萍水河大桥实施性施工组织设计
(1)钻孔场地平整及水中墩筑岛
钻孔前平整场地,场地的大小以能满足钻机的放置、泥浆循环系统及混凝土输送车的要求。水中墩采用筑岛施工,同时安排在旱季施工,岛面高程应高出平时水位,不影响施工即可,施工时自上游开始下放铁丝笼,在围堰的迎水面堆码两重砂袋以减弱铁丝笼缝间的水流速度,在笼子的背水侧填非渗水土,围堰自上游往下延伸直至合拢,围堰做好后及时填芯筑岛,筑岛出水面后加强碾压。 (2)埋设护筒
护筒用4mm的钢板制作,其内径大于钻头直径200mm。护筒的埋设深度不小于1.5m并埋入较坚实的地层不小于1.5m;筒顶应高出施工水位或地下水位1.5~2.0m,并高出施工地面0.3m。护筒埋设用加压和锤击的方法进行,埋设应准确、稳定,护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm,保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作,存储泥浆使其高出地下水位和保护桩孔顶部土层不致因钻杆反复上下升降、机身振动而导致坍孔。
(3)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自转向的装置,以防产生梅花孔,保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。
(4)泥浆制备
采用自然造浆方式进行护壁。浆液的比重、粘度、静切力、酸碱度、胶体率、失水、含砂率等指标要符合地层护壁要求。
各类土层中的冲程和泥浆密度选用表
泥浆密度 冲程(m) 备 注 (t/m3) 顺序 1 项 目 在护筒中及护筒土层不好时宜提高泥浆浓度,必要时 0.9~1.1 1.1~1.3 脚下3m以内 加入小片石和粘土块。 1~2 1~2 2~3 清水 或稀泥浆,经常清理钻头上泥块。 2 粘土 3 砂粘土 4 圆砾土 1.3~1.5 抛粘土块,勤冲勤掏碴,防坍孔。 1.3~1.5 加大冲击能量,勤掏碴。 如岩层表面 不平或倾斜应抛入20-30cm 厚块石使之略平,然后低锤快击使其成 1.2~1.4 一紧密平台再进行正常冲击,同时加大 冲击能量,勤掏碴。 1.3~1.5 反复冲击,加粘土 块及片石。 11
5 砂岩及页岩 1~4 6 坍孔回填重成孔
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(5)钻进成孔
要求转盘中心和钻机上的起吊滑车在一条垂直线,位置偏差不大于2cm。初钻时,向筒内加入适量的水和粘土,以低档慢速开始钻进,使护筒脚处有牢固的泥皮护壁,钻至护筒脚下1.0m后,才按正常速度钻进。应根据不同的地质情况,根据上表的要求检查泥浆的各项制标,要防止泥浆浓度太浓,影响钻进,还要防止泥浆太稀,造成塌孔,起落钻头要避免撞击孔壁。
根据岩层的不同,掌握好钢丝绳的松紧度,使钻进保持合适的速度,均匀钻进,要勤松短松,略带紧钢丝绳以减少钻头的晃动,防止坍孔和卡钻。开每钻进4~5m深度验孔一次,在更换钻头前或容易缩孔处,均应验孔;进入基岩后,每钻进100~300mm应清孔取样一次,以备终孔验收。
钻进过程中要详细记录钻进的地质情况,观察地质情况是否符合设计资料。
钻孔事故预防与处理措施:
a.塌孔
(a)孔口坍塌时,可拆除护筒,回填钻孔,重新埋设护筒再钻; (b)轻度坍孔可加大泥浆密度和提高水位;
(c)严重坍孔,用粘土泥膏投入,待孔壁稳定后采用低速钻进; (d)提升钻头,下钢筋笼保持垂直,尽量不要碰撞孔壁; (e)在松软土层钻进时,应控制进尺速度,且用较好泥浆护壁; (f)加大护筒埋置深度; (g)坍孔严重时,回填重钻。 b.孔形不规则
(a)扩孔:会加大砼的灌注量,要按照坍孔处理。
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冲击钻机作业示意图
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(b)缩孔:采用上下反复扫孔使孔扩大,并尽可能缩短清孔到下导管灌注砼的时间。 (c)弯孔:弯孔不严重时可以重新调整钻机继续钻进,严重时回填至弯孔以上0.5m重新钻。
(d)偏孔:将桩架重新安装牢固,并将道架进行水平和垂直校正,检查钻孔设备。偏差过大时,填入片石、碎石、粘土重新钻进,控制钻速,慢速上下提升、下降,往复扫孔纠正。如有倾斜石层或石层不均匀时偏孔过大,可用砼填平,待达到一定强度时重新钻进。
溶岩地区钻孔控制要点如下:
在溶洞的部位易产生漏浆、偏锤等现象,溶洞顶板被击穿后,在上部孔隙潜水与下部岩溶水间水头差的作用下,钻孔桩附近地下水位会发生急剧变化,上部砂层极易在很短时间内漏失到溶腔内,并在上部覆盖层内形成土洞,引发桩孔附近地表塌陷。当桩孔附近地下水位发生较大变化时,因地下岩溶及部分地段土洞发育,当溶洞之间连通性好时,在地下水降落漏斗影响半径范围内的周边地表极易引发塌陷,危及地表建筑物安全。依据以往施工经验和做法,岩溶桩基施工应做好以下工作:
a.根据地质钻探资料和填充物情况,详细分析桩位地质柱状图,对每一根桩相对应预计出现溶洞位置和溶洞高度设计出针对相应溶洞的预处理方案、成孔方法和防塌孔措施,并做好现场技术交底。
b.钻孔前不管是否有填充物、填充物是否充盈等,在场地内必须准备大量的片石、袋装粘土及适当数量的袋装水泥,设置2个大容量泥浆池,同时配备不少于2台D220型泥浆泵作为备用,保证一旦桩孔出现漏浆,可以马上进行补浆。
c.合理规定施工顺序。同一桥梁范围内宜跳墩施工,同一桥墩桩基础宜只采用一台钻机施工,以防串孔。桩基施工时应先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工,先安排长桩施工,后安排短桩、溶洞较小的桩孔施工。
d.选择冲击钻机,不但可以有效克服不良地质现象,提高地基基础承载力,而且解决了覆盖型岩溶区施工降水对周围建筑物及环境影响的问题。
e.在岩溶地区成桩选用冲击钻机成孔时,控制的冲能在2.5t~5.0t·m为宜。冲能过小对孔壁岩隙和孔壁周边的溶洞槽挤压能力小,孔壁不够密实易于渗漏,同时冲能小破碎能力小,钻孔速度进尺慢。但冲能过大通过顶板速度快,易于卡钻,同时造成所成孔径较设计大得多。
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小冲程作业的主要目的,在于利用钻头对钻屑和片石、粘土互层成份的冲击,来挤密孔壁;由于地层条件的特殊性,小冲程作业在一定程度上也可减少卡钻、掉钻、斜孔、坍孔等工程事故,在下列情况时,宜采用2.0m以下的中低冲程作业:①未明地质条件下成孔;②在斜面开孔及在护筒内和在护筒刃脚以下2.0m~3.0m范围内钻进时;③在停钻投泥重新开钻时;④当遇到局部砂层或溶洞时;⑤在抛石回填重钻以及在处理特殊情况时;⑥溶洞上、下壁附近,及洞身侵入桩孔内部时。已查明的匀质基岩,允许采用大冲程(常规2~4m,最大不超过6米)作业。
f.对一般性隐形小洞应侧重于加强造壁护壁功能,采用加强型泥浆护壁的方法。在一般地层进行钻孔桩施工,泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。但在岩溶地区除在施工中加强泥浆护壁外,还存在一个通过溶洞的造壁问题。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂,多为塑性或流塑性。因此,在配制优质泥浆护壁的基础上,对不同溶洞内土的不同性质,按一定的比例分别加入烧碱、水泥、木屑、草袋、片(碎)石等混合材料,以提高泥浆胶体率和悬浮能力,其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4,锯末按黄土体积的10%掺入。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用,将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中,这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成,又能增强泥浆护壁的效果。
g.冲孔施工时,因溶洞、土洞的存在,最需要解决的关键技术问题就是如何保证成孔过程中不漏浆,或者产生漏浆但不发生坍孔,保护桩孔,保障施工人员及冲机的安全,保证桩孔顺利成孔。冲孔施工时有效的方法是做好预防工作,防止坍塌事故的发生。在成孔过程中,可采取下列处理溶洞、土洞的技术措施:
由于岩溶地区地质情况异常复杂,虽逐桩钻探,亦难以保证全面摸清地质情况,因此为有效防止塌孔时钻机下沉和倾斜,每个桩位钻机就位前,铺设2对共4根(必要时3对6根)各14 m长的钢板桩(也可以采取其它钢结构),对钻机底座进行支垫加固。
埋设适当深度的护筒,并与钻机底座支垫加固的钢板桩进行焊接联结。
对于地质资料显示存在溶洞或土洞的桩位以及经分析可能存在溶洞的桩孔,特别是半填充或无填充物的溶洞,采用小钻头进行正循环超前钻,钻穿溶洞、土洞顶板直至终孔标高,补充优质泥浆以及用锯末和粘塑土加水拌成软塑状的混合物,使其填满溶洞,观察24 h后,如情况正常,再正式开始钻孔或冲孔。
冲孔至离溶洞顶板1m左右时,加大泥浆比重,选用小冲程进尺,逐渐将顶板击穿,防止卡钻。同时在击穿顶板之前,安排专人密切观察孔内泥浆面的变化,发现漏浆时应马
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上提锤、补泥浆,抛填片石、袋装粘土混合料,等泥浆面不再下降并稳定后,采用小冲程冲锤轻打挤压形成泥石孔壁成孔。若桩孔仍继续漏浆,则改抛片石、袋装粘土、袋装水泥混合料,采用小冲程冲锤轻打,慢慢将片石、袋装粘土、水泥挤压到溶洞中,堵塞溶洞通道,如此反复操作,直到不再漏浆为止,转入小冲程冲孔固壁成孔,顺利穿越溶洞。
冲锤击穿溶洞顶板后,不论是否漏浆,不论溶洞原来是否空溶洞或半填充或溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥,进入溶洞后均应向孔内投入片石、袋装粘土,填超过溶洞顶面 2.5~3. 0 m,然后用小冲程冲锤方法冲击投下的混合物,不取渣,使其挤入裂隙、溶洞内,如此反复操作,多次堵塞溶洞通道固壁,大大减少灌桩时混凝土扩散流失量,取代填灌低标号C15素混凝土传统处理方法,降低溶洞处理费用。
冲锤冲破溶洞时,冲锤可能会滑入溶洞中,提锤时易被溶洞顶板岩石卡住而造成埋锤。施工时严禁在溶洞范围内打松锤,应绷紧钢丝绳,采用小冲程进行低打紧击。一旦发现漏浆或异常情况,马上提锤到孔口,然后采取其它措施。穿越溶洞时,同时要密切注意钢丝绳的情况,以便判断是否斜孔,若出现斜孔必须及时进行修孔处理。
岩溶水一般呈酸性,在成孔过程中,岩溶水一旦进入泥浆,泥浆呈酸性而导致发生沉淀,这时应投入小苏打进行中和,以免孔壁坍塌。
冲击成孔过程中,泥浆浓度的检测应随地层的变化而变化,严格按规范要求施工。 h.对于浅表层岩溶发育地段,冲孔施工时易引起周围地表的塌陷,施工前可对浅表层的溶洞先行注浆加固,冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行,一般等待时间为10d左右。
i.当钻进进入空洞溶洞且空洞范围不大(一般溶洞深度在2m以内,亦可从失浆多少和快慢的情况判断)采用填充压实的方法:①沙石土填料填至空洞口以上1m左右高度时,用钻具下落慢冲程冲砸,这个工艺过程往返重复,直至钻具下落冲砸声音由弱变强,或进尺很小时为止。②接高钢护筒,在护筒内加满泥浆,增加泥水压力。同时在护筒顶加上振动锤振沉护筒,于护筒侧顶边开孔处边振动,同时加泥浆并投放混合材料。振动直至保持护筒内水头为止。待其沉压3~5天后,再恢复继续施钻。
j.对串珠状溶洞、空洞或其洞内填充物为软塑或卵石土且溶洞不大(溶洞深度在2~4m)时,可采用单护筒跟进成孔。对溶洞深度超过4m、洞内填充物为流塑或空洞状的采用内外双护筒跟进成孔。在桩底以上一段长度内可根据地质的具体情况用以上几个方法综合使用,这样可加快速度,降低成本。
k.对于邻近既有建筑物或地表易发生塌陷的桥梁桩基础在钻孔桩穿过岩溶时,当溶洞
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