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青藏鐵路清水河大橋鉆孔灌注樁施工

發布日期:2014-08-26 查看次數:1439

    [摘要]介紹了青藏鐵路清水河特大橋在高原多年凍土區施工鉆孔灌注樁時遇到的困難及采取的一系列有針對性的措施。

    [關鍵詞]樁基工程;凍土區施工;鉆孔灌注樁;橋梁

     青藏鐵路清水河特大橋位于楚瑪爾河高原地區,是介于可可西里自然保護區不凍泉保護站和索南達杰自然保護站之間的青藏鐵路上最長的1座以橋代路特大橋。該橋全長11690m,設計樁數4000余根,有效樁長18-28m,設計樁徑1000、1250mm。我公司承接該大橋部分樁基礎施工,于2002年4月20日正式開工,當年9月10日完工,共計完成6000延米樁基施工。

    1、工程地質條件

    根據勘察報告該地區地層分布如下:①粉質砂土層 埋深0-5m;②粉質粘土、粉土層 埋深2-7m;③含土冰層 埋深5-9m;④泥質灰巖層 埋深7-11m;⑤冰層 埋深11-16m;⑥泥質灰巖層 埋深16-21m;⑦富冰凍土層 埋深21-25m;⑧泥質灰巖層 埋深25-30m。

孔口標高一般為4450-4600m,屬青藏高原多年凍土地帶。寒季施工時距清水河100m以外區域地下埋深約21m,暖冬施工時受多年凍土融化影響,地下水位抬升至10m左右。

    2、成孔工藝及主要施工機具

    清水河特大橋正式開工時仍屬寒季,因其施工10月份才能結束,故要綜合考慮寒季、暖季施工采取的不同工藝措施。

    ⑴ 施工機械 根據地質資料反映的地層情況及巖土的工程性質,采用旋挖鉆機成孔。施工采用德國寶峨公司生產的BG22旋挖鉆機2臺。

    ⑵ 鉆具配備 按常規配備桶式鉆頭、桶式清渣鉆頭外,針對青藏鐵路多年凍土區凍土層較厚、冰層普遍分布、入巖深度較深的特殊要求,增加配備螺旋鉆頭、錐式螺旋鉆頭、巖芯鉆頭。

    ⑶ 泥漿處理系統 因清水河特大橋處在可可西里自然保護區東邊緣,生態環境相當脆弱,泥漿處理不能以犧牲環境為代價,故配備移動式泥漿箱,以備在暖季需泥漿護壁成孔時使用。

    ⑷ 成孔工藝 清水河特大橋寒季采用干作業成孔,暖季視凍土融化程度采用泥漿護壁成孔。

    3、施工中出現問題及解決辦法

    3.1 泥質灰巖層鉆進困難的處理

    在多年凍土區的泥質灰砂巖,因其層理和裂隙不甚發育,且在地層中呈透鏡體狀分布,進尺過程中會出現以下情況:①鉆進進尺困難;②因巖層分布不均導致鉆偏離樁中心。

    在施工中采取下列措施解決以上問題:①對進尺困難,采取錐式螺旋鉆鉆進,并將錐式螺旋鉆底部“一”字型排列的雙向四齒組合錐頭改為等邊三角形三齒組合,并根據施工情況相應改變螺旋片上齒的排列切削角度,從而達到了理想的效果。改進后,泥質灰巖鉆進時間從5-6h/m縮短至1h/m。②認真研究地質報告,在穿越泥質頁巖殲滅區或鄰樁出現孔斜地段時,采用巖芯鉆鉆進,利用巖芯鉆的線切割將孔引正,之后再采用相應鉆具鉆進。

    3.2 凍土鉆進時的“糊鉆”處理

    在鉆進過程中,因鉆頭于切削土體的摩檫,產生一定的熱量,這部分熱量雖不能全部融化凍土層,但會造成隨鉆頭帶上來的土體部分融化而粘附于鉆頭上。

    在干作業成孔過程中多采用螺旋鉆施工,融化粘附巖屑會導致進尺效率低下,影響成孔速度。為此,我們根據施工情況,對螺旋鉆頭采取以下措施,解決了這一問題:①將雙向進土螺旋鉆改為單向進土螺旋鉆;②增加螺距,減小成孔過程中的擠密效應;③提鉆前多反轉,使擠密在螺旋片中的巖土體松散;④制作專用刮土器,起鉆后螺旋鉆葉片在刮土器作用下快速刮除。

    3.3 含冰土層、冰層鉆進時滑鉆的處理

    含土冰層、冰層在場區均有分布,且局部冰層達10m厚,冰層在施工時常有鉆頭滑鉆的情況。

在施工過程中采用中空的巖芯鉆先對冰體進行切割,然后再用桶式鉆頭或螺旋鉆頭將其取出孔外的辦法進行處理。在部分土層施工時,盡量減少反轉,可用巖芯鉆直接將切割冰柱體取出孔外。

    3.4 有地下水涌出時巖層的鉆進

    在地下水涌出時,螺旋鉆不能將所鉆巖屑帶出孔,需要螺旋鉆、桶式鉆頭配合使用。桶式鉆頭因其有良好的密封性能,可將鉆孔中巖屑悉數取出,并在施工中具有泥漿置換功能。

    3.5 熱融坍塌的處理

    受氣溫及人為活動影響,在暖季多年凍土熱平衡狀態受到破壞。施工措施不當,會造成鉆孔上部坍孔,嚴重的還會造成串孔,影響鄰樁施工,更有甚者會導致機毀人亡的安全事故。

    為防止成孔過程中的熱融坍塌和成樁后的凍脹,清水河特大橋在設計時就設計要安放永久護筒。永久護筒為鋼護筒,直徑較樁徑大100mm、長4000mm,外圍涂抹改性瀝青防凍層。

    但在實際施工中,護筒的長度不能滿足暖季最大融化深度的要求,因此,在施工過程中我們充分考慮了溫度影響造成的多年凍土最大融化深度的變化趨勢,結合場地不同地段的地質條件,采用加長護筒的方法來預防熱融坍塌對成孔造成的不良影響。具體護筒的加長長度視不同地段地質條件確定,最深達12m。

    鋼護筒的埋入方式,采用旋挖鉆機動力頭加壓穩定下壓或邊鉆進邊跟進護筒的方式埋設,減小了對高溫不穩定區多年冰土層的擾動。

    3.6 混凝土溫度的控制

   清水河特大橋樁基工程是采用保護多年凍土原則設計的,混凝土入模溫度對清水河多年凍土熱平衡狀態的影響至關重要,因此,嚴格控制混凝土入模溫度是能否保持多年凍土區的熱平衡狀態不遭破壞的關鍵。

    混凝土攪拌采用專門為青藏鐵路研制的適用于多年凍土地段混凝土工程施工需要的DZ-1和DZ-3型低溫早強高性能混凝土外加劑,該系列產品兼具促使混凝土低溫(負溫)早強、耐腐蝕、耐風蝕、高抗凍、高抗滲等性能。

    DZ-1和DZ-3型外加劑的摻量為內摻10%,規定溫度為-20℃時橋梁基礎灌注。在最低氣溫超過混凝土外加劑規定溫度時,采取相應措施,使混凝土養護期間的溫度不低于外加劑的規定溫度。

    暖季施工時,為降低入模混凝土溫度,可選擇晚上較冷時施工,在8-9月混凝土灌注一般在晚上6時至次日上午8時進行,混凝土在制備時采用冰降低水溫,冷風機吹冷骨料等措施降低制備溫度。

    寒季施工時,為提高混凝土入模溫度,采用搭設暖棚蒸汽加熱石料,炒砂加熱砂溫,加熱施工用水和在運輸車上覆蓋保溫罩,縮短澆灌時間等措施來保證混凝土的入模溫度。

    3.7 斷樁的處理

    在混凝土澆灌過程中,因混凝土供應不及時,混凝土性能不能滿足水下澆注的需求時,會導致斷樁事故,現將處理斷樁的幾項措施介紹如下:

    ⑴干孔澆注時斷樁 ①拔出導管,清理導管內殘留混凝土;②對初灌混凝土尚未初凝的樁,將清理過的導管重新插入混凝土面以下1m左右,用大料斗繼續灌注,直至灌注結束;③對初灌混凝土已初凝的樁,要迅速調集鉆機,采用小鉆頭將鋼筋籠中混凝土掏出,重新下導管灌注。還可采用人工清理混凝土面至全斷面均為新鮮混凝土,并將混凝土面鑿毛,沿鋼筋籠內側設壓漿管,管底在接樁界面,然后再重新灌注混凝土,待混凝土達7d齡期后進行壓漿固結密實。

    ⑵泥漿護壁樁孔斷樁 ①拔出導管,用鉆機采用小鉆頭掏空鋼筋籠中混凝土后,將鋼筋籠攪出,重新安放鋼筋籠,進行后續工序施工;②用沖擊鉆將混凝土及鋼筋籠重新沖擊成孔,之后進行后續施工;③采用大料斗預先裝滿砂漿后沖擊插入已灌注混凝土中,待澆注正常后繼續澆注混凝土的方法接樁處理。

    此文已在建設部優秀科技期刊《施工技術》2004年5期上發表。

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