润扬长江公路大桥F1标大孔径嵌岩灌注桩 邹卫平.doc

大直径嵌岩灌注桩成孔主要工艺三航三公司润扬长江公路大桥F1标项目部 邹卫平1.0工程概况 润扬长江公路大桥为悬索桥，跨度1490m，为国内第一悬索大桥。南汊悬索桥南索塔采用群桩基础，嵌入岩层，单桩直径为2.8m，每个承台下布设16根桩，每根桩嵌入微风化岩大于3m，设计桩底标高不一，平均桩长为60m。我部承担了西侧承台下的16根桩的施工任务。 南索塔场地地貌隶属长江边滩，经人工堆填，地势较为平坦，一般地面标高为4.1m，桥位处地下水位受长江潮汐水位影响变化不大，地下水位一般在3.33.6m，地下水类型为孔隙潜水及微承压孔隙水。 第四系松散层厚度38.840m，埋深3134.4m，以厚层状软土为主，局部夹薄层状粉砂或亚砂土，下部为全新世早期冲击亚粘土，含卵粒中粗砂。 基岩为花岗岩、花岗斑岩、花岗质碎裂岩，分布为强风化层、弱风化层、微风化层和微风化受构造影响层。基岩顶标高-35.5-37.19m，强风化层厚度为6.411.8m。 根据地质条件及设计要求，我部选用台湾中晟公司生产的ZSD3000型工程钻机。 该钻机采用可倾斜动力头驱动钻杆，代替转盘驱动钻杆机构，钻具升降采用液压缸代替卷扬机，不仅起重量大（可达150吨），而且速度快，升降平稳和可倾斜动力头结合动作可实现快速装拆钻杆，在装卸钻头时，龙门导向架可以倾斜，上底盘采用油缸驱动的开合门，因此该机具有钻孔直径大，辅助时间短，安装操作简便，工作效率高等特点。 本文简要对施工平台及护筒工艺、钻进操作、成孔、钻孔事故处理等进行介绍。2.0施工平台与护筒工艺 钢管支承桩采用=10mm钢板在加工厂卷制而成，直径800mm，长14.5m。打入时采用DZ-150型振动锤夹具夹紧钢管桩管壁，用65t履带吊起吊，在指定位置振动下沉直到桩顶标高达到+4.0m左右为止。此后，对钢管桩桩顶进行找平，直到找平后桩顶标高偏差不大于5mm后，再焊接封顶钢板。 钢护筒采用=20mm钢板在加工厂加工而成，护筒直径3.1m，长度为10m左右（钢护筒在加工厂分段加工，拖运至现场后再焊接加长）。同钢管桩一样，下沉时用经纬仪对护筒进行平面及垂直度控制。钢护筒要求平面中心偏位小于50mm，垂直度小于1%，如果未能达标，须用振动锤及吊车拎起纠偏。护筒顶标高达到+5.0m时停止下沉，最后将护筒接长至+7.0m左右，以便能保持护筒内水位高于地下水2.0m以上，同时满足泥浆自流循环需要。 钻孔平台采用贝雷架纵横搭设而成。贝雷架由三榀贝雷组成，用45cm标准框架片拼装并用螺栓连接。钻孔平台施工示意图如下：（单位：mm） 上层贝雷架上按50cm一档横放道木，要保证道门顶面平直，以便安放钻机轨道，然后用铅丝将道木绑扎在上层贝雷架顶面上。钻机轨道间距按钻机底盘四个行走钢轮间距来调整安放，并保证桩中心点在轨道的对称轴线上，准确无误后，用道钉将轨道固定在道木上，此后钻机就可以在轨道上拼装就位及纵向移位。3.0钻进操作要点及注意事项 覆盖层采取正循环施工法钻进，先启动泥浆泵，通过钻杆、钻头将泥浆压入孔底，待泥浆输入一定数量后，即泥浆正常循环后，开始钻进。 覆盖层及岩层钻削成孔均采用减压钻进、泥浆护壁的钻孔方法，钻头均为楔齿滚刀钻头，其各层的钻进参数及泥浆指标如下表： 在钻进过程中，不同的地层需用不同的钻速及钻压来钻孔，在粘土层、亚粘土层为防止钻头出现包裹现象，采用高速低钻压，在粉砂层及亚粘土夹粉砂层采用中速，在岩石和砂砾层中采用低钻速大钻压。随着孔深逐渐加大，泥浆数量的消耗，相对密度、粘度、PH值、含砂率等各项指标相应发生变化，同时不同地层钻进时，泥浆指标要求不一样 ，因此需要及时调整泥浆的各项指标及时补充泥浆。 要强调的是，在淤泥质亚粘土层，钻进时严格控制进尺速度不大于3m/h，防止护壁不充分，并造成缩颈。在钻头刚进入强风化层时，由于岩面不平，石质不均，应采用减压（1016t）缓慢钻进。当钻头进入岩层深度大于0.5m后，可逐渐加压（1520t），提高钻速。由于南塔址处承台下有地质断层，岩石破碎有随机性，施工中我们特别注意减压钻进，反复扫孔，低钻速加大风量，当岩层整体性较好，钻头起导向作用后，才能正常钻进。4.0钻孔中常见事故预防及处理措施大孔径嵌岩桩与一般灌注桩钻孔施工有许多不同，主要在于前者有施工周期长、地层变化复杂、劳动强度大、危险性大、事故处理麻烦等特点。在我方近五个月的灌注桩施工中，我们积累了一点预防和处理事故的经验，主要如下：1.塌孔 产生塌孔的原因有以下几点：a）泥浆性能不佳，护壁不好；b）泥浆面太低，不满足高于地下水位12m的要求；c）因故孔内泥浆长时间未循环；d）过早改为反循环（特别是在粉砂层及亚粘土夹粉砂层；e）相邻桩位在同时钻孔施工，因护筒内浆面差及钻头摆动幅度大等会引起塌孔；f）地表有强烈振动，如振动下沉护筒、钢板桩等。 针对以上几点，我们的预防措施包括：1）严格按要求控制泥浆指标，并作定期检查；2）在进入反循环后，派专人注意观察护筒内液面情况，根据变化情况调整气量，以保证浆面基本无变化；3）注意不要让泥浆过长时间处于静止状态，如因钻机故障停钻，也应继续保持泥浆循环，或用导管进行二次清孔；4）严格控制改为反循环的时间；5）施工组织安排要周全，多台钻机错开孔位施工，且让所有使用振动锤的工作安排在灌注桩施工后进行。 如果出现塌孔，则应立即提钻，拆除钻具，将孔用粘土回填，暂停钻孔。2缩颈 发生缩颈现象有以下几点因素：1）钻头直径小于设计孔径；2）在覆盖层中（尤其是在淤泥质亚粘土层）钻头钻进速度太快，护壁不充分。 预防缩颈可以做以下工作：1）每次开钻前要重新复核钻头直径，及时掌握钻头磨损情况，采取补焊钢板、钢筋条或更换边刀来保证钻头直径；2）在钻进时掌握好钻进速度，不能盲目求快，并且在每钻完一根钻杆后应及时提起钻杆复扫一遍。1 孔斜 当岩面不平呈倾斜状态、石质不均、钻压过大，钻速过快，容易造成孔斜。避免出现孔斜的方法是在钻头即将进入岩层时，要减压缓慢钻进；在进入岩层深度大于0.5m（具体要视各地层岩面倾斜率确定深度后，才可逐渐加压，提高钻速。若出现孔斜，应先判断孔斜的位置，后吊钻头进行扫孔，使孔壁正直后方可继续钻进。2 钻具断落钻具断落一般发生在反循环钻进时。一旦发生，钻机的负荷立即减轻，驱动机械的运转噪声减小且钻压也迅速减小，钻进速度接近于零，则证明确系发生了钻具断落事故。断落原因分析如下：1） 钻具刚度、强度太小，容易折断；2） 钻进中选用的钻速不当，使钻杆所受的扭矩或弯曲应力增大，因而折断；3） 钻杆、钻头使用过久，法兰盘及焊缝连接处有损伤或接头磨损过甚；4） 地质坚硬，钻压太大，使钻杆超扭矩工作；5） 孔中出现异物（钢板、钢管、扳手等硬物），突然增加蹩钻阻力而没有及时停钻。预防和处理：a 开钻前选择强度高，刚度大的钻具；b 钻进前要认真检查钻具各部分的磨损情况和接头强度是否足够，钻具本身是否有细小裂缝（纹），不符要求者，及时补强或更换；c 要求各节钻杆的连接和钻杆与钻头的连接完好，并且要拧紧，扭力销要固定牢固，防止钻进过程中跳动，引起剪力销脱落，造成连接螺栓剪断掉钻。d 在钻进过程中应控制钻压及扭矩、进尺速度，遇到坚硬、复杂的地质，应仔细操作；e 钻进中若遇到异物，须经处理后再钻进；f 若钻杆有漏气现象，则说明钻杆间有间隙，此时应立即提钻加固，直到排除故障为止。 若发现钻具断落孔中，首先应提钻检查，查看是何处发生断裂，并且判断钻具断落在孔内何处，呈何种状态（垂直或倾斜），然后根据情况制定切实可行的捞钻方案，安排加工合适的打捞器，组织打捞。若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住，应首先清孔，使打捞工具能接触钻杆或钻头，打捞器有多种，这里简单介绍其中两种。1外爪：外爪形式及结构如上图所示，具体尺寸可按钻杆法兰盘直径及钻头重量来确定，原则上保证打捞器有足够的强度的刚度。打捞器放入孔内上下提动，当导向杆插入钻杆内，且卡板卡住法兰盘后，用大吊车提出钻具。2内卡 如上图所示，滑块可在内撑杆上上下滑动，当导向杆进入钻杆或钻头内一定深度后，滑块可依靠重力下坠，滑块表面高强合金钢可与管内壁接触，向上提动该打捞 器时，滑块有向下滑动的趋势，于是作用在管壁的挤张力迅速增大，磨擦力随之增大，当磨擦力足以克服钻具重量时，钻具就能顺利打捞出孔。 如果钻具用多种打捞器打捞仍未凑效，可考虑聘请专业潜水员潜入孔底直接生扣打捞，前提条件是做好安全保卫工作，防止发生塌孔等意外事故。5.0几点问题的分析与建议 经过近五个月的钻孔施工，我们对钻机的各项性能都有了一定的了解，但同时也发现该钻机在某些使用不便，需要改进，例如，钻头钻铤及底盘开合门需做改进，采用钻头直接卡放在开合门上，来代替将钻头及配重依靠钢丝绳悬挂在钻机底盘上，以便于快速起吊配重及钻头且提高了安全性，避免因钢丝绳拉断，钻头及配重落入孔中的情况发生，另外，钻机上应安装一只专供提放钻杆的电动葫芦，以便钻机能不依靠吊车专为其喂钻杆，提高劳动效率。 钻头也需改进，主要体现在刀齿及出渣口的布没上，因为该钻机所配的钻头上有16把滚刀，但钻完每一个孔后，都发现16把滚刀磨损情况都不尽相同，且孔底沉渣较厚，这与滚刀楔齿焊接质量及清孔程度有关系，但更主要的是与滚刀及出口渣口的部置有关，滚刀与出渣口部设有以下规律：a）钻头径向不能出现空白带，以保证滚刀能将孔截面内任何一处能扫到；b）刀齿布没要匀称（相对任一直径而言）；c）运动轨迹长的边刀要需多加刀保护；d）泥浆旋流作用使钻渣往桩心集中，因此钻头中心也需多加刀保护；e）出渣口截面积应与钻杆空腔内径一致，