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破碎滑移層地質大口徑基樁鑽孔施工

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  1工程概況
  國家重點公路杭州至蘭州線是交通部《國家重點幹線公路布局規劃》國道重點公路網“13縱15橫”中的一橫,是連接我國東部、中部及西南地區的重要橫幹線。重慶奉節至雲陽高速公路是杭州至蘭州線在重慶境內的重要路段,同時也是重慶市規劃的“二環八射”高等級公路網的重要組成部分。本項目的建設,對完善國家幹線公路網,改善三峽庫區交通落後狀況、實施“西部大開發”戰略具有重要意義。
  重慶梅溪河特大橋是重慶奉節至雲陽高速公路上的一座特大橋,位于重慶市奉節縣新城鄉境內,于奉節老縣城西北方向約3.0km橫跨梅溪河,梅溪河特大橋起止裏程樁號爲K76+945.8~K77+766.8m,橋長821m,跨徑組合190(43+147)+386+190(43+147)+2×25m,主橋采用雙塔雙索面PC梁斜拉橋,爲了增加斜拉橋的整體剛度,兩邊跨均設一個輔助墩,將190m的邊跨分成(43+147)m兩跨。在輔助墩和過渡墩及索塔下橫梁上均設置豎向支座,結構爲半漂浮體系。
  引橋采用2×25m現澆預應力混凝土連續箱梁,分左右兩幅,單箱雙室斷面,采用支架現澆。
  主梁標准截面采用雙主肋斷面,全寬27.5m,主梁中心高2.6m,主梁標准段均采用挂籃懸臂施工,懸澆節段長6m。邊跨采用支架現澆,長55.86m,分三段澆注。索塔采用“H”型,鋼筋混凝土結構。塔高193m,其中上塔柱高78.5m,中塔柱高42m,下塔柱高72.5m,均采用矩形空心截面,四角設置半徑爲0.5m的圓弧段,上塔柱外形尺寸爲4.5m×7.5m,中塔柱外形尺寸爲4.5m×7.5m,下塔柱橫向由4.5m變化到底部尺寸爲9m,縱向由7.5m變化到底部尺寸爲13.0m。由于下塔柱直接抵抗可能的船舶撞擊,在實心段以上36m範圍內設置0.8m厚的橫隔板進行加強,順橋向與橫橋向各一道,在箱內形成十字撐架。在上塔柱錨索區,塔柱內壁設置拉索錨塊,爲平衡斜拉索的水平分力,在錨索區範圍內布設15-12環向預應力鋼束。塔柱共設上下兩道橫梁,爲全預應力混凝土結構,上橫梁斷面外輪廓尺寸高6m×寬7m,下橫梁斷面外輪廓尺寸高7m×寬6.5m,縱向預應力錨固于塔柱外側。索塔承台長24.8m×寬32m×高6m。主墩基樁樁徑2.5m,樁長60m,分5排5列布置,每墩25根,全橋共50根,均爲鑽孔灌注樁,按摩擦樁設計。
  2主要技術指標
  1.道路等級:雙向四車道、行車寬度2×3.75m(單向),高速公路
  2.計算行車速度:80km/h
  3.橋面寬度:24.5m;斜拉橋的橋面寬度:27.5m(含錨索區)
  4.設計荷載:公路Ⅰ級
  5.最大縱坡:≤3%
  6.橋面橫坡:2%
  7.設計洪水頻率:1/300
  8.通航標准:最高通航水位173.242m,滿足四級航道的通航淨空和技術要求
  9.地震設計烈度:基本烈度爲Ⅵ度
  3橋址區自然地理概況
  3.1地形、地貌
  橋址區爲構造剝蝕-侵蝕中低山地貌。橋位橫跨NNM向的梅溪河下遊,河谷呈“U”形,谷底較爲寬緩,縱坡坡度小于1%;由于地表水系在該段的強烈侵蝕切割,地形較爲陡峻,橋址區相對高差200-350m。兩岸山坡總體坡度奉節岸約25-360、雲陽岸約26-390。
  3.2地質構造
  橋址區位于南華准地台腹地,地殼整體相對穩定,橋址位于朱依河背斜軸部,具體橋位處爲傾向南西的緩傾角的單斜層,産狀奉節岸2250∠110,雲陽岸2250∠90,橋軸線與地層走向近垂直。
  橋位區岩石較破碎,節理、裂隙發育。
  3.3地層岩性
  根據工程地質測繪及鑽探成果表明:橋位區兩岸坡被殘坡積土(Qel+dl)覆蓋,梅溪河谷分布沖洪積土(Qal+pl),下伏基岩爲三疊系中統巴東組(T2b)的泥質灰岩。各岩土層工程地質基本特征由上至下爲:
  1.第四系沖洪積土(Qal+pl):
  沖洪積層僅分布在梅溪河河床,主要以灰黃色的礫、卵石爲主,松散-中密,厚約2.5-5.0m。
  2.第四系殘坡積土(Qel+dl):
  亞粘土:黃色,含少量角礫,濕,軟塑。厚度小于2.5m,局部分布。
  碎(塊)石混亞粘土:見于地表緩坡地帶,碎石爲泥質灰岩、泥灰岩,棱角狀、次棱狀。粒徑2-8cm,含量約>50%,亞粘土夾角礫充填,稍濕,松散-稍密。厚度3.5-6.0m。
  塊石:局部分布,塊石含量約50-60%,爲泥質灰岩、泥灰岩,棱角狀,大小0.2-0.6m,碎石及亞粘土充填。
  3.三疊系中統巴東組(T2b):
  泥質灰岩,淡灰綠色,微晶結構,中薄層夾少量中厚層狀。強風化層岩石節理、裂隙發育,岩石極爲破碎,岩芯多呈碎塊狀,RQD=7.04-38.15%,單軸極限飽和抗壓強度14.7MPa,單軸極限天然抗壓強度28.9MPa;弱風花層岩芯較完整,呈短柱狀、塊狀,RQD=5.19-35.29%,單軸極限飽和抗壓強度25.2MPa,單軸極限天然抗壓強度33.2MPa;微風花層岩芯較完整,呈短柱狀、長柱狀,RQD=14.27-45.63%,單軸極限飽和抗壓強度40.7MPa,單軸極限天然抗壓強度58.0MPa,粘聚力2.6MPa,內摩擦角42.8。。
  3.4不良地質現象
  橋址區兩岸山坡較陡,岩石風化深度較大,岩層較破碎,三峽蓄水後在庫水作用下坡體穩定性將減弱,三峽蓄水位以下的岸坡穩定性受三峽庫岸改造作用影響較大,特別是位于三峽水庫水位波動帶內的、覆蓋層厚度較大且岩層較爲破碎的兩岸坡腳一帶。
  3.5水文地質特征
  地下水主要爲松散岩類空隙水和基岩裂隙水。
  松散岩類空隙潛水賦存于第四系松散堆積碎石、角礫、塊石類土和強風化岩層中,受大氣降水的入滲補給,一般富水性較差,降雨時地下水徑流速度快,谷坡和開挖坡面將有地下水滲出,對路線邊坡穩定不利。
  基岩裂隙水大小及分布不均,層裏和緊閉的節理含水甚微,只有規模較大的劈裂節理和張性~張扭性節理賦水性相對較大。總體上沿線基岩裂隙水水量貧乏。
  3.6氣象、水文
  梅溪河屬中亞熱帶暖濕季風氣候,具有氣候溫和、雨量充沛、四季分明、光照適宜、無霜期長、冬幹常見、伏旱突出的特點。本地區多年平均氣溫16.8℃,極端最高氣溫39.8℃,極端最低氣溫-9.2℃。至2006年水庫按初期蓄水位154.742m運行,至2009年樞紐全部建成蓄水水位爲173.242m。由于重慶地區在施工期間遇上百年一遇幹旱,庫區水位下降,實際庫區水位+140.0m。
  4基樁成孔
  4.1鑽孔機械的選擇
  根據本橋基礎地質資料和工程施工的實際情況需要,主墩每墩上4台YCJF-25全液壓沖擊反循環鑽機和2台10T正循環沖擊鑽機。本橋以沖擊反循環鑽機爲主,通過實踐證明:YCJF-25全液壓沖擊反循環比較適合本橋基樁施工,並且取得很好的效果。YCJF-25全液壓沖擊反循環鑽機主要技術參數爲:鑽孔直徑1.2-2.5m;鑽孔深度:80m;額定鑽頭重量:8.0T;鑽頭沖程:0.1-1.3m;主卷揚提升能力:100KN;排渣方式:反循環:主電機功率:75KW;主機重量:19T。
  4.2埋設護筒
  護筒采用鋼筋混凝土護壁,人工挖孔而成。護壁混凝土與基樁同標號,壁厚20cm,護壁每節高度1m,上口直徑2.7m,下口直徑2.9m,護壁內側布設φ8鋼筋網,水平和豎向間距均爲20cm,每節護壁的豎向鋼筋采用彎鈎連接,使護壁豎向連成整體。護筒頂面高出地面30㎝以上,護筒埋入土層深度根據實際情況確定,護筒底口埋入原地面以下不小于2m,護筒長度3-6m,護筒平面位置偏差及垂直度偏差滿足設計及規範要求。
  4.3泥漿循環系統的設置泥漿循環系統由泥漿池、沈澱池、泥漿泵、砂石泵、及泵管等組成。由于場地狹窄,泥漿池、沈澱池直接利用樁孔旁邊的護筒。
  4.4鑽孔1.鑽機安裝就位,應確保機座平穩,在鑽進和運行中不應産生位移及沈陷。鑽機頂部的起吊滑輪緣、鋼絲繩中心和樁孔中心三者應在同一鉛垂線上,偏差不大于2cm。
  2.開鑽前對鑽孔的各項准備工作進行檢查,檢查鑽頭的錘重、直徑、合金塊的焊接質量等;鋼絲繩與沖錘的連接套是否牢固可靠,是否磨損嚴重;鋼絲繩的破斷拉力受否滿足施工需要,磨損是否嚴重;各種機械設備性能是否滿足施工需要,運轉是否正常;是否有打撈措施和設備等,以保證鑽孔施工的順利進行。
  3.每孔開鑽前均按設計資料繪制地質剖面圖,以便于實際地質核對。
  4.在開鑽前,技術人員檢查鑽機就位偏差、基礎是否牢固,具備開鑽條件後,經過質檢工程師和監理檢查同意後才能開鑽。
  5.開鑽時首先泵入清水或泥漿。開鑽時均慢速鑽進,待鑽頭全部進入地層後,方可加速鑽進。
  6.鑽孔作業分班連續進行,不得中斷。遇有問題,立即處理。
  7.大直徑鑽孔灌注樁對泥漿的要求較高,泥漿的選擇要根據鑽孔的地質情況、孔位、鑽機性能、造漿材料等確定。在施工過程中,一定要做好泥漿性能各項指標的合理控制。
  8.鑽進過程中隨時注意地層變化,及時撈取渣樣,判斷地質類別,記入記錄表中,並與地質報告相對照,渣樣應編號保存,以便分析。當實際地質與設計圖紙提供的地質相差較大時與地質剖面圖詳細核對,收集好照片等資料,及時向監理工程師和設計院反映,確定合理的終孔標高和樁長。
  9.鑽進過程中技術人員及時填寫鑽孔施工記錄,與鑽孔進度一致,交接班時交待鑽進情況及下一班應注意事項。鑽孔記錄的填寫一定要真實、規範。
  10.鑽進過程中,根據不同的地層選擇合適的沖程、泥漿性能指標、以及合適的泥漿循環方法。遇到粘土層,采用低沖程、稀泥漿、正循環鑽進;在通過碎石土時,宜采用中沖程;強風化層比較破碎,鑽進強風化層宜采用中沖程,並在孔底加入粘土或在泥漿中加入鋸沫,以起到堵漏作用;遇到大沽石和弱、微風化地層,宜采用大沖程。
  11.通過觀察鋼絲繩的擺動情況,並與地質剖面圖核對,當遇到沽石、溶洞、地層交界等軟硬不均處時,在孔底加入片石,將表面墊平,防止發生斜孔或彎孔。
  12.爲正確提升鑽頭的沖程,及時了解鑽進速度,在鋼絲繩上做好標記;沖擊時要注意均勻地松放鋼絲繩的長度,特別注意防止松繩過少,形成“打空錘”。
  13.因故停止鑽進,孔口要加護蓋,並確保孔內有足夠的水頭高度,同時經常循環泥漿,防止孔內泥漿變成清水浸泡孔壁,而造成孔口坍塌。嚴禁鑽頭留在孔內,以防止出現埋鑽的現象。
  14.在鑽孔過程中要適時檢查鑽具,檢查孔位及護筒偏差情況。
  15.故障處理:
  (1).漏漿:開鑽前准備足夠的鋸末和粘土等堵漏材料。當發生輕微漏漿時,可在孔內加入鋸末,循環堵漏。當發生嚴重漏漿時,立即提出鑽頭,並向孔底加入1-2m厚的粘土,同時向孔內加水,保證孔內水頭高度,堵漏後再向孔內加入1m左右厚的片石,重新沖擊,把粘土擠到縫隙內堵漏。
  (2).掉鑽:事先在沖錘頂部1/3位置穿好打撈繩,因故掉鑽時,利用鑽機或吊車立即下放打撈鈎,同時進行泥漿循環,防止鑽渣埋錘,必要時進行水下爆破,使沖錘松動後提出。
  (3).卡錘:在鑽孔施工中,特別鑽至標高+116m-+113.6m段強風化岩層,該岩層易破碎,且呈一定傾斜角,沖錘在沖擊進尺時,孔壁破碎松散層容易産生滑移,出現卡鑽頭現象;另有當鑽頭鑽至微風化岩層時,由于微風化岩層較厚,泥質灰岩屬微晶質結構,岩石不易大塊破碎,鑽孔擴孔系數較小,同時反循環鑽機的鑽頭在孔底爲被動轉動,因此反循環鑽機的鑽頭在此層成孔過程中也很容易發生卡錘事故。
  爲防止卡錘發生,鑽頭底部合金塊應加密,並伸出鑽頭護圈1-2cm,護圈和肋板頂部做成傾斜的倒角。當發生卡錘時,保持泥漿循環,用吊車沿孔壁四周均勻下放4根無縫鋼管(承載能力不小于100t),鋼管底焊打撈鈎,挂在鑽頭護圈上,上端焊牛腿並穿過孔口2*2I50工鋼,工鋼平放在孔口,支撐在護筒外側的方木上,每個打撈鈎通過2台50t千斤頂,共8台千斤頂同時頂升。在破碎滑移層鑽孔時,需往孔內加黏土、鋸末、水泥等,采用中沖程沖擊進程。必要時澆注水下砼,待砼達到一定強度後再鑽孔。在每個墩的基樁鑽孔安排上,先鑽四個角上的樁,在處理破碎易滑層時,都澆注了水下砼後再鑽孔,四個角上的樁完成後,其它樁鑽孔到該層時,出現卡錘、漏槳機率就少多了。
  4.5清孔
  鑽孔到位後,清孔前在全孔深範圍內上下提升鑽頭掃孔,刮除孔壁較厚的泥皮。終孔後正循環鑽機采用換漿法清孔,反循環鑽機采用抽漿法清孔,無論何種清孔方法,嚴禁用超深成孔的方法代替清孔,清孔過程中要確保有足夠的清孔時間,並反複循環,將孔內的沈澱、懸浮的鑽渣充分置換並沈澱出,清孔後的各項性能指標和樁底沈澱厚度必須滿足技術規範和設計圖紙的要求。
  直徑2.5m的大直徑鑽孔灌注樁對泥漿的性能要求較高,爲保證灌注的基樁砼質量,保證灌注順利,施工中采用優質粘土和膨潤土造漿,並摻加丙烯酰胺等添加劑,此泥漿的優點是不分散、低固相、高粘度。
  清孔後的泥漿性能指標要滿足以下要求:相對密度1.06-1.20,粘度17-20Pa.s,含砂率≤2%,膠體率≥98%。膠體率也稱穩定率,是泥漿中碴粒保持懸浮狀態的性能,是檢測泥漿沈澱速率的指標,作爲質量管理點控制。
  清孔後到灌注前時間較長,爲保證泥漿的均勻度及灌注質量,基樁灌注前必須進行二次清孔。
  4.6終孔檢查
  1.鑽孔到位後,檢查孔徑、孔形和傾斜度,采用長爲樁徑的4~6倍,比鋼筋籠直徑大10cm的鋼筋檢孔器吊入鑽孔內檢測。
  2.孔的中心位置、孔徑、傾斜度、孔深、沈澱厚度、清孔後的泥漿性能指標必須滿足設計和施工技術規範要求。
  5鋼筋籠制作與安裝
  5.1鋼筋籠設計長度62.5m,分三節制作,每節長度18-27m,螺紋鋼筋均采用9m的定尺長度。鋼筋連接:加強圈和定位鋼筋均采用單面電弧焊,主要受力鋼筋單根接長采用閃光對焊,鋼筋籠之間的連接采用镦粗直螺紋接頭。
  5.2終孔後要及時進行鋼筋籠的下放工作。鋼筋籠采用多點起吊成垂直狀態,以防止鋼筋籠在起吊和轉運過程中産生變形,轉運到孔位後徐徐安放,防止擦撞孔壁。在鋼筋籠下放過程中應及時連接好檢測管接頭並綁紮固定,確保超聲波檢測管接縫嚴密、不漏漿,在砼施工時不發生移位。下放到位,必須使鋼筋籠中心與基樁孔中心重合,然後對稱焊接四根U型鋼筋挂鈎,挂鈎與豎向受力鋼筋焊接牢固。
  6基樁砼的澆築爲確保基樁施工的順利進行,采用內徑爲300mm、壁厚至少4mm的卡口式鋼導管。導管使用前必須按施工技術規範要求進行水密承壓試驗和接頭抗拉試驗,檢查導管接頭的牢固性和嚴密性,確保在砼灌注過程中安全、可靠、不脫落、不漏水。基樁砼灌注應連續、快速地進行,做到一氣呵成。基樁砼到達強度後,對基樁砼質量進行超聲檢測工作。基樁的檢測結果符合設計和施工技術規範要求。
  7結束語
  在鑽孔的前期時間,由于對地質的複雜性估計不足,准備不夠充分,出現如漏漿、掉錘、卡鑽等困難比較多,施工進度也比較慢。通過出現的問題,不斷的分析原因,得出一套如何預防、處理問題的有效措施,對後期施工不論進度還是質量上都取得了滿意的結果,同時對以後類似工程提供了參考經驗。

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