大直径钻孔桩施工技术

2014-04-11曹红权上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

上海铁道增刊 2014年1期

关键词：钢护筒清孔粉质

曹红权上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

大直径钻孔桩施工技术

曹红权上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

宁波市北环快速路高架地质复杂，为确保营业线施工安全，借鉴其它类似桥梁桩基施工经验，采用钢护筒护壁，气举反循环钻进的施工工艺；应用超声波检测，保证了成孔效率和成桩质量。

钢护筒；导向架；钻孔；线路监测m和9m三节，运至施工现场后分节振沉。钢护筒底部和每节顶部均采用钢板包箍加强，制作内径调整为2.7m。

2.1.1 导向架

导向架采用槽钢制作，长宽均为5.4m，高4m。在导向架顶部设导向定位装置，在导向装置内设有用于钢护筒定位、纠偏的液压千斤顶和锁定装置(见图2)。

1 工程概况

宁波市北环快速路高架桥全长约15.99km。该工程在桥梁里程K8+063处跨越萧甬铁路。跨越萧甬铁路段高架桥跨布置为（22+50+29）m，桩基础均采用φ2.5m钻孔灌注桩，每墩2根，共计4根，桩长99m～100.5m(见图1)。

图2 导向架结构示意图

图1 桥梁纵断面图

根据区域地质资料，宁波市江北平原区地层属东南地层区。

钻孔处土层分布：[T]杂填土；②灰色淤泥粉质粘土；④1灰色淤泥粉质粘土；④2灰色粘土；⑥2A灰色粉土；⑥3灰色粘土；⑧1灰、兰灰色粉细砂；⑧2灰色粉质粘土；⑧3A灰、兰灰色中砂；⑧3灰、灰黄色粗砾砂；⑧3A灰、兰灰色中砂；⑨1兰灰、灰绿色粉质粘土；⑨2灰黄色中砂；(Ⅱ)1灰黄色粉质粘土；(Ⅱ)2灰黄色粉细砂；⒀1灰黄色全风化凝灰岩；⒀2青灰色强风化凝灰岩。

2 施工工艺

本工程铁路跨PM248#墩位于萧甬铁路西侧，桩边距离线路中心5.1m，PM249#墩位于萧甬铁路东侧，桩边距离线路中心6.8m。

2.1 钢护筒振沉

钢护筒长28m，在工厂从底部往上依次加工成10m、9

2.1.2 钢护筒振沉

（1）导向架就位：孔口地坪采用30cm厚C30(双层Φ16@20钢筋网)混凝土硬化，用于分散承受导向架及钢筋笼荷载。在硬化地坪上放出导向架的平面位置，导向架就位并调整垂直度，导向架底部与硬化面预留钢板焊接固定，顶部四角采用缆风固定。

（2）钢护筒振沉：钢护筒振沉采用DZJ300型振动锤，150 t履带吊配合施工。振动锤下设2个液压夹钳，对位后夹住护筒，开始振沉时，缓慢松钩，量测垂直度，进行点振，当护筒垂直度和平面位置满足要求时，继续振沉到位(见图3)。

图3 钢护筒振沉示意图

（3）护筒下沉精度控制：在导向架顶部4个拐角处各设置1台10t液压千斤顶，钢护筒垂直吊入后，通过全站仪控制好垂直度，顶紧定位框四周的千斤顶；振沉时采用2台全站仪全程观测，垂直度偏差控制在2mm以内。

由于施工地点紧邻营业线，为减小土体隆起影响路基稳定，钢护筒振沉采用振沉、钻孔、再振沉的方法施工。上述作业均在封锁点内完成。

2.2 成孔施工

因钻孔桩孔距仅为6.5m，为防止钻孔和灌注混凝土时出现串孔，同一墩位桩基混凝土浇筑完48h后，邻桩才可以开钻。

2.2.1 钻机定位

钻机安装前，用全站仪放出桩位中线，钻机拼装好后用履带吊吊装就位，根据桩位调整钻机中心位置，用仪器调整钻机水平和垂直度，保证其垂直度偏差＜1/200、平面位置偏差＜1cm。为避免钻机在钻进过程中产生位移和向线路侧倾覆，钻机定位完毕即与预埋钢板焊接固定，机架用不小于9 mm钢丝绳作为揽风固定。

2.2.2 成孔工艺

（1）泥浆制配：泥浆的制配主要采用水、粘土和外加剂组成。外加剂采用工业碳酸钠和聚丙烯酰胺。经试验外加剂用量：聚丙烯酰胺为0.003%（重量比），工业碳酸钠用量为0.02%（重量比）。根据地质条件，本工程选用ZX-200型泥浆净化器,单机最大泥浆处理量达200m3/h，净化除砂效率可达90%以上（-0.074mm粒级），处理后的泥浆比重小于1.2g/ cm3，含砂量小于20%。

（2）钻进分正循环钻进和反循环钻进两个阶段。

由于本工程的钻孔深度100m左右，地层穿越粉质粘土、粉砂、砾石、凝灰岩层，钻具选择：在粘土层和粉砂层采用刮刀钻头，在砾石层、全风化和强风化岩层采用牙轮钻头。在钻进过程中为保持孔壁稳定与及时排渣，采用正、反循环相结合的方式钻进成孔。其中砾石层以上（大约在孔深60m处）由于土层大多以粉质粘土为主，自身造浆能力较好，采用正循环工艺，砾石层以下为及时排渣采用气举反循环工艺。

2.2.3 第一次清孔

成孔后立即进行第一次清孔，清孔时应将钻具提离孔底30cm～50cm，缓慢旋转钻头反循环清孔。当孔底沉渣厚度＜50mm即满足规范要求。

2.2.4 成孔检测

成孔后进行孔径、孔深、垂直度和沉渣厚度检测，采用DM604超声波测孔仪测量孔径，垂直度依靠超声波发射和接受的时间差，测出传感器与孔壁间的距离，记录仪连续绘出孔壁形状和孔中心偏斜情况。超声波成孔检测操作简单，效率高，能直观地提供高精度的钻孔形状资料，有助于钻孔质量的提高。

2.3 成桩施工

钢筋笼重达33.3t，长99m～100.5m。钢筋笼分成5节，采用150t履带吊安装，主筋接头采用直螺纹套筒连接。

钢筋笼吊装时底部4节钢筋笼重约5t，直接利用加强箍筋承力，其余钢筋笼在吊装点处焊接承力构件。承力构件采用2cm厚钢板制作，尺寸为横向长40cm，竖向长20cm，与相邻主筋满焊；钢板上部开直径6cm的孔，孔中心距钢板顶8cm，以便安装吊环(见图4)。

2.3.1 二次清孔

钢筋笼安装完成后，即安放混凝土灌筑导管，检测泥浆指标及沉渣孔底。若沉渣厚度不满足设计要求，可用气举反循环进行二次清孔。清孔结束后开始灌注水下混凝土。

2.3.2 混凝土灌注

单根钻孔桩的混凝土理论方量约540m3。经计算首灌量为15m3，混凝土通过两台汽车泵送至高度6m的大集料斗，再经溜槽进入小集料斗和导管进行连续灌注。

3 施工控制

垂直度是钻孔桩施工质量的重要指标，也是钻孔施工中的难题。影响垂直度的原因有：（1）钻机位移或地基不均匀沉降，使钻杆未保持垂直状态；（2）钻杆杆璧薄、刚度差、重量轻，钻进过程中挠度大，钻头摆幅过大；（3）钻杆弯曲，造成钻头摆幅过大形成斜孔。

针对以上原因，采取下列控制措施。

钻前预控措施为：（1）钻进平台采用钢筋混凝土浇筑，防止地基不均匀沉降；钻进就位后用预埋件和揽风固定；严格控制转盘中心、钻头与桩中心重合；（2）采用直径325mm，壁厚25mm的大直径高强度钻杆，克服因钻杆刚度不足而造成的钻头摆幅过大，钻杆易折断等现象。

钻孔过程中控制措施为：（1）采用减压钻进（钻压小于钻具总重量的80%），中低速钻进，减小钻杆的变形，保持钻杆的垂直度；（2）每隔6h用水准仪检查钻盘的水平，发现钻盘歪斜及时对底座进行调平；（3）根据地质资料和岩样判断地层情况，对钻进参数进行分层控制，不同地层采用不同的钻速、钻压和泵量，以保证桩孔垂直。