沖擊鉆機(jī)在前山車(chē)站特大橋中的應(yīng)用

沖擊鉆機(jī)在前山車(chē)站特大橋中的應(yīng)用

1孤石的分布與形態(tài)在樁基上建造孔的方法很多，但適用的地質(zhì)條件不同。沖擊鉆機(jī)因其適用地質(zhì)條件較廣,被大量應(yīng)用于工程施工中,且在其他成孔方法遇到難以處理的地質(zhì)情況時(shí),它也能被作為“尖兵”使用,但若在鉆孔施工中碰到孤石則處理難度較大。孤石一般分布在花崗巖和石英砂巖地區(qū),其分布無(wú)規(guī)律且通常為單個(gè)形態(tài),偶爾也見(jiàn)串狀孤石群。孤石垂直厚度一般為0.5~10.0m,主要成分為硬度較大的弱~微風(fēng)化或新鮮巖體,產(chǎn)狀各異,一般都帶有一定傾角,形狀近似橢圓形。沖擊鉆機(jī)鉆孔遇到孤石時(shí)沖擊成孔難度較大,導(dǎo)致速度減慢,加上鉆頭(錘頭)較易損壞造成成本較高、經(jīng)濟(jì)效益較差,且容易發(fā)生卡鉆、偏孔、縮孔,擴(kuò)孔等技術(shù)問(wèn)題。2橋跨總體布置新建鐵路廣州至珠海城際軌道交通工程線(xiàn)路主線(xiàn)從新廣州站引出,經(jīng)順德、中山至珠海拱北,全長(zhǎng)115.6km(含長(zhǎng)鏈11.6km),共設(shè)21個(gè)車(chē)站。前山車(chē)站特大橋位于珠海市前山,長(zhǎng)960.1m,場(chǎng)地地面主要為混凝土交通路面及公路中央綠化帶,地勢(shì)起伏平緩,跨過(guò)三臺(tái)石南路、前山立交,橋址位于市區(qū),交通方便。橋跨布置為(32.25+3×32.7+32.25)m,R=657m連續(xù)彎梁+(40+64+40)m連續(xù)梁+3-32雙箱梁+7-32m四箱梁+3-24m雙箱梁+1-32m雙箱梁+(26+3×44+26)m連續(xù)梁+1-32m雙箱梁。全橋橋墩均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑根據(jù)不同跨度和地質(zhì)條件分別有1.25和1.5m,按群樁設(shè)計(jì)。本橋范圍內(nèi)地層巖性自上而下由人工填土層、海陸交互沉積層(粘土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粗砂、礫砂)、殘積層(軟塑狀粉質(zhì)粘土和硬塑狀粉質(zhì)粘土)和燕山期花崗巖等組成,且本橋橋址范圍內(nèi)發(fā)育花崗巖球狀風(fēng)化體(俗稱(chēng)“孤石”)。根據(jù)樁基的地質(zhì)情況,我們決定采用沖擊鉆機(jī)沖擊成孔的施工方法,以便適用不同的地質(zhì)條件,地質(zhì)鉆探資料顯示該橋1#墩和19#墩下均有孤石存在,這在此墩位部分樁基鉆孔施工中得到證實(shí),另外在其他墩位也有個(gè)別樁基鉆孔施工時(shí)發(fā)現(xiàn)存在孤石。3單石處理方法3.1健全鉆孔樁施工時(shí),每根樁的進(jìn)尺情況,一般在補(bǔ)由于設(shè)計(jì)方對(duì)每個(gè)墩位僅提供一份地質(zhì)鉆探資料,難以準(zhǔn)確代替整個(gè)墩位所有樁基的地質(zhì)情況,故無(wú)法教條地以其判斷孤石的有無(wú)、大小及巖層硬度等,并依此作為處理孤石的依據(jù),如鉆孔樁施工時(shí)1#墩和19#墩出現(xiàn)的孤石與鉆探資料就存在較大差異。在鉆孔樁施工時(shí),應(yīng)對(duì)每根樁的進(jìn)尺情況做好詳實(shí)記錄,每天撈取碴樣與鉆探資料進(jìn)行對(duì)比,一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔進(jìn)尺突然減慢,應(yīng)立刻撈取碴樣查看分析,并密切關(guān)注其進(jìn)尺情況。若發(fā)現(xiàn)在軟弱地層(全風(fēng)化花崗巖層或粘土層)中出現(xiàn)弱、微風(fēng)化花崗巖且進(jìn)尺突然減慢,沖孔時(shí)在樁位附近感到強(qiáng)烈震動(dòng),則可以判定進(jìn)入孤石地層。3.2樁位校核檢查判定進(jìn)入孤石地層后,立刻停止沖進(jìn)并按照以下步驟進(jìn)行處理:a.將鉆頭(錘頭)吊起檢查錘牙損壞情況,并進(jìn)行修補(bǔ)。b.準(zhǔn)確測(cè)量鉆進(jìn)深度,計(jì)算孔底標(biāo)高后詳細(xì)記錄,校核樁位查看鋼絲繩中心有否偏離樁心,若偏位則立刻調(diào)整,若偏位較大則可能是由于孤石巖面傾斜造成,必須回填片石,厚1~2m。c.樁位校核完畢后采用小沖程(0.5~1m)開(kāi)始沖進(jìn),若已回填片石則待其沖擊密實(shí)后(1h~2h)再開(kāi)啟泥漿泵進(jìn)行泥漿循環(huán)。d.連續(xù)沖孔1個(gè)臺(tái)班后,停止沖進(jìn)檢查鉆頭(錘頭)損壞情況。若連續(xù)沖孔4個(gè)臺(tái)班(或更長(zhǎng))仍未穿過(guò)孤石層、進(jìn)尺依然緩慢且錘牙損壞嚴(yán)重,則可暫停沖進(jìn),找地質(zhì)專(zhuān)家根據(jù)鉆孔記錄及對(duì)應(yīng)的碴樣,結(jié)合鉆探資料必要時(shí)結(jié)合附近樁位的鉆孔情況,對(duì)孤石的形態(tài)、大小、傾斜角度、硬度等作出判斷和進(jìn)行處理。3.3爆破質(zhì)量控制若采用常規(guī)沖進(jìn)法無(wú)法穿越孤石層,且判定孤石尺寸較大,尚有較大未穿越部分、或巖面存在較大傾角回填片石無(wú)法校正樁位,而孤石硬度較大對(duì)錘牙的破壞特別嚴(yán)重,多次引起卡錘、偏位等情況出現(xiàn),這時(shí)可以嘗試采用鉆孔爆破沖擊法施工。(1)將鉆頭(錘頭)吊出樁孔,搭設(shè)平臺(tái)將地質(zhì)鉆探取芯鉆機(jī)吊裝就位。(2)根據(jù)鉆孔記錄計(jì)算所需套管長(zhǎng)度,將套管逐段安裝直至無(wú)法自由下落為止,然后適當(dāng)捶擊套管確保套管底部與孤石巖面穩(wěn)定接觸,再將套管頂部牢固固定,且中心對(duì)準(zhǔn)樁心位置。(3)將鉆機(jī)鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁心位置,按照套管長(zhǎng)度計(jì)算所需鉆桿長(zhǎng)度,逐段安裝鉆桿直至鉆頭接觸孤石巖面為止。將鉆桿中心對(duì)準(zhǔn)套管中心,在鉆桿上劃線(xiàn),填寫(xiě)鉆探記錄后鉆進(jìn),并適時(shí)提取巖芯和進(jìn)行記錄。(4)穿越孤石后,結(jié)合鉆探資料分析多層孤石的可能,確定繼續(xù)鉆孔的深度,一般應(yīng)繼續(xù)下鉆約10m。(5)根據(jù)鉆探記錄,確定孤石的大小、形態(tài)、硬度等,將孤石情況向爆破施工單位詳細(xì)交底,要求按此確定炸藥用量和爆破位置。(6)確定好炸藥用量后,在套管內(nèi)安裝內(nèi)襯管(比套管直徑略小的PVC管),然后將套管提出孔外。(7)將炸藥綁扎在一段鋼筋上,再綁扎在繩索上,利用鋼筋的自重將炸藥放置在指定位置,然后使用引爆器將炸藥引爆。(8)爆破完成后將鉆頭(錘頭)放入孔內(nèi)開(kāi)始沖進(jìn),按照常規(guī)沖進(jìn)法施工。由于孤石爆破后較不完整,采用常規(guī)小沖程沖進(jìn)就能將其擊穿。穿越孤石后檢查鉆頭(錘頭),將損壞部分修補(bǔ)后緩慢落錘修孔,保證成孔質(zhì)量。若無(wú)法成功擊穿孤石則可重新鉆孔爆破,并適當(dāng)增加鉆孔數(shù)量和炸藥用量。3.4鉆爆法沖進(jìn)法施工本橋鉆孔樁施工時(shí)發(fā)現(xiàn)23根樁基范圍內(nèi)存在孤石,其中19根采用常規(guī)沖進(jìn)法施工,其余4根因施工困難而采用鉆孔爆破沖進(jìn)法施工。⑴常規(guī)沖進(jìn)法處理孤石該法雖能成功快速穿越較小的孤石層,但遇較大和較硬的孤石時(shí)還是很難處理的。本橋12#-2鉆孔樁開(kāi)始沖孔作業(yè)3天后進(jìn)入孤石層,鉆進(jìn)深度39.5m,次日量測(cè)僅40.15m,檢查鉆頭(錘頭)發(fā)現(xiàn)錘牙損壞嚴(yán)重,且嚴(yán)重偏孔,判定撈取碴樣為弱風(fēng)化花崗巖,結(jié)合鉆探資料可判定孤石厚度不大,且硬度相對(duì)較小,同時(shí)考慮到孔深較大地質(zhì)鉆孔所需材料較多且難度大,于是決定采用常規(guī)法鉆進(jìn)作業(yè)。在更換全部錘牙并回填片石后,采用小沖程沖進(jìn),但鉆進(jìn)一段時(shí)間后其深度僅為40.96m,檢查鉆頭(錘頭)發(fā)現(xiàn)錘牙損壞嚴(yán)重,但未偏孔,判定撈取碴樣為弱風(fēng)化花崗巖,決定繼續(xù)修補(bǔ)錘牙后繼續(xù)沖進(jìn)。如此反復(fù),基本每一臺(tái)班沖進(jìn)完成后都需對(duì)錘牙進(jìn)行修補(bǔ),工作量很大,且鉆孔操作工人認(rèn)為孤石厚度較大難以穿越,曾一度出現(xiàn)停工或消極怠工的情況,最終將孤石擊穿時(shí)發(fā)現(xiàn)該孤石厚度達(dá)到4.46m。隨后在鉆進(jìn)深度55.1m時(shí)再次進(jìn)入孤石層,分析后認(rèn)為孤石硬度相對(duì)不大,決定采用常規(guī)沖進(jìn)法,有了前次的經(jīng)驗(yàn),工人積極配合,很快就將石擊穿,該孤石厚度達(dá)到6.24m。⑵鉆孔爆破沖進(jìn)法處理孤石根據(jù)19#墩鉆探資料,該墩存在孤石雖尺寸不大但硬度較大(微風(fēng)化花崗巖),故施工時(shí)予以足夠重視。19#墩樁位布置如圖1,施工順序?yàn)?19#-6→19#-1→19#-2→19#-4→19#-3→19#-8→19#-7→19#-5。19#-3鉆孔作業(yè)中在鉆進(jìn)深度12.9m時(shí)就遇到孤石,且硬度特別大,據(jù)碴樣判定為微風(fēng)化花崗巖,進(jìn)尺特別緩慢(0.5cmh),且鉆頭(錘頭)損壞嚴(yán)重,經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象,難以鉆進(jìn),操作工人也產(chǎn)生抵觸情緒,最后決定采用鉆孔爆破沖進(jìn)法施工。使用地質(zhì)鉆探取芯鉆機(jī)鉆孔作業(yè)后,在孤石層鉆進(jìn)緩慢,孤石厚度1m,由于其他鉆孔樁在20~25m處有孤石出現(xiàn)且鉆探資料顯示此處存在孤石,故決定繼續(xù)向下鉆進(jìn),果然在21.1m處遇到孤石,厚3.8m,繼續(xù)向下鉆進(jìn)10m無(wú)孤石出現(xiàn),停止鉆孔,取出巖芯如圖2。對(duì)該鉆孔樁孤石先采用爆破方法,再采用常規(guī)沖擊法沖孔,順利穿越第1層孤石,但在第2層孤石處又發(fā)生進(jìn)尺緩慢情況,于是再次鉆探取芯,其結(jié)果如圖3所示。根據(jù)進(jìn)尺情況結(jié)合取出巖芯情況,綜合分析認(rèn)為,第1次爆破時(shí)由于該層孤石上部覆蓋有厚約7m的粘土層,該層孤石厚度大且硬度高,爆破后孤石雖部分破壞,但尚有部分完整,故決定進(jìn)行二次爆破。二次爆破后重新開(kāi)始沖孔作業(yè),很快就順利穿越孤石層。19#-8鉆孔樁施工時(shí),在鉆進(jìn)深度20.5m處遇到孤石,硬度特別大,根據(jù)碴樣判定為微風(fēng)化花崗巖,進(jìn)尺特別緩慢,且鉆頭(錘頭)損壞嚴(yán)重,決定采用鉆孔爆破沖進(jìn)法施工。鉆孔發(fā)現(xiàn)孤石厚度達(dá)5.9m,于是在旁邊補(bǔ)鉆一孔,加大炸藥用量后爆破,然后采用常規(guī)沖擊法沖孔,終于成功穿越孤石層。根據(jù)本墩已施工鉆孔樁鉆孔所遇孤石的實(shí)際情況,分析認(rèn)為本墩下孤石為一整塊孤石呈“餅”狀,厚2~6m,在19#-6、19#-1、19#-2、19#-4附近厚度較小且硬度不高,為弱風(fēng)化花崗巖;在19#-3、19#-8、19#-7、19#-5附近厚度較大且硬度較高,為微風(fēng)化花崗巖,處理時(shí)以鉆孔爆破沖進(jìn)法為宜。在之后19#-7、19#-5鉆孔作業(yè)時(shí),提前聯(lián)系地質(zhì)鉆探取芯鉆機(jī)和爆破單位,合理安排其進(jìn)場(chǎng)作業(yè),加快了孤石處理速度。19#-7鉆孔樁所遇孤石厚3.3m,處理時(shí)間為3d;19#-5鉆孔樁所遇孤石厚4.5m,處理時(shí)間為5d。3.5兩種孤石處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析⑴常規(guī)沖進(jìn)法優(yōu)點(diǎn):(1)方法簡(jiǎn)單,便于操作;(2)處理尺寸較小、硬度不太高的孤石效果顯著,且方便快捷;(3)所需材料為常規(guī)材料,易于采購(gòu),處理費(fèi)用也較低。缺點(diǎn):(1)鉆頭(錘頭)損壞過(guò)快,錘牙損壞嚴(yán)重,甚至傷及錘腳形成“不倒翁”式圓底錘,甚至將錘耳震斷導(dǎo)致錘頭作廢;(2)鉆孔操作工作量和強(qiáng)度較大,且易形成思想包袱,工作效率低;(3)處理尺寸較大、硬度較高的孤石效果較差,時(shí)間較長(zhǎng);(4)容易出現(xiàn)卡鉆和縮孔現(xiàn)象。⑵鉆孔爆破沖進(jìn)法優(yōu)點(diǎn):(1)處理尺寸較大、硬度較高的孤石效果較好,如提前準(zhǔn)備則能極大地提高施工效率;(2)鉆孔設(shè)備損壞程度較低。缺點(diǎn):(1)施工工序較繁瑣,需合理安排各工序;(2)需要鉆探和爆破單位配合,往往延誤工期,且處理費(fèi)用較高;(3)處理深度加大的孤石,所需材料較多,且鉆孔困難,不易處理;(4)爆破效果難以控制,藥量過(guò)大不能將孤石破壞,過(guò)小則易造成擴(kuò)孔,且存在安全隱患。4孤