深水倾斜岩面大直径超长钻孔桩施工工法.ppt
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1、,深水倾斜岩面大直径超长钻孔桩施工工法中国中铁股份有限公司 王海平2013年3月30日,1.工法产生背景1.1工程背景,广东省广佛江快速通道江顺大桥工程项目由广东省发展和改革委员会批准建设,项目建设单位为江门市滨江建设投资管理有限公司。江顺大桥采用BT模式组织建设,通过公开招标由中国中铁股份有限公司和广东省公路勘察规划设计院股份有限公司联合体中标。江顺大桥是连接江门市蓬江区和佛山市顺德区的交通枢纽,项目的建设,对于完善地区公路网络,满足不断增长的西江两岸交通运输需求,适应江门市政府的北上发展战略,促进江门市和滨江新区的经济发展,以及加强与佛山地区的经济交流等方面,均具有重要意义。,1.工法产生
2、背景1.1 工程背景,东 塔Z3#墩,西 塔Z4#墩,1.工法产生背景1.2 技术背景,江顺大桥设计为双向6车道,时速80km/h,一级公路兼城市快速路。主桥为双塔双索面钢混混合梁斜拉桥,跨径布置:(60+176+700+176+60)m,主桥全长1172米,为广东第一大跨斜拉桥。主塔基础采用钻孔桩+圆哑铃型承台基础;主塔为H型塔,空心箱型断面;斜拉索为平行高强钢丝斜拉索,钢锚梁锚固;主梁为钢箱梁,配重梁为混凝土梁;支承体系采用半漂浮体系。,1.工法产生背景1.2 技术背景,江顺大桥设计技术标准:设计基准期:100年道路等级:六车道一级公路主线设计行车速度:80kmh主线设计车道:双向6车道,
3、标准断面全宽39m设计洪水频率:300年一遇设计汽车荷载:公路-级抗震设防标准:P1概率100年10%,P2概率100年4%最高通航水位(85高程):7.23米通航净空:主航道净65022米,单孔双向通航。,1.工法产生背景1.2 技术背景,主塔Z3号、Z4号墩处高水位施工时水深超过20m,基岩局部为构造角砾岩、碎裂岩及其风化层,入岩层面倾角最大约60且突变现象非常明显,在如此复杂的条件下施工3.0m大直径、钻孔深度超过100m的桩基础,施工难度非常大,采用常规钻孔设备和钻孔工艺则很难保证成孔质量。,1.工法产生背景1.3 技术水平,在深水区复杂地质大角度倾斜岩面施工大直径超长钻孔桩,钻孔时因
4、桩径大、深水、钻孔深度大、钻岩厚达20多米、工程地质复杂等情况,因此需要功率大、自重大、工作扭矩大的KTY4000型液压动力头旋转钻机进行施工,在大角度倾斜岩层入岩钻进、软硬不均的岩层中钻进的难度大,对施工工艺要求高。本工法有效解决了工期要求紧、环保要求高等难题,应用效果达到国内领先水平,对同类工程具有较大的借鉴作用。,2.工法特点2.1 质量、安全方面2.1.1 成孔质量高,扩孔率低,由于覆盖层较为松散、卵石层较厚、特别是入岩处的中砂层和粗砂层尤其松散、破碎,桩基成孔时易形成坍塌和扩孔,增大扩孔率。通过调整泥浆含砂率、改变入岩处泥浆性能、去除钻杆稳定器、减小入岩处风压、降低钻压加快转速等措施
5、,保证了成孔质量,有效地减小了扩孔率。,2.工法特点2.1 质量、安全方面2.1.2 桩基施工安全零事故,江顺大桥主塔墩处水深达20多米,水流湍急,且处于强台风区,安全风险较大。通过全面贯彻“安全第一,预防为主”的安全生产管理方针,牢固树立“安全零事故”的安全管理理念,实现“三无,一杜绝,一创建”即“无重伤、无交通事故、无火灾事故,杜绝伤亡事故,创建安全文明工地”的安全管理目标,建立一系列安全管理体系、制度,并认真贯彻执行,最终确保了桩基施工安全零事故。,2.工法特点2.2 工期、进度方面2.2.1 岩面处钻进快,成孔效率高,桩基入岩处岩层倾角极大,而且从粗砂层或中砂层直接过渡到较硬的中风化粉
6、砂岩或中风化构造角砾岩,中间没有较软的强风化层过渡,给垂直入岩带来了极大的困难,同时也增加了钻成斜孔而无法保证成孔质量的风险。通过不断施工摸索和试验,总结出了一套有效的破斜岩钻孔方法,加快了入岩处垂直入岩的速度。KTY4000型液压动力头旋转钻机采用反循环方式钻孔,施工时钻碴经过钻杆、出浆管、沉碴桶和分离器后分离出去,钻进速度快,成孔效率高。,2.工法特点2.2 工期、进度方面2.2.2 清孔时间短,KTY4000型液压动力头旋转钻机在钻至离桩底3m左右时开始启动泥砂分离器,并同时调整泥浆指标。钻机钻到设计桩底标高后,进行泥浆循环分碴,一般经过6h左右后,沉碴厚度和泥浆性能指标满足规范要求。下
7、完钢筋笼,二次清孔4h左右后,沉碴厚度能够满足施工规范要求。,2.工法特点2.2 工期、进度方面2.2.3 大幅度缩短工期,利用KTY4000 型旋转钻机采用本工法与传统的冲击钻机等施工相比,钻进速度快,且该钻机两次清孔时间为10h左右,而冲击钻机两次清孔时间为3天左右,单桩成孔总时间累计减少15天左右,大大缩短了工期。,2.工法特点2.3 节约成本、经济效益方面2.3.1 时间、人力、电力资源节约,配备KTY4000型旋转钻机采用本工法,大大缩短了桩基施工工期,从而节约了大量时间、人力。冲击钻机与KTY4000旋转钻机清孔使用的泥浆泵功率相同,而KTY4000型旋转钻机清孔时间较短,故KTY
8、4000旋转钻机清孔可以节省大量用电,节省了大量的电力资源。,2.工法特点2.3 节约成本、经济效益方面2.3.2 钻孔材料资源节约,KTY4000型旋转钻机钻大角度倾斜岩面快,不需要辅助措施;而冲击钻机钻大角度倾斜岩面慢,需要反复回填冲进;KTY4000型旋转钻机施工比冲击钻机施工可以节省大量片石和黄泥,从而降低成本。KTY4000型旋转钻机泥浆可重复利用,第二轮可以用第一轮泥浆,可以节省一半泥浆,冲击钻机一般是排走丢弃,旋转钻机施工节省泥浆,从而降低成本。,2.工法特点2.3 节约成本、经济效益方面2.3.3 混凝土资源节约,KTY4000型旋转钻机扩孔率为8%左右,而冲击钻机扩孔率为14
9、%左右,旋转钻机施工比冲击钻机施工可以节省大量混凝土,从而降低成本。,3.工艺原理,提前施工钢栈桥至施工的桥墩处,在墩位处搭设钻孔平台,APE400B震动锤插打钢护筒,安装挂桩分配梁后进行钻孔桩施工。桩位处安装钻机,桩中心对位,接长钻杆钻孔至离钢护筒底口2m止,进行PHP泥浆造浆,接长钻杆钻孔出护筒口,继续钻进至入岩面处(根据地层调整参数),进行大角度倾斜岩面破岩,直到钻头全部进入岩层后恢复正常钻进,在钻头离设计标高3m时开动泥砂分离器分砂调浆,钻至设计桩底标高,清孔、提钻、检孔、下钢筋笼、二次清孔、水下混凝土灌注(泥浆抽回泥浆池回收),后续桩基钻孔施工则利用回收泥浆以节省成本。,3.工艺原理
10、,KTY-4000型液压动力头旋转钻机技术参数,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,(1)大角度倾斜岩面入岩钻进技术在进入岩层阶段,及时降低钻进压力,入中风化岩面钻压控制在7.58.5Mpa之间,同时转数增加到67rpm,利用高速旋转的钻头刀齿对斜岩面突出部分进行撞击滚压,将斜面突出部分撞碎碾平,使该部分孔壁趋于顺直,每钻进20cm提起钻头复扫一次,复扫时要确保钻杆不晃动。循序钻进直到稳定器顺直进入岩层(即入岩3m之后),再适当加压增加进尺速度。,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,大角度倾斜岩面入岩钻进技术入岩后每一节钻杆钻完,都要提起整节钻杆用吊线法测量钻杆
11、垂直度,然后空转扫孔观察扭矩表指针变化情况和钻杆晃动情况,结合测量结果分析孔型偏向和偏差值,并做好记录。如果钻杆晃动大以及扭矩指针跳动急促,则孔型偏斜,提升钻头到不晃的位置,轻压慢转,反复扫孔,直至基本无晃动和扭转变化值小于2为止。,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,软硬不均岩层的钻进技术对于地层强度差异较大而造成地层软硬不均的部位,钻机在岩层钻进时会出现钻机跳动、剧烈抖动和不进尺现象。经过仔细观察,发现桩孔同一截面的岩石强度不均匀,钻头磨动经过软硬不均的地方出现跳动,长久之后会出现大的坑洞,同时钻机会出现剧烈抖动,等坑洞足够大可以容纳刀具没入坑洞中时,钻机转速和钻压过大后会
12、将,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,软硬不均岩层的钻进技术钻头上的刀具一个个剪掉,刀具脱落多了,钻头磨在脱落的刀具上面就会不进尺。主要解决办法是:提出钻头,仔细用电磁铁将脱落的刀具全部吸起来,换上新的刀具,下钻头,减压慢速用钻头将坑洞磨平,再恢复正常钻进。,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,高效排渣二次清孔技术清孔过程:在高压空气作用下,泥浆顺着钻杆中心管从孔底抽出,经动力头后沿排浆管进入沉碴桶,通过沉碴桶顶部的消能器钢网筛直接筛去粒径大于2cm的钻碴,筛后泥浆经沉碴桶沉淀后一部分直接经回浆管流回孔内,另一部分经泥浆处理器再次将砂石筛分排除,处理后的泥浆经
13、回浆管流入桩孔内循环。沉碴桶和泥浆处理器产生的钻碴经溜槽落入泥碴船中。,4.关键技术创新点与操作要点4.1 关键技术创新点,高效排渣二次清孔技术一次清孔在钻进到桩底差3m左右开始,采用钻机的泥浆循环系统对孔内的泥浆进行置换和调制,从孔底不断抽出泥浆经泥浆处理器进行降砂处理后流回孔内,泥浆比重随含砂率的减小而降低,同时投放适量的纯碱及聚丙烯酰胺调节。钻进到设计标高后将钻头提到离孔底30cm连续清孔约4h后,泥浆指标满足要求。二次清孔在下完成钢筋笼后立即进行,沉碴厚度和泥浆指标满足规范要求。,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.1 钻孔平台施工,平台桩钢管采用打桩船施工,柴油锤型号
14、选用D80,俯仰桩均可插打。平台钢管桩桩帽和接系利用200t浮吊安装,纵、横贝雷梁组采用浮吊安装,最后铺设220分配梁和1cm厚钢面板。钢护筒采用APE400振动锤进行插打施工,由于墩位处水深较深,且流速较急,采取设置双层导向架控制钢护筒垂直度及平面位置,采用平潮时定位插打的办法,确保钢护筒垂直度满足要求。,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.1 钻孔平台施工,打桩船插打钻孔平台钢管桩,安装平台桩间连接系,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.1 钻孔平台施工,双层导向钢护筒插打,钢护筒插打到位,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.2 钻头选型及钻
15、具配置,钻头选择通过对重型六翼刮刀钻头和滚刀钻头钻孔速度及提拆钻杆时间对比,发现在覆盖层时采用刮刀钻头钻进较快,但在入岩改换滚刀钻头时需提钻换钻头,耽误时间较长,综合对比分析,覆盖层与岩层均采用滚刀钻头较为合理。,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.2 钻头选型及钻具配置,钻头选择,刮刀钻头,滚刀钻头,4.关键技术创新点与操作要点4.2 操作要点4.2.2 钻头选型及钻具配置,钻具配置KTY-4000型旋转钻机的钻具组成(从下往上):楔齿滚刀钻头(15t)+风包(1.0t)+钻头稳定器(5t)+钻铤加配重(50t)+异径接头(1t)+部分钻具加钻杆稳定器(2t),总重约74t,
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