交通运输评职范文深桩基施工技术成果

　　摘 要：本文以西北地区某铁路专用线大桥为例，通过对该桥桥址处黄土地区深桩基施工技术进行研究，以机械钻进黄土裂隙地层、强风化泥岩、砂岩夹泥岩层、流砂层等不良地质积累施工数据和参数，总结黄土地区桩基施工经验和技术参数，大大提高了同类桩基的施工效率。

　　关键词：评职范文,深桩基施工,流砂层

　　1 工程概况

　　1.1 XX大桥整体工程概况

　　XX大桥是西北某铁路专用线中特殊结构的铁路桥梁，其孔跨的形式为(60+104+60)m连续梁+3-32简支梁，桥梁全长340.63米。本桥跨跃V型深沟部分采用(60+104+60)m连续梁跨越，连续梁的单孔跨度为全线最大(104m)，本桥桩基共计67根，其中连续梁部分的桩基直径为φ150cm，普通简支梁部分桩基直径为φ125cm，桩基最深长达80米。

　　1.2工程地质特征及条件

　　1.2.1地形地貌

　　桥址区域位于黄土梁峁区，地形起伏较大，地面高程介于1587-1676米之间，前台桥址为一深切“V”字型冲沟，该沟向小里程一侧地势相对较陡峻，向大里程方向地势相对较平缓，地表多为耕地。

　　1.2.2地层岩性

　　根据地质调查及钻探揭示，桥址区地层主要为第四系上更新统风积砂质黄土，黏质黄土，中更新统风积黏质黄土，下第三系泥岩夹砂岩。

　　1.3水文地质特征

　　桥址区冲沟内，本次调查期间无地表水流，为一季节性流水冲沟，勘探深度范围未见地下水。

　　1.4不良地质及特殊岩土

　　1.4.1不良地质

　　桥址区不良地质主要为坡面溜坍，集中出现于前台深切冲沟沟岸两侧，沿沟岸基本断续均有分布，规模大小不等，形态各异，底部横向宽度约为40-55米，局部可达60米，纵向长度约为15-20米，最大可达25米，溜坍体内物质主要组成为第四系全新统滑坍堆积砂质黄土，厚约为1-5米，坡面溜坍体顶部坎面较陡，近乎直立，下部临空面较大，多数处于不稳定或极限平衡状态，随时都有继续下滑的可能，对工程有一定影响，可经工程处理(如清除或坡面防护)。

　　1.4.2特殊岩土

　　工程范围内地表分布的砂质黄土具有Ⅳ级(很严重)自重湿陷性，湿陷土层厚度约为25～30米，由于砂质黄土具有湿陷性，表现为冲沟沟岸一带多发育有黄土陷穴，规模大小不等，形态各异，陷穴口径多为5-15米，深4-9米不等，部分底部连通呈串状，其顶部以黄土桥形式相连。

　　1.4.3场地稳定性、适宜性评价

　　1.4.3.1场地内地形起伏大，沟谷深切，第四系地层较厚，地层相对较单一，主要为砂质黄土，底部为第三系泥岩夹砂岩。

　　1.4.3.2、场地内不良地质发育，主要以坡面溜坍形式沿前台沟谷两岸集中出现，导致前台沟岸两侧多为不稳定斜坡。

　　1.4.3.3、场地内广泛分布砂质黄土具有Ⅳ级(很严重)自重湿陷性，湿陷性土层厚度约为30米，由于湿陷性作用导致多发育有黄土陷穴。

　　综合以上条件，确定该桥工程地质条件较差。

　　2 XX大桥在特殊地质围岩条件下的桩基础施工工艺

　　2.1桩基础施工特点

　　本桥桩基础施工采用钻孔桩法进行施工，其桩基础施工地处山间台地地段，为多年沉积土形成，台地段裂隙发育，暗穴众多，地表浅裂缝纵横贯通并切入地面以下25～30米深度。复杂的地表裂缝及暗穴，无法按照常规的桩基础护壁法进行施工，施工进度严重滞后，并存在较大的安全和质量风险。该桥群桩、深桩的施工难度在桩类的施工范畴内尤其是在西北湿陷性黄土地区尚属首例。国内外有过类似的桩基础施工技术研究，但桩身范围地质的如此复杂较为罕见，开展该地质条件下桩基础施工技术研究对于克服同类条件下的深桩、群桩施工难题有着重要的参考价值，根据实际情况形成完整的应用技术，对于加快本条线路和类似项目的整体桩基础施工进度具有重要的意义，同时具有很高的学术价值。

　　2.2桩基础施工过程中控制难点：

　　本研究课题的技术关键是：对自重湿陷性黄土、暗穴多、垂直裂隙发育的台地桩基础施工进行技术研究，突破复杂地质影响和制约桩基施工进度的地质难题。通过对桩基范围内上部较松软湿陷性黄土且垂直裂隙纵横贯通发育地段与桩尖处强度较大泥岩及其他岩层的综合技术处理措施，实现提高复杂地质条件下桩基础施工效率。

　　2.3桩基础具体施工优化调整过程

　　2.3.1钻孔初步确定施工工艺

　　根据以往施工经验，本桩基础施工过程中，初步确定具体施工工艺如下：

　　本桥的钻进成孔及泥浆护壁一项，因地质条件复杂，成为桥梁桩基础施工过程中的特殊环节、关键工序。钻进成孔一工序，过程中多次进行工艺调整，耗费了大量的时间，并且出现了严重坍孔、重新回填再次钻孔及反复施工调整的情况。

　　泥浆护壁工序，普通的粘土造浆从稠度、拌制时间等方面做了多次调整，始终没有达到预期的效果，因此对此项难关做了专项研究并不断实践调整，最终通过更换材料、调整造浆时间等参数达到了预期的效果，并顺利穿越了复杂地层段落。

　　以本桥1～5号墩桩基础施工为例，该桥墩地质条件复杂，具体地质情况及施工工艺调整过程如下：

　　2.3.2钻孔机械的选用

　　桩基投片石处理

　　根据以往类似工程的施工经验以及本桩基础的具体地质条件，本桥梁桩基础工程最初确定采用循环钻机进行施工，采用循环钻机需要全孔泥浆护壁。在该类型钻机钻进的过程中，由于5～30m范围内为黄土裂隙段，采用全孔泥浆护壁屡次没有效果，循环钻机每当钻进到30m左右的时候，护壁泥浆会随着地表30米范围内的裂缝而渗出，无法进行泥浆护壁，循环钻机发挥的作用有限。后根据现场的实际情况确定采用机锁型旋挖钻进行施工。该种钻机的特点为采用抗振桁架桅杆，采用卷扬加压的方式，此种加压方式在增大钻机钻进压力的同时也延长了钻机的加压行程，既可以在单轴抗压强度不大于100MPa，可钻性小于8级的岩层施工，也可以在湿陷性黄裂缝范围内钻进施工，由于桩尖处地基承载力较大，岩层强度较大，旋挖钻钻杆需配备机锁杆。

　　2.3.3施工过程中工艺优化调整

　　2.3.3.1地表30米裂缝范围钻进施工方案确定

　　根据本桥桩基础的地质条件，在地表30米范围内进行钻进施工中，首先采用全孔泥浆护壁施工，但由于纵贯地表的裂缝影响，全孔泥浆护壁施工无法实施，虽然采用抛填片石、回填粘土等方案措施计划把地表30米范围内的裂缝进行有效封堵，但因为裂缝过大，地表30米范围内的钻进反复调整，封堵及造浆仍然没有明显效果。根据现场的实际情况并对30米范围内地质围岩取样分析，该30米范围内为湿陷性黄土，虽然裂缝较大，但黄土直立性较好，自稳性较好，最终确定采用干孔，钻进过程中采用抛填片石等对裂缝进行初步填塞，防止砼浇筑过程中从裂缝处大量外泄而形成断桩。经过实际钻进检验，效果较明显，干孔施工满足当前地质条件下裂缝范围施工的要求。

　　2.3.3.2 强风化泥岩、砂岩夹泥岩范围内施工方案确定

　　在地表30米以下，桩基础地质围岩发生了明显的变化，由湿陷性黄土地层过渡到强风化泥岩、砂岩夹泥岩范围内。该段地层范围内，围岩较稳定，无大的裂缝，但围岩中夹杂卵砾石，砂岩与泥岩互相胶结的情况，岩层的强度较大，根据此种情况确定该范围内采用湿孔护壁造浆进行施工。经过实际施工检验，采用全孔护壁造浆施工满足该种围岩地层条件的要求，施工过程中，只要保证钻进连续性，护壁造浆材料及配合比选定适宜，间隔时间不超过24小时，基本上可以满足后序施工的要求。

　　2.3.3.3泥浆的制备调整过程

　　桩基础专用造浆材料

　　地表30米以下强风化泥岩、砂岩夹泥岩范围内采用湿孔施工，即采用泥浆护壁法进行钻孔施工。造浆材料采用优质泥浆，以保证护壁质量，防止塌孔。

　　该范围内刚刚钻进时采用粘土泥浆护壁并进行钻孔施工，由于岩层的特殊性，经常发生坍孔，坍孔严重时要重新填塞并反复进行造浆钻进。根据该范围内桩基础的围岩地质情况，及时取样并于地表模拟实际情况对护壁泥浆进行调整，经过反复的调整试验，根据西北地区湿陷性黄土桩基施工经验确定从西安地区购买专用膨润土为主要造浆原料，并加入一定量的纯碱和纤维素。经过调整后的护壁造浆，钻进至该范围地层时，泥浆的稠度等参数满足了保证钻孔周边的稳定性，坍塌情况很少发生，保证了正常向下钻进。

　　经过反复调整试验，该岩层范围内的泥浆具体配比：膨润土泥浆：纯碱、纤维素各占比例1：0.3:0.1。

　　2.3.3.4 流砂层施工工艺确定

　　本桥桩基在65m～70m存在流砂层，在实际施工过程中，由于对于相关地质不熟悉，虽然钻进较快，但所采用普通造浆护壁处理效果不当，造成塌孔和缩孔。通过对地层岩性的取样、判定，调整施工工艺，最终确定具体方案措施如下：

　　⑴在旋挖钻机的冲击和钻进过程中，操作人员根据实际地质情况，不断地填充卵石、片石和粘土，并且保证卵石和片石含量为钻进体积的0.5倍左右，而粘土与泥浆的比重应严格控制在1.4-1.6之间。

　　⑵在对终孔进行严格的施 工质量检验后，及时进行首次清孔作业。在清孔作业过程中，严格控制泥浆的相关工艺和技术指标。由于在钻孔形成过程中，砂层护壁结构普遍存在一定的特殊性，因此，在首次清孔作业时要将泥浆比重严格控制在1.00-1.25之间。对于部分PH值较低的泥浆，可以添加适量的纯碱，常规掺入量为膨润土的0.3%-0.5%即可，将其PH值提升至8-10，以达到加速砂层水化作用的效果，进一步提高泥浆的稳定性及胶体率。

　　⑶钢筋笼安装完成后，使用专业的仪器对成孔深度进行测量。必要时及时组织二次清孔或重新调制泥浆，以达到加强护壁稳定性的效果。

　　通过本桥的施工，总结出下列几项可行的技术措施：1)在进行混凝土灌注前，孔内泥浆的比重控制在1.20-1.35之间适宜;2)泥浆的含砂率应控制在≤10%;3)泥浆的拌制时间应≥10min;4)新拌制的浆应在泥浆池中水化分解24h以上方可投入使用;5)混凝土灌注过程中，必须严格观察和记录护筒内的水位变化情况，如有意外需及时进行处理。

　　2.3.4旋挖钻孔施工

　　旋挖钻机通过自身行走装置移动到位后，以自带动力提供钻孔所需钻压和扭矩，结合使用不同类型钻头钻具切削不同地层，利用可伸缩钻杆和钻头的特殊结构快速出渣，实现较高速钻进。成孔后现场分节段制作钢筋笼及井口吊装焊接，并控制好标高。成孔后进行一次清孔，灌注前进行二次清孔除沉渣，最终浇灌注水下混凝土成桩。

　　2.3.4.1钻机就位后，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点并及时清运。

　　2.3.4.2主动钻杆入孔前，应保证钻杆匀速慢速钻进，直到主动钻杆全部入孔后，方可逐渐加大钻速和钻压。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时，要减速慢进;对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率;砂层侧采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

　　2.3.4.3钻进过程中，回转斗的底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆的配比(比重1.3)。

　　2.3.4.4严格控制每次的钻进尺度，避免埋钻事故;同时应控制回转斗的提升速度(以Ф1200mm的桩径为例，应保持在0.5m/s左右)，提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁泥皮，破坏孔壁的稳定，容易引起坍塌。同时，提升钻斗过快时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩。故在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数并对孔壁进行有意挤压，防止缩径。

　　2.3.4.5按以上反复循环直至到设计高程成孔。

　　2.3.5混凝土灌注施工

　　在湿陷性黄土裂隙地区进行桩基砼灌注施工过程中，由于混凝土的比重大于泥浆比重，孔壁极易遭到破坏，造成漏浆现象，或因混凝土急速流失，导致导管悬空，而发生断桩事故。尤其地表25～30米范围内为干孔，必须保证砼灌注过程中的连续性，稳定性，因此相关保证措施必须考虑周全并严格执行。

　　2.3.5.1保证混凝土生产和运输能力，采用混凝土集中拌和站和足够的运输罐车，并提前准备备用砼拌合站和运输罐车。

　　2.3.5.2加大混凝土初存量，根据实际情况首发两罐车混凝土(一罐为6方)，避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。

　　2.3.5.3灌注过程中适当加大导管埋深，一般控制在6～8米，灌注时要随时测量混凝土面高程，对灌注过程中砼面出现的缓慢下降要准确进行判断，防止砼面突然下降导管悬空造成断桩事故。

　　2.3.5.4封孔过程时刻注意泥浆面的水位情况，一旦出现水位下降情况，及时补泥浆，导管尽量往下落。水位稳定后，重新测量砼面高程。

　　2.3.5.5对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时应加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.2～1.5米。

　　2.3.5.6灌注砼结束后，不要及时拔出导管，要停止30～40分钟，每隔10分钟缓慢的提升活动导管，尽量避免在灌注完成拔出导管后混凝土面突然下降造成断桩。但也不能停止时间太长，防止混凝土初凝，拔出导管后形成桩基抽心。导管要徐徐、缓慢的拔出，防止表层泥块掉入砼中形成夹层。

　　3 不同桩基地层钻进施工工艺调整工序前后时间对比表

　　4 结束语

　　上述施工措施在前台大桥桩基础施工中反复试验，反复摸索形成的，在实际施工过程中取得了较好的成效，使孔桩顺利通过了黄土裂隙地区、砂岩夹泥岩、流砂地层段。在施工中没有出现一例安全、质量事故，施工结束后，经声波检测，全部桩基合格。该桥梁桩基础施工过程中积累形成的宝贵经验及参数，为其他类似湿陷性黄土地区深桩基础施工提供了便捷的途径，极大的提高施工效率，最大限度的降低了因为施工工艺调整拖延造成的成本增加，具有较高的学术价值。

　　参考文献：

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