洛河大桥软弱地质条件下钻孔灌注桩处理方法

洛河大桥软弱地质条件下钻孔灌注桩处理方法冯勇李建雄陕西建工集团机械施工有限公司1、概况1.1设计概述：洛河大桥工程是省道202线大荔科技产业园区过境段拓宽改建工程的重要组成部分，位于大荔县境内石槽乡，横跨洛河，起始桩号为K2+180.50～K2+526.5，全长346米。桥梁基础为钻孔灌注桩，主要工程数量：钻孔灌注桩共40根，桩长39-48米，其中桥台桩8根，桩径1.2米，桥墩桩32根，桩径1.4米。1.2地质情况：1.2.1路线总体属于渭河和洛河三角洲地带冲积、堆积地貌，根据地层结构、土体及其状态、地表形态等，可以进一步划分为洛河河漫滩地貌和三角洲阶地地貌二个单元。桥梁工程所处的地形为洛河河漫滩地貌地区，主要分布在大荔县南，属洛河河水流冲、洪积发育区。区内河堤两岸为农田，人工填土较厚。地下水资源丰富，地下水位在地面线下12.00-17.00之间。1.2.2沿线地形平坦，勘察区河滩粉砂层属饱水砂土，经验算为非液化土层。桥址区地质状况如表1：1.2.3、桥位处地形分为三个阶地形式：0#～4#，13#～17#处于第一阶地分布在洛河两侧的耕地；5#、6#、9#～12#处于相对较低的第二阶地；7#、8#桩位处于第三阶地，位于洛河河槽内。表1地层编号岩土名称状态特征层厚（米）埋深（米）层顶海拔高程（米）工程岩土分级1填筑土稍密-中密人工填筑堆积的杂填土，含大量的砾石，不均匀1.60~3.8Ⅱ2现代河流冲积区稍密粉砂，浅黄色，砂土均匀，属洛河冲、洪积所成，含少量砂砾3.2～6.40.00～3.80339.08～344.63Ⅰ3现代河流冲积区中密细砂，暗黄色，砂土均匀，属洛河冲、洪积成分选性好，下部含零星黏土块8.9～9.83.20～10.00335.44～338.23Ⅰ4古土壤系硬塑粘土，棕红色，土质均匀，属第四系风积形成的古土壤最大厚度可达到50米325.83～329.02Ⅱ2、工程施工中遇到的问题该工程于2009年12月16日期开工，选用旋挖钻机成孔泥浆护壁的施工方案，至2010年元月2日，完成从17#至13#桥墩桩基的12根桩，施工较为顺利，但在施工至12#-2桩基时，成孔钻进至28米时出现护筒下沉（见图1）、孔口（见图2）开裂现象，往孔内注水到护筒顶口后不久，孔内水位明显下降。检查发现护筒下部悬空。由于钻机自重大，为施工安全，决定停机并将桩孔用素土回填。由以上可看到，粉砂层上覆盖土层厚度变化是向河道方向随着阶地降低，逐渐变薄，至河道位置进入粉砂层。导致施工12﹟-2桩时出现孔口开裂、护筒下沉的主要原因是：地表下具有较厚的饱水性粉砂，流动性强，地基整体承载力较低，成孔时孔内壁四周的粉砂受到振动和水冲刷，向孔内流动，导致护筒底部丧失承载层，失去下层粉砂的支撑及孔隙水的压力，且在钻机的重压及振动下，出现护筒下沉、孔内坍塌、孔口开裂。4、技术方案比较与选择经施工技术人员汇同业主、设计院、监理单位等共同进行分析，提出以下方案进行优选，具体见表3。经过分析和比选，综合考虑施工成本和工期等要求，最终选择方案为：对桥北0#～5#桩基的施工仍以旋挖钻机进行作业，对地势较低的6#～12#桩基的施工采取方案三和方案四的综合方案进行施工，即在原地表上填筑3米厚的素土层，使粉砂层上土层厚度增加至5.5～6米厚，使用汽车钻进行正循环成孔工艺施工。表3、技术方案比选表序号方案名称具体实施方法优缺点方案地基用机具将浆液灌入地基中，并与地基土优点：1、利用水泥搅拌桩形成筒体，有一化学加固法发生化学变化，胶结成新的坚硬的物质，从而提高地基强度和承载力。具体施工工艺为在桥梁桩位的周围均匀布设6个水泥搅拌桩，用钻机成孔，深度为刚好穿过粉砂层，注入拌制好的水泥浆进行深层搅拌，使浆液与粉砂土颗粒胶结起来以改善粉砂层的物理和力学性质，在桥梁桩周围形成一个坚固的筒体，使桥梁桩顺利施工。效的解决孔内坍塌、扩孔、孔口开裂问题；2、阻挡饱和粉沙层向孔内流动，提高原地基承载力，解决孔口开裂问题。缺点：1、施工成本较高2、等待时间长，工期较长方案二加长护筒法将原使用的2.5米护筒加长至5米，埋设时将护筒四周的夯实土层厚度增加到5米，并扩大护筒周边夯实范围。优点：1、增加护筒四周摩阻力，以解决护筒下沉、孔口开裂问题；2、提高水头压力，增加孔壁稳定性。缺点：1、埋设护筒开挖较深，换填土工程量大，护筒埋设困难；2、灌注完毕后护筒难以拔出，不能再次利用，同时对后期破除桩头增加难度；3、施工成本高。方案三循环钻机施工将旋挖钻成孔的施工工艺改变为循环钻机成孔，钻机采用轻型汽车钻。优点:1、可根据地质状况进行正循环或反循环作业，有效减小机械对粉砂层的扰动，钻头对孔壁的扰动也将减小，解决由于设备振动引起粉砂层坍塌、孔径过大等问题，且施工中可自造泥浆进行护壁，改善孔壁稳定性；2、施工设备自重较小，避免由于设备自重造成孔口开裂；成本较低。缺点：粉砂层可能发生缩径问题，需要进行二次，甚至多次扫孔作业，施工进度较慢。方案四填筑土采取从地表向上整体填筑3米厚粘土层，分层填筑并碾压密实，桥梁桩处位形成一层密实具有一定承载力的土层，在填筑完毕的地面上进行钻孔灌注桩施工。优点：不因机械设备扰动发生开裂，护筒底不易发生坍塌，可有效的解决孔口开裂、护筒下沉等问题；施工成本较低。缺点：使后期的系梁基坑开挖难度加大，增加了挖土方工程量5、施工技术要求5.1素土回填时严格控制，每层虚铺厚度300cm～350cm，用压路机碾压密实（密实度不小于95%），以保证钻机在钻进过程中不下沉，不偏位。对于位于河道中间的7﹟、8﹟桩位，由于围堰填土厚度至少7米，要保证回填土上边缘外侧距护筒外缘的距离不小于5米，以确保成孔时泥浆不会外泄。5.2泥浆制备采用泥浆搅拌机调制，将膨润土加水浸透，按比例加入纤维素、烧碱等材料，然后以拌和机加水拌制，禁止直接将膨润土投入到孔中利用钻机造浆，泥浆的各项指标应满足要求。5.3初始钻进时，应控制钻孔进度，尤其在穿越粉砂层时，要轻压慢钻，始终保持护筒内水头高度。待穿过粉砂层后，方可转入正常钻进速度。钻进中随时检查孔内泥浆的各项指标及钻机工作情况，并随时提取渣样分析粉砂层是否穿越及地质变化情况，做好详细记录。桩基工程于2010年元月7日复工，于2010年2月初按原计划工期完成桩基施工，为桥梁的后续工程开展奠定了基础。6、桩基工程检测桩基施工完成后，检测单位对所有桩进行超声波无损检测，所有桩桩身完整，满足设计要求。同时，随机选择13-2桩进行混凝土钻探取蕊与单轴抗压试验，结果表明，桩体混凝土质量与强度均达到设计标准，全部评为一类桩。7、结束语通过洛河大桥桥梁桩基的施工，使工程施工技术人员得到得到锻炼，掌握了在特殊地质条件下的钻孔灌注桩施工方法，为今后在类似地质条件下钻孔灌注桩施工积累了经验。(本文来源：陕西省土木建筑学会文径网络：文径尹维维编辑刘真审核)