水下钻孔灌注桩倾斜岩层爆破成孔施工工法 工法编号：RJGF（闽）-71-2010

1水下钻孔灌注桩倾斜岩层爆破成孔施工工法工法编号：RJGF（闽）-71-2010完成单位：中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司主要完成人：钱寅星周运琥黄健德1前言1.0.1水下钻孔灌注桩是我国桥梁工程以及其它地基基础工程中最常见的成桩形式之一。由于水下施工的不可见、地质情况往往复杂多变的特点，水下钻孔灌注桩的成桩质量控制并不能得到很好的控制。在倾斜岩层的施工中，由于岩面倾斜角度大，即使采用冲击成孔，也往往造成斜孔以及进度缓慢的情况，有效地控制倾斜岩层的孔桩成孔质量，成为工程施工中的一道课题。1.0.2中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司结合在桥梁工程的施工中，针对倾斜岩层的施工，有针对性地开展课题研究，形成了“水下钻孔灌注桩倾斜岩层爆破成孔施工工法”，能够有效地处理该问题。1.0.3本工法的关键技术达到国内先进水平。1.0.4本工法获得中铁二十四局集团有限公司2009年度科技进步二等奖。1.0.5本工法于2007年在新建南昌西环线铁路首次应用，并在随后的铁路工程建设中得到进一步推广和完善。2工法特点2.0.1本工法具有施工工期短、质量有保证的特点。2.0.2本工法适用于多种岩层的成孔。2.0.3本工法必须由经过爆破专业人员进行操作，专业性强。3适用范围本工法适用于桥梁工程、房屋建筑等钻孔灌注桩倾斜岩层的成孔，也可以应用超硬岩层的桩基成孔。4工艺原理4.0.1在复杂地质情况中，由一种岩层进入另一种岩层、岩层出现断层、岩面倾斜，都很容易造成钻孔斜孔。因为在这种情况下，钻机钻锤相当于是打在两种不同的岩石上，一边硬一边软，两边钻进速度不一致，钻锤就往较软一侧倾斜。24.0.2对岩面倾斜的岩层进行爆破，使得岩层的岩石处于松散状态，然后在采用钻机钻进。这种处理方案最大的优点就是施工进度快。深孔松动控制爆破后的岩石只限于开裂、凸起、松动。深孔松动控制爆破能有效地控制爆破振动效应，确保环境的安全。这种爆破方法基于使用塑料导爆管非电起爆系统形成孔内外时间微差，每组炮孔或每个炮孔起爆有足够的时间间隔，爆破振动由单独药包作用。4.0.3该工法爆破装药如图4.0.3所示。桩基护筒小钻钻孔小钻钻孔平面位置示意图炸药φ30导管导爆管φ10导管岩层倾斜面泥浆黄土岩石图4.0.3原理示意图5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程如图5.1所示。图5.1工艺流程图施工监测判断钻孔桩钻机移位钻孔桩钻机继续成孔小钻钻机就位布孔与钻孔“药串”加工下药网路连接与安全警戒爆破安全检查35.2操作要点5.2.1施工监测判断和正常钻钻孔桩施工一样，先采用钻孔桩钻机正常开孔钻孔，并在钻孔过程中注意随时检查孔桩的垂直度，发现孔桩出现偏斜孔超过0.6%桩长或大于300mm时立即停止钻进。5.2.2钻孔桩钻机移位经判断，确认已经遇到倾斜岩层后，移开钻孔桩钻机。5.2.3小钻钻机就位将地质钻机就位于孔桩位置，根据炮眼的布置位置，准确定位。5.2.4布孔与钻孔1根据孔桩直径，设计爆破孔眼布置。当直径1.25m时，可在周边布设三个炮眼。当直径较大时，另在孔桩中心加设掏槽眼一个。2岩心钻机就位，调整岩心钻机机位使得钻杆位置处于倾斜岩面的较高侧，下放安装灌注桩导管（φ30cm），并调整好导管垂直度。3采用岩心钻机在灌注桩导管中钻孔岩层深50cm（钻孔孔径D20cm），在灌注桩导管中下放安装岩心钻机钻孔塑料导管（φ10cm），调整好塑料导管垂直度并在灌注桩导管中填入黄土，黄土填入厚度约为1m厚。4采用岩心钻机钻孔岩层一定深度，最深不超过8m（钻孔孔径D7.5cm），并根据取出来的岩石心样判定倾斜岩层的厚度。由小钻钻孔岩样确定岩面倾斜方向，一般每个墩位第一根桩首次钻孔孔深8.0m，其它桩基钻孔深度根据第一根桩基岩样确认。5按照以上步骤钻孔第二个孔，第二孔钻孔深度由倾斜岩层的厚度决定，如果倾斜岩层厚度未达到第一个孔的取芯厚度时只需超过倾斜岩层厚度下50cm；5.2.5“药串”加工用绳子将炸药和雷管绑扎成团，然后逐层绑扎上来，形成一个串状体，导爆管连接时注意导爆索的搭接长度不少于20cm，务求接触紧密，绑扎牢固。上部用塑料绳作为下放承受物，在上部采用取出岩石芯作为配重。5.2.6下药待钻孔到设计位置以后，进行清孔，防止在下药的过程中局部直径不够造成卡位，同时下药前一定要测泥浆比重，防止因为泥浆比重过重使炸药不能下放到底。5.2.7网路连接与安全警戒在使用导爆管非电起爆系统进行孔内外控制微差起爆过程中，连线时要注意孔外串联雷4管，切忌脚踩磕碰。为保障网路准爆，拟采取双个雷管双根导爆管。放炮之前，人员及机械撤离到安全区，要设置安全警戒哨。5.2.8爆破安全检查爆破之后，等满规定的时间，爆破员进入爆破区现场查看。由于可能存在“哑炮”等危险现象，应竖立危险标志，人员严禁入内，待确认爆破区安全后，经现场爆破负责人同意后方可撤除警戒。5.2.9钻孔桩钻机继续成孔小钻钻机移位，拆除导管，钻孔桩钻机，钻孔桩钻机开始钻孔施工，如钻孔至小钻钻孔深度完后还是出现斜孔现象，则继续按以上步骤处理，直至孔桩达到设计标高为止。5.3劳动力组织本工法主要为机械作业，需要人工作业少，主要劳动力需求见表5.3。表5.3劳动力组织一览序号工作内容技工人数普工人数1孔桩钻机钻进222地质钻机钻进223药串加工24下药25爆破26移机46材料与设备6.1材料本工法所需材料如表6.1：表6.1材料表序号名称规格技术指标1黄土粘土2乳化炸药3非电毫秒雷管4导火索5绳子6.2设备本工法所需机具设备见表6.2。5表6.2机具设备表序号设备名称设备型号单位数量1钻机SGZ-ⅢA台22地质钻机XUL-100型台17质量控制7.1质量控制标准施工遵循的标准、规范：1）《建筑地基处理技术规范》（JGJ19）。2）《公路桥涵施工技术规程》（JTJ041）。3）《市政桥梁工程质量检验评定标准》（CJJ2）。4）《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076）；5）《建筑机械使用安全操作规程》（JGJ33）；6）《施工现场临时用电安全技术规程》（JGJ46）；7）《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401.1，TB10401.2）；8）《建筑机械使用安全操作规程》（JGJ33）。7.2质量保证措施施工质量要求1）在施工小钻钻孔施工时，注意定时调节孔桩中泥浆比重，以免泥浆过稀而造成孔桩塌孔。2）小钻施工全过程中要有专人监护，并注意时刻检查钻杆和导管垂直度。3）一般情况下，钻孔开口误差控制在炮孔直径大小范围内。8安全措施施工过程应特别注意以下安全事项：1）孔内实施爆破时，严格按照设计布眼及控制药量。划定安全距离，设置警戒哨，闪电雷鸣时禁止装药、接线，施工操作时严格按安全操作规程办事。2）施工现场电源线路，必须按“三相五线”制，TV-S系统要求布置，并按“三级配电”、“二级漏电”分级分段保护。3）各孔用电必须分闸，严禁一闸多孔和一闸多用。必须“一机一闸一漏一箱”进行敷6设，孔上电线、电缆必须架空。4）施工作业人员、监护人员，必须戴安全帽，严禁穿拖鞋、赤脚、酒后上岗作业。9环保措施9.0.1噪声控制1严格执行《建筑施工场界噪声限值》（GB12523），控制和降低施工机械和运输车辆造成的噪声污染。2合理安排作业时间，尽可能将灌注混凝土作业安排在白天施工，避免夜间施工，使施工噪声对周围环境影响减少到最低程度。9.0.2污染控制1在施工过程中，钻孔内溢出的浆液应回收至指定临时集中堆放，运往指定地点进行处理。2清洗施工机械和设备的废水采取沉淀池集中处理。10效益分析10.0.1社会效益本工法采用松动爆破后，每根钻孔桩成孔时间大大缩短了，提高了功效，具有良好的社会效益。10.0.2技术效益1钻孔桩在钻进过程中产生斜孔一般的处理方案有两种：1）抛填毛石：在钻孔中抛填毛石，使得钻锤能够锤在同一种材料上，钻进速度一致。2）浇筑混凝土：这种处理方法就是在钻孔出现斜孔时，在钻孔孔底浇筑一层混凝土，待混凝土达到一定强度后在进行钻孔。2而采用岩层爆破的方法，创新了倾斜岩层地质下的钻孔灌注桩成桩施工方法，具有良好的技术效益。10.0.3经济效益“水下钻孔灌注桩倾斜岩层爆破成孔施工工法”，具有安全、施工速度快、质量有保证等优点，技术经济效益尤其显著。在新建南昌西环线铁路招贤双线特大桥的施工中，整个桥梁完成工期提前3个月，且有效地保证了施工质量，通过采用声测管的形式，对所用施工桩基进行了无损检测，均为I类桩。实践证明该方法可以在类似工程中应用，起到有效解决工程难题的效果。招贤双线特大桥的施工中，每个孔缩短工期1个月左右，节约2万度施工用7电，取得直接经济效益约2万元。11应用实例本工法成功应用于新建南昌西环线铁路招贤双线特大桥、新建南昌西环线铁路之320国道双线特大桥、新建南昌西环线铁路昌九高速公路跨线桥等工程。现以新建南昌西环线铁路招贤双线特大桥工程为例。11.0.1工程概况新建南昌西环线铁路招贤双线特大桥中心里程DK1439+891.5，桥全长2672.23m。该桥主要跨越红湾大道、水田和乡村公路，并三跨沙河(沙河不通航)；桥址范围内有两条规划道路:红湾大道规划51m，采用（32+48+32）m连续梁跨越，昌湾大道规划60m，以2*32m简支梁跨越，桥墩设在中央分隔带处。全桥孔跨布置：孔跨布置为6×32m+2×24m+7×32m+1×24m+（32+48+32）m连续梁+1×24m+35×32m+2×24m+2×32m+6×24m+6×32m+1×24m+12×32m简支T梁。全桥基础采用钻孔灌注桩基础，桩径为φ1.0m、φ1.25m。桥墩采用双线矩形实体墩，桥台为双线T形空心桥台。11.0.2施工情况该工程桩基持力层主要为W2层板岩，σ0=500kpa。桥址区地表水及地下对混凝土结构具有溶出性侵蚀。孔桩开工时间为2007年10月，完工时间为2008年9月。该桥6#墩孔桩、7#墩孔桩位于倾斜岩层上，在以上桩基钻孔施工过程中，均在孔深12m—15m位置出现严重的斜孔问题，经过多次的纠偏处理，均无法纠正孔位。在这种情况下，钻机钻锤相当于是打在两种不同的岩石上，一边硬一边软，两边钻进速度不一致，钻锤就往较软一侧倾斜，无法成孔。采用本工法后，施工速度大大加快，顺利完成孔桩施工。11.0.3工程评价本工程施工期间，施工安全可靠，孔桩质量符合设计及规范要求。工程验收质量合格率100%，得到业主、监理单位的共同认可。