虎门大桥辅航道桥大直径深水桩基施工工艺

虎门大桥辅航道桥大直径深水桩基施工工艺

刘刚亮　王中文

广东省长大公路工程有限公司,广东　番禺　511430

摘　要:　虎门大桥辅航道桥为主跨270m的预应力混凝土连续刚构桥,其基础为直径2m的深水钻孔桩,采用气举反循环和泵吸反循环钻进成孔。介绍了施工工艺、质量控制、钻头选择及19号墩12号桩基埋钻事故的处理方法。

关键词:　虎门大桥;钻孔灌注桩;施工工艺;桥梁基础;工程事故

分类号:　U445.551　　文献标识码:A　　论文编号:1003-4722(1998)04-0038-40

1　工程及地质概况

虎门大桥工程是国家重点工程,也是广深珠高速公路的关键工程之一,其中辅航道主桥为3跨预应力混凝土连续刚构桥,中跨跨径为270m。主桥墩基础由32根<2m的钻孔桩组成。

虎门大桥辅航道桥主墩位于珠江三角洲花岗岩基底棋盘状断块隆区和断陷区的衔接部位,河床地质自上而下为:淤泥质土、亚粘土、粘土、粗砾砂、细中砂、全风化花岗岩、强风化花岗岩、弱风化花岗岩、微风化花岗岩。区域地质构造条件复杂,导致墩位主要工程地质条件的强、中、微风化花岗岩岩面标高变化幅度较大。河床面覆盖层为厚5～10m的砂层,桩基施工期间因上、下游吸砂船吸砂扰动,砂层的稳定性遭到破坏,形成流砂。如何克服流砂对钻孔的影响,正确制定出在裂隙发育的岩盘上进行基础施工的成孔工艺,是顺利进行钻孔施工的关键。

2　桩基施工方案的确定

图1　主墩的桩基构造示意

主墩位于水深18m处,距最近的陆地砂岛350m,最大潮差3.05m,经常有高速船及万吨巨轮从附近经过,掀起大浪冲击桥位。施工期间还会遇到台风袭击,经过分析,确定利用固定平台、行走大型拼装式门吊起重的施工方案,采用冲、钻、冲钻联合成孔的方法进行主墩基础施工。采用自行设计的自动化水上拌和船拌和混凝土,泵送混凝土进行水下混凝土灌注施工。3　钻孔桩施工

3.1　辅航道主墩桩基构造

钢护筒直径2.3m、厚10mm,横向及竖向均用加劲肋加劲。钢护筒的埋设质量直接影响桩基施工质量。虎门大桥辅航道桥址处于潮汐地区,最大潮差达3.05m,且浪大流急。本桥因钻孔直径较大而且地质条件差,

施工中采用冲击钻孔回旋钻反循环成孔,要求钢护筒穿过覆盖层达到强风化岩层,这样需要钢护筒长度30m左右,在埋设时需分3次进行驳接。为此设计了一套笼式导向架,在下钢护筒前先将导向架垂直沉入河底,然后再沿导向架埋设钢护筒,利用该法使所有钢护筒的垂直度偏差在规范允许范围内。3.3　泥浆的制备

辅航道的主墩由5排32根<2m的钻孔桩组成(见

图1)。

3.2

　钢护筒的形成及埋设

泥浆的作用主要有:①悬浮和携带岩屑,清洗孔底;②形成泥饼,增加孔壁的稳定性,达到护壁的功能;

作者简介:　刘刚亮(1967-),男,工程师,1989年毕业于长沙交通学院公路与城市道路工程专业,工学学士。

③维持孔内外压力平衡,防止穿孔;④润滑和冷却钻头,提高钻孔速度。

钻孔泥浆材料采用膨润土,以机械和人工制作的方法循环使用。

3.4　回旋钻钻头及冲击钻头的选择与运用

虎门大桥辅航道桥使用了回旋钻机施工,根据施工经验,分析比较地质情况,决定选用刮刀钻头、牙轮钻头、菠萝钻头、圆筒封闭钻头。表1列出几种不同钻头在不同地质层,在不同循环方式下钻孔进尺的数据比较。

表1　几种钻头的钻孔进尺数据

地质层淤泥层粘土层砂　层砂砾层全风化层强风化层弱风化层微风化层

泥浆比重t m-31.0521.101.0521.101.0321.101.0521.031.0321.061.0321.061.0321.081.0321.08

(m h-1)钻进速度

牙轮钻头菠萝钻头KPQQJKPQQJ2.22.12.22.02.01.852.12.01.51.31.51.450.90.81.051.00.50.40.50.40.40.20.40.30.20.150.10.080.120.10.090.07

刮刀钻头

KPQQJ2.32.152.12.01.81.71.00.80.70.650.50.30.100.080.080.06圆筒封闭式

KPQQJ2.22.152.01.91.71.60.90.850.50.60.40.250.150.10.10.09

循环

方式反循环反循环反循环反循环反循环反循环反循环反循环

图2

　气举反循环钻进方法示意

根据比较钻孔数据,对刮刀钻头、牙轮钻头、菠萝钻头、圆筒封闭式钻头进行合理选用。

刮刀钻头适用于较松散的覆盖层及钢护筒内的土层,采用回旋钻机正循环钻孔;菠萝钻头适用于覆盖层和全风化岩层、强风化岩层、中风化岩层,采用回旋钻机正循环及反循环钻孔;牙轮钻头适用于砾石层,中风化花岗层、弱风化岩层、微风化岩层,采用回旋钻机气举反循环钻孔,也可用于泵吸反循环。

冲击钻成孔设备简单,操作方便,但冲击钻头的选用对冲孔是非常关键的。冲锤的重量要根据地质和孔径选用。冲锤的高度一般控制在(1.5-2.5)D之间,冲锤高度愈矮,稳定性愈好,但导向性能愈差,冲锤锥头形式一般有十字型、工字型及人字型,我们还自行设计了一种六角形冲锤,经比较分析,最后主要选用用铸钢制成的十字型和六角形冲锤。3.5　钻孔施工

图3　泵吸反循环钻进方法示意

钻孔过程中先用回旋钻孔机循环将覆盖层钻掉,当达到强风化花岗岩层时换冲击钻进成孔,或用钻机反循环钻进成孔。回旋钻机采用2种循环方式,气举反循环和泵吸反循环。气举反循环成孔原理见图2,泵吸反循环成孔原理见图3。

反循环成孔工艺中,钻渣借空气负压经钻杆内腔通道排到孔外。要求泥浆的比重小,使其出渣快、内耗少、效率高。孔壁泥层薄,则清孔效果好,清孔时利用钻机本身的反循环系统,采取抽浆法清孔,清孔过程中应特别注意孔内水头高度,以防坍孔,

清孔后泥浆的各项指标

、混凝土灌注前沉淀厚度均应满足规范要求。虎门大桥

3

辅航道清孔后的泥浆比重一般在1.1t m以下。

冲击钻是本桥桩基施工主要成孔机具之一,适用于嵌岩施工,效益好,便于操作和使用,施工时使用1台10m3的空压机配合吸渣。3.6　桩基施工的质量控制

3.6.1　钻孔灌注桩质量检测人员的配备

虎门大桥专门成立了虎门大桥施工监理公司和监理处,对辅航道桥的桩基施工专门成立了监理小组。我们自己设立了施工处监理工程师室、专职质量管理员,并在每个施工点配备了专职质检员。在灌注桩工程开工之前须经施工单位监理工程师自检,经监理公司驻工地监理同意签证后才可进行下一工序施工。3.6.2　钻孔桩钢护筒埋设质量的控制

钢护筒的埋设质量直接影响钻孔桩的施工质量。施工中在平潮时将钢护筒导向架沉入河床底,然后由施工

单位的监理工程师与主管技术员一起测量导向架的垂直度和平面位置的准确性,确认符合规范要求后才沿导向架下沉钢护筒。经过严格控制,辅航道桥所有钢护筒的垂直度偏差均在1 1000以内,平面误差均在5cm以内,为钻孔桩的质量打下良好的基础。3.6.3　钻孔泥浆的质量控制

较差,在钻进过程中,钻孔发生偏斜,在钻头嵌入基岩约11m深时,砂层坍塌,产生埋钻事故。经多方努力,无法从孔内取出钻头。经钻探确定,埋钻后孔内除钻头高度及埋砂厚度外,孔内仍有6m以上的嵌岩深度,需进行加固处理。

4.3　加固处理过程

(1)在钻孔内施放钢筋笼至31.10m(在此标高下为埋住钻头的细砂),灌注水下混凝土至桩顶标高。

(2)从桩顶用<86地质钻机钻孔17个,直至钻头

钻孔过程中泥浆质量控制的好坏直接影响成孔质量和成孔速度。为减少钻孔事故的发生,辅航道桥均采用膨润土泥浆,施工中严格按表2所示各项指标控制。

表2　钻孔泥浆的各项指标

比重t m-31.08～1.10

粘度

s8～22

静切力

mg cm0～6

含砂率

%<2

吸收率%>98

失水率mg14～20

泥皮厚

mm<2

pH值8～10

3.6.4　钻孔灌注桩的最后质量控制

虎门大桥辅航道桥每根桩桩身混凝土都采用超声波进行严格检测。对有疑问的桩进行抽蕊取样检测,以

确保每一根桩的成孔质量。经过检测,所有桩合格率为100%,优良率为90%。4　桩基施工事故及处理过程4.1　桥址区地质构造

底。其中有5个孔贯穿钻头及加重块,取出61cm长铁蕊。6个孔从孔侧钻头边下到孔底基岩面,6个孔未能到达孔底,落在钻孔对中部的倾斜基岩面上。

(3)对用高压水洗孔后到达孔底的11个孔进行压浆或高压旋喷处理。然后对已压浆旋喷的孔进行清孔并反复压浆、旋喷5次。第1次压浆旋喷时水泥浆内掺入速凝剂,使浆液速凝,堵住岩体间裂隙,使后几次处理时浆液不致流失。

旋喷有关参数:注浆压力15～20MPa;注浆流量150l min;旋喷头转进23rpm;旋喷头提升速度0.5m min,1m min;喷嘴直径2.5cm;喷嘴个数2个;水泥采用525号普通硅酸盐水泥;水泥浆比重为1.65t 3

m;水灰比为0.6∶1;外掺剂采用FDN-5膨胀剂,水玻璃。

(4)各孔在最后一次喷射注浆后放入<32钢筋至孔底。

(5)在桩四周用旋喷工艺施工旋喷水泥桩11根,加大桩身截面。4.4　处理结果

施工完后,在非压浆、非旋喷孔位钻孔取蕊检查。孔内水泥浆饱满、密实,完全将钻头包裹紧密,没发现有空缺或夹砂夹泥。经试验确定,旋喷压浆体抗压强度在18施工、监理三方验证该桩达到设计MPa以上。经设计、要求,可以使用。

(收稿日期:1998209201)

本桥桥址区地质构造具体表现为上、下横档岛为断

隆区,辅航道为断陷区。据钻孔勘探,墩位地层主要由第四纪海陆互相沉积层及下卧燕山三期花岗岩组成。受区域构造控制,19号主墩范围内强、中、微风化花岗岩岩面标高有较大差异。据施工钻孔数据分析,强风化岩板的起伏自北向南东方向,经历了由低→高→低→高→低的变化过程。强风化岩的顶板高差约15m(-25.73m～-41.23m)。以19号墩12号桩的绝对高程为最高点,形成一个以该点为中心的浑圆状潜山高地,使19号墩的持力层中或微风化花岗岩顶板埋深在垂向上有较大的差异性。

4.2　桩基施工事故

19号主墩12号桩采用钻机泥浆反循环工艺成孔,在施工过程中,因基岩倾斜角过大,且所选用钻机导向

ConstructionTechnologyforLargeDiameterDeep-waterPileFoundationatAuxiliaryShippingChannelBridgeofHumenBridge

LiuGangliang　WangZhongwen

Abstract:　ontinuousrigidframebridgewiththemianspanof270m.Itsfoundationconsistsofdeepwaterboredpileswiththediameterof2m.Thecon2structiontechnology,qualitycontrol,bitselectionandprocessingmethodofaccidentoccurredduringconstructionofNo.12pilefoundationattheabutmentNo.19areintroducedinthepaper.

Keywords:　HumenBridge,boredpile,constructiontechnology,bridgefoundation,engineeringaccident

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jn94.html