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来源：职称驿站所属分类：交通运输论文 发布时间：2012-07-05浏览：31次
摘要：马鞍山长江公路大桥左汊悬索桥采用桩基础，桩径达3.0m，因地质条件复杂，钻孔桩施工过程中出现了斜孔、S形孔等问题，经采取一系列有效措施，较好地解决了出现的问题，顺利完成钻孔桩施工。
关键词：马鞍山长江公路大桥，大直径，钻孔桩施工，斜孔，S形孔
1、工程概况
马鞍山长江公路大桥左汊悬索桥为三塔两跨悬索桥，跨径组成为360m+2x1080m+360m＝2880m，桥型布置见下图：
图1桥型布置图
中塔墩位于长江主航道，距和县长江大堤约1180m，墩位处水下地形较为平缓，高程－12.09～－10.54m。
中塔柱基础采用69根Φ3.0m钻孔灌注桩，桩基呈行列式布置：行距6.3m，列距7.5m；桩底标高▽-80.00m；桩底持力层为微风化砂岩、砂质泥岩。
钻孔桩钢护筒内径3.2m，壁厚24mm；设计钢护筒长35.2m，钢护筒作为永久结构的组成部分，与基桩共同参与受力，钢护筒采用Q345c钢材。
2、地质条件
中塔墩位于长江主航道，距和县长江大堤约1180m，墩位处水下地形较为平缓，高程－12.09～－10.54m。地表覆盖层厚36～39米，表部为松散状粉细砂，厚约20米，其下为厚约10～13米的中密状中粗砂，底部为厚约5米的中密状圆砾土，下伏基岩为泥质粉砂岩、砂质泥岩夹砂层，岩面高程在－47.50～－50.00米，基岩中近垂向裂隙较发育，局部裂隙间充填方解石，少量岩石呈碎裂状，局部后期有胶结。
该墩位处上部覆盖层粉细砂呈松散～中密状，中粗砂呈中密状，承载力较低，易被冲刷，不能作为大桥的天然地基。下伏的基岩埋深在36～39米之间，岩面平缓，厚度大，其中泥质粉砂岩及砂质泥岩为较软岩，天然极限抗压强度约为12～14MPa，砂岩为硬质岩。
覆盖层：全新统河流冲积层，以松散～中密状粉、细、中、粗砂为主，局部夹透镜体状沙砾，下部为密实状圆砾土，厚度为35～39米左右。
岩土：主要为侏罗系罗岭组（JI）粉砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩。在部分有代表性的孔桩基岩中进行了桩孔纵波测试，并选有代表性的岩样进行纵波测试，结构表明：除挤压破碎带内岩体较破碎外，微风化岩岩体为较完整～完整。岩体的工程地质特征分述如下：
⑥强风化砂质泥岩：紫色为主，泥质结构，层状构造，岩石风化呈坚硬粘性土状，含大量弱风化残块，厚1.8～6.5米。
⑥弱风化砂质泥岩：褐红～紫红色，砂状泥质结构，层状构造，泥质胶结，倾角45°、75°近垂直裂隙发育～较发育，部分裂面绿泥石化，岩质软，厚度1.5～6.75米。
⑥微风化砂质泥岩：褐红～紫红色，砂状泥质结构，层状构造，泥质胶结，见倾角45°、75°近垂直裂隙多组，部分裂面绿泥石化，裂隙间距多在40㎝以上，局部裂隙较发育，层理倾角15°～20°，岩质软。
⑥微风化泥质粉砂岩：褐红～紫红色，少量青灰色，泥质粉砂状结构，层状构造，泥质胶结，见倾角45°、75°近垂直裂隙多组，裂隙较发育～不发育，层理倾角15°～20°，岩质较硬。
⑥强风化砂岩：浅灰色为主，岩石风化呈密实粉砂状。呈透镜体状分布于强风化砂质泥岩之中，仅DZ2-9钻孔有揭露，厚度约为1.80米。
⑥微风化砂岩：灰白色为主，砂状结构，层状构造，钙质胶结，见倾角45°、75°近垂直裂隙多组，裂隙较发育裂隙间多充填方解石脉，岩质硬。
⑥挤压破碎带：岩石受构造挤压影响，裂隙极发育，带内岩石极破碎，多层糜棱、角砾夹泥状。钻孔DZ2-2、DZ2-3、及DZ2-6有揭露，厚度3.1～5.4米。
岩土物理力学性质指标：本次勘测，选取代表性岩芯进行室内实验，并对其岩土物理力学性质指标进行数理统计，结合实际地质情况对异常数据进行舍取，同时参照了部分初勘实验结果。统计结果下表：
岩土物理力学性质指标分层统计成果表（覆盖层）
岩土
编号 岩土
名称 颗粒组成百分数（%） 粘粒含量 原位测试
>20㎜ 20～2
㎜ 2～
0.5㎜ 0.5～
0.25㎜ 0.25～
0.075
㎜ 0.075～
0mm 标贯
击数 重型
动探
①4 粉土 34.1 65.9 7.1 5.4
②4 粉砂 0.2 0.7 6.3 75.2 17.6 4.4 8.3
③4 粉砂 0.2 1.5 3.9 77.0 17.4 7.7 14.3
③5 细砂 1.2 6.3 10.9 68.0 13.6 3.0 22.5
③5-2 中砂 18.2 29.2 18.6 25.1 8.9 1.8 23.1
③6 中砂 7.1 22.9 24.8 30.2 10.5 26.6
③7 粗砂 0.6 21.9 37.3 17.2 17.8 5.2 33.1
③7-1 细砂 4.3 8.6 75.6 11.5 34.0
③9 圆砾土 29.0 29.5 15.7 6.5 8.5 10.8 39.5 22.3
岩土物理力学性质指标分层统计成果表（岩层）
岩土编号 岩土名称 质量密度（g/）
天然含水量（%）
天然抗压强度fMPa） 干燥抗压强度f（MPa） 饱和抗压强度f
(MPa) 软化系数KR
⑥
中风化砂
质泥岩 2.46 7.6 0.42 7.6
⑥
微风化砂
质泥岩 2.56 4.9 9.6 43.6 5.7 0.21
⑥
微风化砂
质粉砂岩 2.54 7.8 10.1 68.4 8.7 0.23
⑥
微风化砂岩 2.64 1.3 74.4 126.3 71.4 0.84
3、施工方案
中塔基础采用先围堰后平台方法施工，围堰外轮廓尺寸：83.9m(长)×46.7m(宽)×11.3m(高)，围堰双壁侧板厚1.8m，围堰底高程-1.8m，围堰顶高程+9.5m，设计总重2150t。围堰在南京制造，气囊法下水浮运至墩位处利用锚碇系统定位，插打钢护筒，将围堰与护筒固结后形成钻孔平台，上钻机进行钻孔桩施工。
钻孔桩泥浆在岸上设专用泥浆搅拌站提供，泥浆船运送到墩位，钻碴由弃碴船运至指定地点排放。
4、钻机选型
中塔墩钻孔桩为D3.0m钻孔灌注桩，单桩桩尖嵌入微风化岩石约17m，采用KPG3000A和KTY3000、KTY4000型全液压动力头回转钻机成孔。
每台钻机配备1个φ3.0m刮刀钻头和1个φ3.0m滚刀钻头，在覆盖层中采用刮刀钻头钻进，在岩层中采用滚刀钻头钻进。
配备ZX-500型泥浆分离器进行泥浆净化，泥浆净化能力500m3/h，分筛粒度≤74μm，可将钻碴从泥浆中分离，处理后的泥浆可循环回入孔内，不需要泥浆池沉淀。清孔1小时可将孔内700m3泥浆含砂率降到0.2%～0.5%.
成孔质量检测采用超声波大孔径检测，检测孔径、孔斜率、孔底沉碴三项指标。
3、钻进参数选择
钻进参数指钻孔施工时钻头的钻压、转速和进尺速度三项技术参数。
不同地层的钻进参数见下表：
不同地层钻进参数表
地层 钻压（KN） 转速（rpm） 进尺速度
（m/h） 采用的钻头
护筒底口地层 50～100 3—4 0.5—1.0 刮刀钻头
粉（细、中）砂层 50～100 4—5 0.5—1.5 刮刀钻头
挤压破碎严重泥岩层 300-350 5—6 0.3—1.0 滚刀（刮刀）钻头
挤压破碎较严重泥岩层 500-600 5—6 0.1—0.5 滚刀（刮刀）钻头
粉砂质泥岩 500-600 5—6 0.1—0.5 滚刀钻头
5、钻孔过程中出现的问题
中塔钻孔桩于2009年8月8日开钻，根据确定的钻进参数进行试钻，因处于摸索阶段，第一轮钻机成孔周期约为30天，成孔后经检测其成孔质量达到验收标准，第二轮钻进时，即连续出现斜孔、S形孔等问题。
根据成孔检测情况分析，出现问题的桩均在-46m~-50m将要入岩段出现向上游侧的斜孔，入岩后部分孔又向下游侧有倾斜，至-62m时，再次向上游侧出现倾斜，最后形成斜孔或S形孔，导致检测不合格，不得不重新扫孔，在加大成孔周期的同时增加了施工风险。
6、解决办法
解决斜孔、S形孔成为中塔钻孔桩施工最关键的问题，经分析认为：
中塔复杂地质是造成此问题的主要原因，从地质资料看，入岩后岩层从上到下由强风化到中风化再到微风化，其中靠近破碎带的位置由强风化到中风化、中风化到强风化岩层面有一个弧形过渡，其余位置岩面均由上游向下游倾斜，加上破碎带影响，地层软硬不均，75°近垂直裂隙较发育，单体岩石强度较大，钻进过程中受其影响，一旦钻进速度过快，极易出现斜孔或S形孔情况。
为解决这一问题，保证成孔后能顺利下钢筋笼，项目部与钻机作业队进行了专门的研究，要求钻进时密切注意钻头的情况，一旦出现钻头向一侧偏移，就要及时进行扫孔，扫孔后采用减压慢速钻进，保证成孔质量。同时，进入岩层后要对钻渣勤取样，以判断地层情况。
为保证这一措施的落实，对机长和值班技术员做了专门的交底，要求在入岩前及钻进到-60m时，必须采用减压慢速钻进，值班技术员对钻进参数进行控制，再通过反复扫孔来保证孔的垂直度，具体做法为进入岩层后采用“进二退一”方法钻进，即钻进2m后再提钻退1m重新钻进，反复扫孔以保证孔形，并加装钻头稳定器，提高钻头导向作用，当钻头到达-65m后，再全速钻进，直到终孔。
通过以上方法的实施，第二轮以后的钻孔桩成孔质量得到提高，一次成孔率达100%，大大提高了成孔效率，钻孔桩施工于2010年3月22日完成，施工时间为7个半月，平均成孔周期为25天左右，达到计划目标。
7、结语
马鞍山长江公路大桥左汊悬索桥中塔钻孔桩直径大、桩长、入岩深度大、地质条件复杂，钻孔桩施工能否顺利完成对中塔的质量、工期有重大影响。
从施工过程分析，中塔钻机选型、采用的钻进参数及控制方法比较合理，当成孔过程中出现问题时，根据地质资料、检测数据、施工方法对问题原因进行分析，找出最主要的影响因素并制定相应的措施，并在实施过程中加以落实并持续改进，保证了钻孔桩施工的质量和进度，取得了较好的效益。
《马鞍山长江公路大桥左汊悬索桥中塔大直径钻孔桩施工技术》
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