客運專線鉆孔樁高壓風輔助清孔工法匯報材料

1、客運專線鉆孔樁高壓風輔助清孔工法匯 報 材 料中鐵四局集團有限公司2006-7-24 廣東·花都一、客運專線橋梁樁基孔底沉渣控制的重要意義橋梁是客運專線的重要組成部分，比例大，橋梁長，其主要功能是為列車高速運行提供具有高平順性、穩(wěn)定的橋上線路。而全面采用無碴軌道是客運專線發(fā)展趨勢，橋上無碴軌道對橋梁變形控制提出更為嚴格的要求?？瓦\專線鐵路橋梁墩臺基礎的工后沉降，一直是鐵路建設施工控制的重要指標，工后沉降控制十分嚴格。京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定（上冊）第6.3.9條規(guī)定，橋梁基礎工后沉降對于無碴軌道，墩臺均勻沉降不得大于20mm，相臨墩臺不均勻沉降差不得大于5mm。客運專線鐵路橋涵工程施

2、工質量驗收暫行標準(鐵建設2005160號)第6.5.5條規(guī)定，樁底沉渣必須清除干凈?？瓦\專線橋梁鉆孔樁的樁底沉渣厚度大小，直接影響到橋梁墩臺的工后沉降，采取有效措施來控制樁底沉渣，將沉渣清除干凈，保證橋梁墩臺工后沉降在設計規(guī)定之內。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，常規(guī)鉆孔施工工藝，很難將樁底沉渣清除干凈，為保證客運專橋梁樁基沉渣能夠清除干凈，需要對原工藝進行改進，從根本上解決普通沖擊鉆孔工藝難以解決孔底沉渣的難題。二、工程項目概述由我單位負責承建的新廣州及相關工程區(qū)間站前工程ZQ-1標及試驗段，起訖里程DK2167+000DK2197+300，正線線路長度30.342雙線公里，該區(qū)段內共有特大橋4座、大

3、橋1座(不含聯(lián)絡線)，橋梁全長21.751km，占線路總長的71.7%，全部設計為鉆孔灌注樁基礎，其中100cm鉆孔樁77623m、125cm鉆孔樁69306m、150cm鉆孔樁 5128m、200cm鉆孔樁1586m，總樁長達到15.4萬米，基礎工程數(shù)量頗大。幾座橋均處于石灰?guī)r分布地段，大部分墩臺揭露有溶洞，現(xiàn)有地質勘探揭示，溶洞分布率達到50%以上。上覆地層基本為沖洪積砂層和土層，厚度一般525m不等，巖向起伏變化較大，溶溝、溶芽發(fā)育，屬不均勻地基，樁基施工難度較大，若對溶洞發(fā)育地段處理不當，將嚴重危及工程施工安全和場地穩(wěn)定性。本項目鉆孔樁工作量大，地質條件十分復雜，在鉆機選用時應結合地質

4、情況合理配置。由于巖溶十分發(fā)育，樁基的入巖深度較大，若采用回轉鉆機，則在巖層中鉆進效率太低，嚴重影響施工進度；若采用沖擊反循環(huán)鉆機，則對于上覆砂層易造成塌孔（砂石泵功率大，泥漿循環(huán)速度快，砂層易被泥漿掏穿），此外，這種鉆機目前市場占有率低，大量引進使用的難度大。采用常規(guī)的沖擊鉆機，適宜于本項目所處地質條件的鉆孔作業(yè)，成孔效率高，易于控制，成孔工藝成熟。但由于常規(guī)沖擊鉆機采用的泥漿正循環(huán)工藝，對孔底沉渣難以清除干凈，大量實踐經(jīng)驗表明，泥漿正循環(huán)清孔作業(yè)時間長（一般都在4小時以上方可），孔底沉渣很難徹底清除干凈。須采用一種輔助的清孔方法來解決此問題?；诖?，借鑒其它項目采用高壓風清孔的經(jīng)驗，本項目

5、鉆孔樁計劃全部采用高壓風輔助清孔的施工工藝。為完善高壓風輔助清孔工藝，我們在京廣線改線特大橋上做了大量試驗和研究，總結和完善施工工藝，并形成工法，推廣使用。二、規(guī)劃與組織1、目標通過大量試驗與研究，總結出高壓射風輔助清孔的工藝，從根本上解決鉆孔樁孔底沉渣難以清除干凈的問題，并形成工法，在客運專線的建設中推廣使用。2、組織機構為解決鉆孔樁樁底沉渣難以清除干凈的問題，中鐵四局新廣州站項目經(jīng)理部特成立了“客運專線鉆孔樁高壓射風輔助清孔施工工藝”課題攻關小組，集團公司副總經(jīng)理甘百先副總經(jīng)理親自指導和參與了本工法的開法，集團公司副總工程師鄧民、項目常務副經(jīng)理薛模美主持了本工法的開發(fā)，相關參與人員如表1示

6、。試驗小組成員分工表 表1姓名職務職稱小組中任職職 責甘百先集團公司副總經(jīng)理項目經(jīng)理教授級高工組 長全過程總協(xié)調鄧 民集團公司副總工程師教授級高工副組長全過程技術指導薛模美常務副經(jīng)理高工副組長全過程施工負責吳 榃總程師高工組 員全面負責技術工作楊 銘現(xiàn)場技術負責高工組 員現(xiàn)場技術負責另本春試驗負責人工程師組 員現(xiàn)場試驗負責曾 偉測量負責人工程師組 員現(xiàn)場測量負責黃光平機械負責人工程師組 員現(xiàn)場機械負責涂碧海分部副經(jīng)理工程師組 員現(xiàn)場協(xié)調楊瑞鋒技術主管組 員試驗數(shù)據(jù)的采集與整理周軍試驗員組 員現(xiàn)場試驗檢測3、課題計劃2005年12月18日，成立課題攻關小組，建立組織機構；2006年1月1日至20

7、06年3月30日，試驗研究階段；2006年4月1日至2006年6月30日，效果驗證階段；2006年7月1日至7月20日，課題總結、資料整理階段；2006年7月21日至7月25日，形成工法，上報審批。4、試驗過程2006年1月3日，我們選擇京廣改線特大橋15號墩1號樁進行泥漿正循環(huán)輔以高壓風清孔的首次試驗。改線特大橋15-1樁設計樁長15米，樁徑1米，圓型柱樁設計。樁基地質情況自原地面向下依次為：2.8m粉質黏土，4.2m砂性土，1.9m粉質黏土，1.6m灰?guī)r，1.4m有黏土填充溶洞，0.7m灰?guī)r，1.4m有黏土填充溶洞，2.77m灰?guī)r 。試驗工藝15-1樁鉆進至設計深度后進行泥漿正循環(huán)清孔，將

8、孔底沉渣清除干凈，量出此時成孔孔深；停止清孔，每半小時測量孔深，并測量泥漿性能指標；沉淀2.5小時后，測量孔深和泥漿指標，測出沉渣厚度。然后立即往孔內送高壓風，風壓根據(jù)下式計算:Ph+0.1=0.013×17+0.1= 0.321 MPa（-泥漿比重，h-孔深），取0.35MPa。同時開啟泥漿泵進行泥漿正循環(huán)清孔，清孔3min后停止，迅速測量孔深、孔底沉渣厚度和泥漿指標。進行成孔檢查，合格后立即吊放鋼筋籠、安裝導管，測出此時沉渣厚度和泥漿指標，采用泥漿正循環(huán)清孔方法清孔并調整泥漿指標。做好混凝土灌注準備工作，第二次采用高壓射風正循環(huán)清孔3min后，檢測混凝土灌注前各項指標，迅速進行水

9、下混凝土灌注。試驗過程2006年1月3日9：0014：40對京廣改線特大橋15-1樁進行高壓風正循環(huán)清孔試驗，試驗過程見表1。7:30停止鉆進，自7：309：00采用泥漿正循環(huán)方法清孔1.5h后，9：01測得孔深（孔底至護筒頂）17.10m，孔底標高-14.00m(設計孔底標高-13.97m)，15-1樁終孔。自9：0111.27沉淀2.5小時，每半小時測量孔深和泥漿指標，測出自終孔后到沉淀2.5小時這一段時間的沉渣厚度，過程記錄見表1。11:27分往孔內送高壓風，風壓0.35MPa，同時開啟泥漿泵進行泥漿正循環(huán)清孔，孔內泥漿面翻騰冒泡，清孔3min后停止，然后立即測量孔深、孔底沉渣厚度和泥漿

10、指標并記錄。高壓空氣清孔試驗過程表 表1序號時間孔深孔底標高（m）沉渣厚度(cm)泥漿指標備注比重（g/cm3）粘度（s）含砂率（%）19：0117.10-14.0001.27285終孔后量測29：3017.10-14.0001.26266310：0017.05-13.9551.28256410：3017.02-13.9281.28265511：0017.00-13.90101.24285清孔前量測611：2717.10-14.0001.302910清孔后量測711：2712：3517.05-13.9551.26265吊籠、下導管后量測812:3514:3517.07-13.9731.1191

11、.8二次清孔、調整泥漿指標914:3514:4017.10-14.0001.1192高壓風清孔自11：2712：35分,15-1樁吊放鋼筋籠、下放導管，12：35分14：35二次清孔前量測孔深17.05m，孔底標高-13.95m，孔底沉渣5cm，泥漿指標：比重1.26 g/cm3,粘度26s，含砂率5%。清孔并調整泥漿指標兩小時后，孔底沉渣3cm，泥漿指標：比重1.1 g/cm3,粘度19s，含砂率1.8%。14：3514：40分進行第二次高壓風正循環(huán)清孔，風壓0.35MPa。為防止開始清孔時，孔底空氣壓力過大導致孔底形成氣囊，當氣囊壓力逐漸增大至一定數(shù)值時，帶動孔內泥漿突然不均勻上翻，高壓風

12、清孔開始時空氣壓力應為h+0.03=0.251 MPa，清孔過程中空氣壓力逐漸增大，直至0.35MPa。同時開啟泥漿泵進行泥漿正循環(huán)清孔，孔內泥漿面翻騰冒泡，清孔3min后停止，測量孔深、孔底標高和泥漿指標，達到指標后立即灌注水下混凝土。5、試驗結論從整個試驗結果可以得出，高壓射風輔助清孔，可以在很短時間內將孔底沉渣翻起，效果明顯。現(xiàn)場試驗取樣發(fā)現(xiàn)，高壓射風輔助清孔時，開始時泥漿含砂率迅速上升，從護筒出漿口撈取的渣樣中，含有較大顆粒的石渣，證明高壓射風對加快泥漿含砂率的調整有促進作用。三、效果驗證2006年2月18日，我們對京廣改線15-1號樁進行了地質取芯，取出的芯樣完整，樁底混凝土與巖層結

13、合密實。15-1號樁底沉渣清除干凈。另外，該泥漿正循環(huán)加高壓風清孔工藝在京廣改線特大橋16-3、19-5、12-1樁也進行了使用，鉆孔取芯表明，3根樁的樁底沉渣均清除干凈。高壓射風輔助清孔發(fā)揮了有效的作用。在武廣客專線新廣州站新街河特大橋鉆孔樁施工中，每根樁均采用高壓射風輔助清孔，通過取芯、小應變、超聲波等無損檢測，全部為I類樁，效果良好。滿足了客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準第6.5.5條“澆筑水下混凝土前應清底，孔底沉渣應清除干凈，滿足客運專線鐵路相關設計規(guī)范及設計文件提出的沉降要求”的規(guī)定。四、體會實踐證明，采用高壓風輔助清孔，基本可以將孔底沉渣清除干凈，使樁基工后沉降大大減少。

14、此外，采用高壓風輔助清孔，縮短了清孔時間，尤其是縮短了從成孔到成樁的間隔時間，施工進度有所加快，比常規(guī)清孔工藝縮短清孔時間24小時以上。節(jié)約用電，鉆機及泥漿泵等設備工效有了提高，成本也有所降低。高壓風輔助清孔，采用的均為常規(guī)機械設備，操作工藝簡單，效率較高，一臺清孔設備可供1520臺鉆機使用，真正實現(xiàn)了投入小，見效快。本工法在實施中尚需進一步完善，施工工藝仍有待探討之處，在實施中，根據(jù)實際情況進一步修訂和完善。敬請各位專家提出批評和指正。 2006-7-24附件1 孔底沉渣檢測抽芯取樣照片基巖樁身混凝土附圖1 15-1鉆芯取樣照片圖2 19-5（4月17日）鉆芯取樣照片圖3 16-3（4月13

15、日）鉆芯取樣照片圖4 12-1（5月13日）鉆芯取樣照片附件2 工法中有關參數(shù)的試驗1、關于第一次清孔換漿時泥漿指標的問題第一次清孔換漿，是在鋼筋籠進場和終孔報檢期間完成的。其目的主要是為了保證孔壁的穩(wěn)定，避免因停止泥漿循環(huán)而導致孔底沉渣過厚。實驗表明，終孔后若泥漿停止循環(huán)，2小時后孔底沉渣將達到10cm以上。但泥漿比重不宜過小，是為了保證孔壁的穩(wěn)定，一般來說，當泥漿比重達到1.25時，就可以保證孔壁的穩(wěn)定。而含砂率在正常清孔時，較難降下來，保持2小時以上的循環(huán)換漿，可以將含砂率降至4%左右，因此，將第一次換漿清孔的泥漿含砂率定在4%，主要是因為第次換漿清孔的時間較短，再降低的難度較大。粘度可

16、以通過換漿進行調整，其指標達到1622s不難做到。2、高壓射風清除孔底沉渣的時間由于孔底采用高壓射風清除沉渣的機理無法觀察到，但可通過模仿試驗來進行驗證，根據(jù)試驗結果來確定高壓射風翻動孔底沉渣所需要的時間。試驗方法是：從正在施工的鉆孔樁泥漿中用撈篩從泥漿中取得足夠量的石渣，清洗干凈，將原樣取回試驗室存放；采用直徑1.25m的鋼護筒，將一端用6mm厚鋼板焊接封底，形成一個儲水容器，保證不漏水；將清洗干凈的渣樣平整攤鋪于容器底，其厚度不得小于100mm；向容器內加入鹽水，鹽水的比較為1.1。加不至容器頂以下30cm為止；將高壓風管及噴風口置于容器中央，噴風口距離沉渣頂面50mm；啟動空壓機，待風壓

17、達到計算值后開啟閥門，向容器內送風，并擺動噴頭，同時用錄像機記錄在風力作用下渣樣的懸浮情況，并用肉眼觀測容器底沉渣的余留情況；根據(jù)試驗結果得出清孔所需時間。試驗結果表明：高壓噴風口距離沉渣面10cm時，噴出的高壓風可將噴風口周圍50cm半徑的沉渣徹底翻起，如圖1、圖2示。對于直徑2m以內的樁，噴風口環(huán)向間距在50cm左右時，其影響線可包絡整個孔底。根據(jù)試驗觀測，對于直徑1.25m的樁孔，3min可以將整個沉渣翻起，而每個噴口位處連續(xù)射風30秒，其影響范圍內的沉渣可基本全部懸浮起來。圖1 高壓射風清孔影響范圍示意圖圖2 高壓射風清孔影響范圍包絡示意圖3、高壓射風輔助清孔縮短清孔時間的測定選擇樁長相同、地質條件基本相似的兩根樁，作對比試驗，其中1根樁采用高壓射風輔助清孔，另一根樁僅采用常規(guī)的泥漿正循環(huán)清孔，在換漿清孔過程，每10min檢測一次泥漿的含砂率（實踐發(fā)現(xiàn)，泥漿中的含砂率降不下來是導致清孔時間過長的直接因素）。檢測結果如圖2所示。從實際檢測結果可以看出，采用高壓射風輔助清孔，對于直徑125cm、樁長25m的樁，可