感潮区,以雨洪径流为主,同时受潮汐影响,每年5~10月为汛期,洪峰出现在 6~8月。一般冲刷4.36m,主墩局部冲刷13.70m,最大冲刷深度18.06m.

  工程地质:覆盖层为冲积层,主要为粉细砂、淤泥质亚粘土和亚粘土,岩层为沉积岩,主要为泥岩、粉砂钙质岩及砂岩,岩层中有少量裂隙水存在。桥位不良地质为软土和可液化砂土,桩进入覆盖层深度约33m,进入全风化岩深度为35m,嵌入微风化层9.65m。

  三、钻机与泥浆

  由于覆盖层较厚,嵌岩较深,经比较分析,选用了KP3500型全液压转盘式钻机。

  此钻机性能优良,在钻孔施工中较好地完成了施工任务。

  泥浆在钻孔中起着悬浮和携带钻渣、清洗孔底、维持孔内外压力平衡、增加孔壁稳定性、防止塌孔、润滑和冷却钻头等作用。由于覆盖层以易塌孔的粉细砂为主,因此泥浆质量要求较高。

  泥浆用水、粘土、膨润土和碳酸钠按 1000:200:50:3.75(kg)配制,泥浆的循环充分利用了相邻的三个护筒,用φ30联通管串联起来,使泥浆循环路线增长,容纳泥浆量增大,也使钢护筒形成整体,增强抗潮涌能力,同时每台钻机配一个大沉渣筒,便于及时清渣,以保证泥浆质量及正常施工。

  四、钻孔与冲孔

  钻孔时应避免两部钻机在相邻孔位同时操作,每部钻机完成钻孔后要隔一个孔就位。

  由于正循环对泥浆护壁较为有利,因而覆盖层采用正循环,用梳齿钻头,保持孔底承压不超过5t,低压慢速钻进;当进入强风化层后换用滚齿钻头,采用气举反循环,钻压可加至20~30t功压钻进。由于长江水位变化较大,因而在钻进过程中要经常检查水头高度,随江水位调整。覆盖层进尺约10m/d,风化岩进尺约s5m/d,微风化岩层进尺约2m/d,一般成孔用10~15do。

  在钢筋笼和导管吊装完毕后进行冲孔,其目的是将孔底沉渣冲起,使沉淀厚度满足《施工规范》要求。但《施工规范》中规定的冲孔泥浆比重小于1.05t/m3(接近于长江天然水的比重),这样势必造成泥浆稠度降低,排渣能力下降,沉渣速度加快,冲孔时间延长。由于稠度降低,其护壁作用也随之降低,塌孔的机会增大。故冲孔的泥浆比重应视具体情况而定,如覆盖层为粘土质地层,可将泥浆的比重定得较低(如 1.05左右),如覆盖层为砂质地层,且施工水位较高,砂层液化限较高,这时冲孔泥浆不宜过稀,比重可在 1.15~1.25之间,稠度也相应增大,有利于浮起沉渣,增强泥浆护壁的作用,减少塌孔的危险。但泥浆的比重越大,则对水下混凝土灌注愈不利,二者是一个辩证的关系,要视具体情况而定。

  五、穿孔原因分析及处理

  穿孔是北汊桥钻孔施工中出现较多的事故,穿孔实际上是一种管涌现象,现分析如下:

  设L为护简埋深,h1为泥浆顶至护简底深度,h2为水深,Δh为水头高度。穿孔时泥浆从护筒底垂直向上穿出。切取护筒底至

  河床的一段垂直立柱体ab,将柱体内的水作为脱离休,考虑作用在水上的力系。因为水流速度变化很小,其惯性力可以略去不计。这样可求得这些力在垂直方向的分力分别为:

  采取压入水泥浆方法,水泥浆从钻杆灌入,边灌浆边徐徐提升钻头,如灌注水下混凝土,水泥浆灌至超过漏浆处2m即可,这时水泥浆在静压作用下会流人穿孔处,硬化后可将穿孔堵住,且会形成一层较坚硬的水泥皮护壁,也减少了塌孔的危险,压入水泥浆24h后即可重新开始。此法对处理穿孔漏浆还是比较有效的。在处理穿孔漏浆事故中,也采用了在漏浆护筒周围回填碎石以增加护筒埋深的方法。根据对穿孔原因分析可知,合理地控制水头高度,是防止穿孔的重要措施均护筒埋深较大时,水头可以高一点档护筒埋深较浅时,可以没有水头或负水头,要根据具体情况具体分析,不能死搬硬套。

  护筒裂缝:主墩护筒,由于下沉后不垂直,用160t振动锤强行纠偏时,致使河床位置处焊缝出现了一条长约10cm、高2~3cm的裂口,在钻孔时泥浆从此孔泄漏。先是潜水员水下焊接,但效果不理想,后采用在原护简处再下沉一个直径比原护筒大20cm和大护筒,埋入土中约2m,内外护筒间用粘土填实,堵住裂口,效果很好。

  打捞钻头:采用滑决式打捞器。其工作原理是:打捞器进入钻头中心管时,滑块上移,使打捞器头能插入中心管,上拨时滑块下移涨紧,利用摩擦力将钻头提起,捞出后再松动滑块,通过沿块上的连接绳将滑决收紧,拨出中心管即可,但在打捞前首先要确定钻头在孔底位置,可将一薄板用螺栓紧围在钻杆底,将钻杆落到孔底,压到钻头上,等待片刻后提出,通过观察钻头中心管在木板上留下的压痕来确定孔底钻头与钻机转盘中心的相对位置,再移动钻机或转盘,使转盘中心正对伤头中心管,则可保证打捞器能准确插入中心管。

  六、质量控制

  成孔后通过钻杆用测斜仪检测孔的垂直度,再用井径仪控制孔径和孔壁情况。在所有主墩钻孔中,孔深、孔径、垂直度、孔轴线和孔壁质量均符合《施工规范》要求,扩孔一般在10%左右。每根桩身全部预埋三根通长的声测管,采用超声波检测,并按比例取芯检测与其对照,所有桩合格率100%,优良率90%以上。

  七、结束语

  大直径深水钻孔桩的施工因其难度较高、风险大而存在其特殊性的一面,但只要具体问题具体分析,做到早预防早处理,是能够顺利地保质保量完成施工任务的。通过严格控制泥浆指标、钻进速度,合理控制水头高度,是可以防止和避免塌孔事故的;通过对穿孔洞浆等事故的处理,探索和积累经验,培养和锻炼了队伍,提高了队伍整体素质。

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