江岸特大桥旋挖钻机施工长大桩基质量控制技术

江岸特大桥旋挖钻机施工长大桩基质量控制技术

王建军

(中铁十一局集团第一工程有限公司,湖北襄樊　441104)

摘　要:结合合(肥)武(汉)客运专线铁路江岸特大桥施工实例,介绍旋挖钻机施工长大桩基的特点及常见问题,分析产生问题的原因,提出质量控制的措施。关键词:桥梁基础;旋挖钻机;桩基中图分类号:U445155+1　　文献标识码:B文章编号:100422954(2008)1020061204

5000根),其中<110m桩13402715m、<1125m桩27652m、<115m桩5178m、<210m桩76215m。

本段线路特殊地质为松软土,膨胀土。沿线软土

主要分布在滠口至汉口段长江一级阶地及其湖积区,以及局部坳谷地段,呈透镜体状,正线分布长度约30km。时代及成因类型主要有:第四系全新统冲积、湖积层,为淤泥质黏土、粉质黏土及淤泥,软土地层埋深3～13m,局部达20m。膨胀土为第四系上更新统Q3,大面积分布于京广铁路以东的河间地带及山前地带,主要构成二级阶地。本段线路内出露为冲积相,其上部为棕黄色黄土状粉质黏土,在横店及黄陂附近较为典型,具多孔性及垂直节理,质疏、粒匀,俗称“南方黄土”,强度较高、压缩性低,具弱膨胀性。根据以上地质条件,该桥桩基础采用NR2203旋挖钻机施工。2　旋挖钻机施工的特点

1　工程概况

合武铁路是国家规划的四纵四横铁路快速客运网

的重要组成部分,江岸特大桥为合武客运专线铁路重点工程,设计时速为200km,预留时速为250km,设计使用年限为100年,桥全长为15942163m,中心里程为HDK352+591143。墩台基础采用<110m、<1125m、<115m、<210m钻孔桩基础,共计167620m(近

收稿日期:2008205206

(作者简介:王建军1976—),男,工程师,1999年毕业于中国地质大学。

(1)成孔速度快。与传统的循环钻机相比具有明

显优势,能有效地保证工程进度。

比分析见表2。

表2　可纵移式与不可纵移式现浇箱梁模板技术、经济比较

对比项目模板成本/万元吊车投入

/万元人工投入/万元

前期(第一跨)后期前期后期

(每一跨)(第一跨)(每一跨)

且立模和脱模速度快,大大缩短施工周期和降低施工成本。5　结语

可纵移式现不可纵移式现

浇箱梁模板浇箱梁模板

12612083121491215

11212108815025

造桥机

690240203127371212

可纵移式现浇箱梁模板的研制开发,是对组合钢模板施工工艺的大量推广和应用的技术创新。可纵移式现浇箱梁外模采用整体支撑大模板结构形式,刚度大,结构简单,模板的安装调节方便快捷。一套外模可共用两套底模循环使用,模板只需进行一次拼装,第二次浇筑混凝土时只需通过纵移小车将外模整体移到下一个墩身台位即可。采用纵移小车实现外模板的整体纵移,即加快了施工进度、保证质量和安全,又节约了大量的吊车台班以及人力、物力,具有较好的经济效益和社会效益,可广泛推广使用。参考文献:

[1]　铁建设[2005]160号,客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行

合计总投入/万元每跨需工时/d

　　从表2可以看出,在连续现浇梁施工中,采用可纵

移式现浇箱梁模板在后期施工中完全不需使用吊车投入,且人工投入量仅为采用不纵移式现浇箱梁模板的2/5,在进行下一跨现浇梁施工时只需投入312万元的人工费用,而采用不纵移式现浇箱梁模板在进行每一跨现浇梁施工时都要投入相同的吊车和人工费用。也就是说采用不纵移式现浇箱梁模板在进行下一跨现浇梁施工时需要投入10万元的吊车费和8万元的人工费。由此可见,使用可纵移式现浇箱梁模板在现浇混凝土连续箱梁施工中不但模板拼装、拆卸简单方便,而

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标准[S].

[2]　TB1000213—2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设

计规范[S].

[3]　GB50205,钢结构工程施工质量验收规范[S].[4]　GB50221,钢结构工程施工检验评定标准[S].

61

・桥　梁・王建军—江岸特大桥旋挖钻机施工长大桩基质量控制技术

(2)行走移位方便。旋挖钻机采用液压履带式伸

缩底盘,移动灵活且稳定性好。

(3)环保特点突出。与正、反循环钻,冲击钻等相比,旋挖钻机施工具有高效、低噪、环保、成孔质量高、机械化程度高等特点。

(4)桩孔对位方便准确。这是传统循环钻机无法达到的,对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以准确地实现对位,使钻机达到最佳钻进状态。

(5)机械化程度高。具有钻桅杆垂直度自动调整和立桅全过程图形导引的手动控制、抛土后平台可手动或自动复位、钻进深度自动实时监测显示记录。3　旋挖钻机施工的常见问题及原因分析

钻完一根桩,测量跟不上,导致测量失误或者是没有对

护筒进行复测就开钻。(2)旋挖钻机行走灵活,钻进过程中钻机移位。312　钢筋笼偏位

主要原因有:(1)钢筋笼上垫块数量不够,孔壁不能对钢筋笼提供足够的约束作用。在孔口处,护筒过大,又不能起到辅助定位的作用。(2)长大钢筋笼在运输、卸车和吊装过程中发生变形。(3)钢筋笼顶面距护筒顶面高差大,吊筋过长加之两个吊点存在高差,造成吊点受力不均而发生偏斜。(4)定位好的钢筋笼在混凝土灌注过程中,因提升导管挂碰钢筋笼而发生偏移。(5)钢筋笼上的吊筋未与护筒焊接牢固,混凝土拌和物冲出导管底口向上的顶升力使钢筋笼上浮,造成钢筋笼偏位。见图1。313　桩头扩径

主要原因有:(1)地质原因,土质松软。根据地质描述可知,0～815m内为淤泥质粉质黏土。(2)泥浆比重过小,护壁不稳定。(3)工序不衔接,成孔后迟迟不能灌注混凝土,造成塌孔。(4)钻头上提过程中形成的“活塞效应”造成塌孔,致使桩头扩径。见图2。314　桩头渗水

主要原因有:(1)混凝土离析泌水使桩身混凝土存在渗水通道,由于毛细水的作用,造成桩头渗水。(2)导管埋入过深,拔管速度又过快,造成混凝土不能将拔管后的空隙填充密实,留下了渗水通道。见图3。

江岸特大桥150号～166号墩地处滠口段一级阶地,地质情况复杂多变,基本为:0～815m为淤泥质粉质黏土、浅灰色、软～流塑;815～11m为砾砂、灰黄色夹灰白色、中密;11～17m为细圆砾土、褐黄色、中密、饱和;17～2715m为粉质黏土、褐黄色夹灰白色、硬塑;2715～34m为泥质砂岩、浅红色、弱风化。根据进度要求并考虑到旋挖钻机的诸多优点,对上述区段的桩基全部采用旋挖钻机施工,但当部分承台开挖完毕,在凿除桩头及桩基检测过程中发现诸多问题,对这些缺陷类型进行了汇总并分析了原因。311　桩基偏位

主要原因有:(1)旋挖钻成孔速度快,4～5h即可

图1　钢筋笼下沉图2　桩头扩径　

图3　桩头渗水

315　短桩

主要原因有:(1)混凝土超灌量不足。(2)混凝土

离析严重,水泥、粉煤灰上浮,造成浮浆过厚。见图4。(3)没有用大斗进行初灌,直接下料或者导管悬空过多,先灌下去的混凝土全部泡水,后下去的混凝土又把前面的混凝土冲上来。见图5。(4)沉渣清除不彻底及含砂率过高,在灌注过程中混凝土向上翻动,沉渣及悬浮颗粒向下运动,钻入混凝土中。凡此种种,造成混凝土没有达到设计高程或达到了设计高程但没有密实62

的混凝土出露,只有继续下凿,造成短桩,不得不进行接桩处理(图6)。

4　旋挖钻孔桩施工质量控制

在后续施工中,考虑到地质特点和设备特点,从人员、机具、材料、工艺、现场等方面加强了预先控制和过程控制,取得了良好效果。411钻孔施工

旋挖钻机施工工艺如图7所示。

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・桥　梁・

图4　浮浆过厚

图5　沉渣

图6　接桩

　　(3)埋设护筒　采用5mm厚,长度为215～4m

的钢护筒,护筒内径大于钻头直径10cm,护筒顶高出施工水位或地下水位012m,并高出施工地面015m以上。护筒埋设完毕后应检查其平面位置和竖直度。平面位置允许偏差为5cm,竖直度允许偏差为1%。41112　钻进(1)根据地质情况选择钻头黏土、淤泥、黏性不强的土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层及硬胶泥等,选用双层底的钻挖钻斗;胶结好的卵砾石和强风化岩石,则选用锥形螺旋钻头和双层的旋挖钻斗。

(2)合理控制钻进速度

在开始钻进或穿过软硬层交界处时,为保持钻杆垂直,要缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时,可能是遇到硬石、石块或硬物等,这时应立即提钻检查,等查明原因再钻,以免导致桩孔严重倾斜、偏移,甚至使钻杆、钻具扭断或损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩径等异常情况时,应将钻具从孔内提出,针对问题妥善处理。在有浆钻孔时要合理控制钻斗的升降速度。主要指标控制值见表2。

表2　钻斗升降速度指标控制

载重钻斗升降速度桩径/mm

100012501500

图7　旋挖钻机施工工艺

41111　施工准备

(1)平整场地　在淤泥质土等软土段,填筑硬塑

性黏土等强度较高的材料对表面进行处理,避免钻机下沉或行走困难。

(2)挖设泥浆池,造浆　泥浆是旋挖钻机成孔的关键,也是钻孔进度和成桩质量的保证。泥浆过稀时不能浮碴影响钻进且护壁质量差;泥浆过稠时泥浆附在孔壁和钢筋上,影响桩基混凝土的质量。泥浆原料应选用优质黏土;为提高泥浆的黏度和胶体率,在泥浆中投放适量的膨润土和烧碱。造浆后对其比重、黏度、含砂率、胶体率、pH值等全部性能指标进行检验。根据钻碴特征,调制、选用不同相对密度和黏度的泥浆。泥浆性能指标控制范围如表1所示。

表1　泥浆性能指标控制范围

指　标相对密度

黏度/(Pa・S)

一般地层(圆砾土、粉质黏土、泥质砂岩层)

1105～111518～25

空钻斗升降速度桩径/mm

100012001500

升降速度/(m/s)

018580174801575升降速度/(m/s)

110201830183

41113　清孔

钻孔至设计深度后,对孔位、孔径、孔深和孔形等进行检查。孔位偏差不应大于10cm。检查合格后,应立即采用换浆法清孔,清孔时间以排出泥浆的含砂率与换入泥浆的含砂率接近为度;允许沉碴厚度对柱桩不大于10cm,摩擦桩不大于30cm。412　混凝土施工41211　原材料

松散易塌地层

(淤泥质土、砾砂层)

1112～112024～28

选用武汉亚东水泥有限公司生产的洋房牌

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P.O4215级水泥,武汉阳逻电厂的Ⅰ级粉煤灰,滠河41214　混凝土运输

的Ⅱ区中砂,南山石料厂的5～16mm和16～3115mm二级级配碎石,山西凯迪建材有限公司生产的KDSP21聚羧酸盐高性能减水剂,洁净水。41212　配合比

根据混凝土原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性的要求,通过试配、调整等步骤选定混凝土配合比。根据季节变化,调整粉煤灰掺量。本工程使用的配合比如表3所示。

表3　C30水下混凝土理论配合比

配合比

水泥粉煤灰砂

编号

PB201PB202

300280

100120

762752

kg/m3

采用容量为6～8m的混凝土搅拌车运输,加强

组织和调度安排,保证连续、均匀供料,避免车辆积压和车辆间断。41215　混凝土浇筑

(1)采用竖向导管法灌注水下混凝土,导管直径为30cm。

(2)混凝土应具有良好的黏聚性、流动性,不离析,泌水少,坍落度为18～22cm。(3)根据混凝土面至孔底高度、导管内径及桩径确定初灌混凝土的存量,首批混凝土入孔后,导管埋入混凝土中的深度不得小于1m,并不宜大于3m。在灌注过程中,导管埋入深度保持在2～6m。如果导管埋入混凝土中超过6m,容易造成拔管困难或堵管;若埋入小于2m,有可能使导管拔出混凝土面,泥浆进入桩身混凝土中,造成断桩事故。拔管速度宜慢。

(4)混凝土应连续灌注,不得中途停顿。

(5)混凝土浇筑面宜高出桩顶设计高程110m以上,防止短桩。413　桩基检测

(1)每根桩制作2组试件,检查桩身混凝土抗压强度。对150号～166号墩的188根桩的混凝土抗压强度进行统计分析,其结果如表4所示。

3

碎　石

水外加剂备注

5～1616～3115

421415

632623

165160

312312

冬期夏期

41213　混凝土拌制

(1)采用南方路机生产的HZS2120拌和站拌制混

凝土,所有材料均实行电子计量,各原材料计量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计):胶凝材料±1%,外加剂±1%,拌和用水±1%,粗细骨料±2%。(2)搅拌混凝土前严格测定粗细骨料的含水率,准确测定因天气变化而引起的骨料含水量的变化,以便及时调整施工配合比。(3)搅拌时间不少于90s。

表4　桩身混凝土抗压强度统计

墩号最大值/MPa最小值/MPa平均值/MPa标准差/MPa变异系数/%

1504415361539182115514

1514311371339101133314

1524314361139111177415

1534213361339111132314

1544218381139181129312

1554212351939101157410

1564219361240101189417

1573912351537181102217

1584515361139172150613

1594613381340142100510

1604413361639122119516

1614118381039120179210

1624210371139121124312

1634113361638181162412

1644113371339121135315

1654211361939111116310

1664114361938191114219

　　(2)采用低应变法检测桩身完整性。在检测前,

对被测桩做好桩头处理:除去浮碴,凿除松动和有裂隙部分,露出密实混凝土,大致凿平,将中心激振处和传感器安放处磨平。波形良好。5　结语

(1)旋挖钻机施工与传统的循环钻机相比优势明

(4)江岸特大桥桩基经低应变、超声波检测,Ⅰ类

桩比例为9612%,Ⅱ类桩比例为318%,无Ⅲ、Ⅳ类桩,质量优良。证明所采取的质量控制措施是成功的。

参考文献:

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社,2002.

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[3]　TZ210—2005,铁路混凝土工程施工技术指南[S].[4]　TB10218—99,铁路工程基桩无损检测规程[S].

[5]　铁建设[2005]160号,铁路混凝土工程施工质量验收补充标准

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[6]　贾进仓.BG15液压多功能旋挖钻机在复杂地层中的钻孔技术

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2004(4).

显,具有成孔速度快、行走移位方便、环保特点突出、桩孔对位方便准确、机械化程度高等特点。

(2)旋挖钻机成孔速度快,后续工序要紧跟,否则易造成桩基质量缺陷。

(3)长大桩基质量控制是一个系统工程。钻进、清孔、原材料、配合比、过程控制等各道工序环环相扣,必须严把材料关、科学配比、精心施工,才能确保桩基质量。64

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