复杂地质条件下挖孔桩施工技术Word文档格式.docx

复杂地质条件下挖孔桩施工技术Word文档格式.docx

《复杂地质条件下挖孔桩施工技术Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复杂地质条件下挖孔桩施工技术Word文档格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

澜沧江悬索桥位于澜沧江漫湾电站库区上游30Km，江宽水深，水位受下游漫湾电站控制，电站水库的控制水位为999.4m，江水常水位为994.0m，桥址处江面宽约360m。

雨季期间水库放水，将水位控制在981.0m左右。

根据地质勘测资料，岩层裂隙发育且裂隙中粘土状充填物少，易成为江水渗透通道。

3.大直径挖孔桩施工主要技术难点

3.1挖孔桩下部地质为褐灰色、灰色石英片岩夹变粒岩，弱风化碎块状，整体性较差，挖孔桩开挖最重要的技术难点为：

选择针对性强的爆破方式，达到较好的爆破效果，加快开挖进度。

3.2挖孔桩孔壁支护是挖孔施工的关键。

爆破开挖孔桩成型后，防止坍塌，要进行及时支护。

孔壁支护的厚度应综合考虑土层参数、特点、地下水分布情况、桩孔深度、周边荷载和施工工艺等因素进行护壁计算。

3.3富水围岩挖孔桩施工为保证桩基混凝土浇筑质量，满足桩基施工要求，必须针对出水情况和工程特点采取必要的防渗止水措施。

4.施工方案的确定

4.1根据索塔挖孔桩下部地质为褐灰色、灰色石英片岩夹变粒岩，弱风化碎块状，整体性较差等特点，选择适用于中硬围岩，且岩层整体性较差的碎块状结构的预裂爆破方法，按微震控制爆破设计，电雷管引爆塑料导爆管起爆，并在开挖施工中根据选择的爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正设计参数，优化爆破设计，以达到最佳爆破效果。

4.2经过对挖孔桩的土层参数、特点、地下水分布情况、桩孔深度、周边荷载和施工工艺等因素综合考虑，按最不利状态考虑，孔深45m全部按碎石土计算，孔壁砼厚度t≥0.102m。

由于孔径较大，挖孔较深，为确保施工安全，砼护壁厚度采用15cm厚C25砼。

每次支护高度2m，错台10cm，所以上部25cm，下部15cm。

4.3挖孔桩的止水要根据桩孔出水情况和工程特点采取必要的止水防渗措施，从技术上的可行性、经济上的合理性，以及工期和现有施工条件等因素，并结合满足挖孔和混凝土浇注等临时性防渗要求，根据不同的施工阶段，分别选取了孔内超前小导管注浆、帷幕和化灌联合灌浆。

5.方案实施

5.1挖孔桩爆破施工

索塔基础挖孔桩下部地质为褐灰色、灰色石英片岩夹变粒岩，弱风化碎块状，整体性较差，故采用预裂爆破，并按微震控制爆破设计，非电毫秒雷管起爆。

挖孔桩开挖施工中根据预裂爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，并不断修正设计参数，以达到最佳爆破效果。

5.1.1测量放线

利用澜沧江大桥三角导线点进行孔口投点，并将中心点十字线交叉引在挖孔桩孔口砼护壁上，下部开挖过程中十字线和重锤球向下传递中心线。

施工过程中，经常较核十字线的准确性。

在每排炮开钻前准确绘出开

挖轮廓线，周边眼、掏槽眼的位置，钻孔布置见索塔挖孔桩爆破设计图。

5.1.2钻爆设计说明

本设计适用于中硬围岩，且岩层整体性较差的碎块状结构。

采用预裂爆破，按微震控制爆破设计，电雷管引爆塑料导爆管起爆。

（1）在挖孔桩开挖施工中根据预裂爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，并不断修正参数，以达到最佳爆破效果。

成立爆破作业小组，实行定人、定位、定标准的岗位职责。

具体技术措施如下：

1）在每排炮眼开钻前，要准确绘出开挖轮廓线，周边眼、掏槽眼的位置，做出明显标记，严格按照钻爆设计实施。

对周边眼、掏槽眼要由经验丰富的钻工施钻。

2）严格控制炮眼间距，误差不得大于5cm，方向相互平行，严禁相互交错，炮痕率要求达70％以上，炮眼利用率要求达90％以上。

3）周边眼外插角为5°

～6°

，且外斜率不大于10cm/m，周边眼与内圈眼距离误差不大于5cm，且内圈眼孔深宜大于周边眼5cm。

4）装药作业要定人、定位、定段别，装药前，所有的炮眼必须用高压风吹净尘沫，严格按设计的装药结构和药量装药。

（2）爆破采用ＲＪ_2乳胶炸药（φ32药卷长20cm，重190g，φ22药卷长20cm，重90g），电雷管引爆非电毫秒延迟雷管起爆，采用锥形掏槽。

（3）本设计每循环进尺1.0米，风动凿岩机打眼，采用φ32钻头开凿，周边眼采用φ22小药卷不偶合装药，以减少对周边围岩的扰动破坏。

掏槽眼及辅助眼采用标准药卷以充分提高炸药的爆破效率。

（4）装药结构采用反向装药，即先装引爆药卷，次装普通药卷，雷管聚能穴朝向眼口，掏槽眼和辅助眼采用孔底连续装药。

5.1.3钻爆设计参数

钻爆设计参数表

周边眼间距（cm）

周边眼至内侧崩落眼间距（cm）

周边眼装药集中度（kg/m）

装药不偶合系数

炮眼直径（mm）

开挖面积（m2）

每循环进尺（m）

单位耗药量kg/m3

40

0.18

1.45

34

28.3

1.0

1.045

5.1.4钻爆设计炮眼装药量

炮眼装药量

名称

周边眼

掏槽眼

辅助眼

备注

炮眼数量（个）

44

5

66

药卷直径（mm）

φ22

φ32

单孔装药量（卷）

2

3

1.5

装药总量（kg）

7.92

2.85

18.81

∑29.58　　　　　

5.1.5爆破注意事项

爆破时应严格执行《土方和爆破工程施工及验收规范》的有关规定，并按下列要求施工：

（1）装药前电灯、电线应撤离开挖工作面，装药时可用投光灯、矿灯、风灯照明；

（2）起爆主导线应敷设在电线和管路的对侧；

在地下水较多时，所用爆破材料应能防水，连接线应采用塑料导线；

（3）采用电雷管引爆非电毫秒延迟雷管，由非电毫秒延迟雷管起爆炸药。

（4）在闪电打雷时，禁止安装电雷管和联接电线操作，应迅速将雷管脚线和电线主线两端连成短路。

如要继续爆破，可用导爆管引到孔口，改由火雷管引爆。

（5）在闪电打雷时，禁止安装电雷管和联接电线操作，应迅速将雷管脚线和电线主线两端连成短路。

5.2挖孔桩护壁施工

5.2.1开挖支护形式

碎石土及强风化地段砼护壁厚度采用15cm厚C25砼。

5.2.2砼护壁参数

为了防止塌方，保证施工安全，挖孔桩施工采取分段挖土，分段护壁的方法施工。

现根据人工挖孔桩护壁厚度的计算表，计算如下：

（1）计算公式：

p=γhtg2（45°

-ψ/2）+（γ-γw）（H-h）tg2（45°

-ψ/2）+（H-h）γw，

t≥KpD/2fc

（2）计算参数：

P—土和地下水对护壁的最大总压力，N/㎡；

γ—土的重度，土20000，石24000N/m3；

γw—水的重度，10000N/m3；

ψ—土石内摩擦角，碎石土50·

，岩层65·

；

H—挖孔桩护壁深度，30～45m；

h—地面至地下水位深度，取0m；

D—挖孔桩外径，6m；

Fc—砼轴心抗压强度值，25000000Pa；

K—安全系数，1.65。

（3）计算结果：

按最不利状态考虑，孔深45m全部按碎石土计算，孔壁砼厚度t≥0.102m。

由于孔径较大，挖孔较深，为确保施工安全，砼护壁厚度采用15cm厚。

5.2.3砼护壁施工

本挖孔桩处上层碎石土较为松散，裂隙较大，易渗入，为防止孔口坍塌和河水上升时渗水，在孔桩上部12m（暂定）范围内拟采用内齿式现浇砼护壁，护壁采用C25砼，每节2.0m；

壁厚15cm，为便于砼浇筑，上口扩大为25cm，且上下两节砼搭接10cm。

当孔内挖掘深度达到2.0m左右时，须及时立模支护，灌注护壁砼，模板拟采用组合钢模拼装，方木或钢管顶撑。

环带采用Φ22钢筋弯制而成，分成两段，螺栓联接。

为防放炮震动影响，护壁砼中靠内径方向可设φ8钢筋网（竖筋间距20cm，环筋间距30cm），C25砼在搅拌站集中搅拌,现场料斗提升倾倒，人工灌注，振动棒振捣密实。

5.3挖孔桩止水施工

5.3.1涌水情况及原因分析

5.3.1.1涌水情况

由于桥址处地形复杂，前期勘探又未能提供足够的工程和水文地质资料，设计对该索塔桩基施工可能遇到的挖孔止水困难未作考虑。

我们根据已经施工的临沧岸挖孔桩情况，对祥云岸桩基施工可能的涌水情况作出了一些预计，由于临沧岸桩基距江水相对较远，且桩基位置地势平缓，淤泥较厚，对渗水起一定封堵作用，从开挖情况来看，渗水量较少，施工时通过施作护壁、集中引排、局部小导管注浆等措施即得到解决。

祥云岸施工前因资料不充分以及成本等原因未作超前止水施工，希望能通过开挖地质揭示情况采取针对性措施。

开挖时库区水位较低，大致保持在984米左右。

当桩基施工至高程982米左右时（孔深约14米），一次爆破作业后，孔内突发涌水，经抽水测定左孔涌水量达200m3/h,右孔水量较小，约150m3/h，为有压水流，喷射距离可达3米。

孔内挖孔作业仅能采用边抽水边开挖的方式进行，开挖和护壁施作极其困难，且难以保证作业质量和工程进度。

通过现场观察、测定，孔内涌水具有以下特征：

（1）出水点多为大股集中水流，水质清，压力大；

（2）出水点分布于孔壁周边及孔底，顺岩石较大竖向裂隙出露，成喷射状，裂隙中充填物少；

（3）经抽水试验，两个桩孔之间裂隙贯通，孔内水位受江水涨落影响较为明显，在抽水机械较少的情况下，孔内水位与库区水位高程基本相同，孔内水流应与库水相通。

但不能排除受地下裂隙水影响的可能。

（4）根据地质揭示情况来看，孔深13－14米位置发育有一软弱破碎带，该处渗流明显。

5.3.1.2原因分析

根据现场施工情况和已经掌握的工程和水文地质资料，孔内出水原因有三：

一是施工平台回填方和表层岩石破碎，容易渗水；

二是桩基围岩裂隙发育，充填物少，易成为江水侵袭通道；

三是桩基穿过一软弱破碎带，与江水贯通，渗流明显。

5.3.2防渗止水方案的比选确定

为满足桩基施工要求，必须针对出水情况和工程特点采取必要的防渗止水措施。

研究认为，选择渗入式灌浆设计防渗止水具有较强针对性。

在选择灌浆方案时，我们充分考虑技术上的可行性、经济上的合理性，以及工期紧迫、现有施工条件等因素，并结合满足挖孔和混凝土浇注等临时性防渗要求，根据不同的施工阶段，分别选取不同的防渗标准。

挖孔过程中单孔渗水量≤20m3/h，干孔灌孔作业孔内渗水标准根据公路桥涵施工规范要求则应达到单孔渗水量≤8.5m3/h（渗透系数κ≤6.75×

10-6m/s）。

不同阶段，我们分别研究实施了以下方案：

（1）孔内超前小导管注浆

本止水方案应用于涌水初期开挖作业，主要考虑施工简易可行，成本较低，临沧岸挖孔桩做过局部注浆，现场有配套施工机具，而且能够实现注浆和开挖作业可以交替进行，争取时间，并为进一步探明下伏地质及涌水状况和选择高标准防渗灌浆提供依据。

（2）帷幕和化灌联合灌浆

结合工程特点和施工状况，为满足干孔灌注混凝土较高的防渗要求，经过充分调研，为在此种类型的围岩中建造较高标准的防渗帷幕，根据工程特点，先在孔外进行“孔口封闭法，自上而下分段灌浆”防渗帷幕施工，灌注纯水泥浆以封闭较粗的裂隙，然后在孔内利用混凝土护壁，配合进行浆液粘度低、可灌性好、止水效果快、操作简便的聚氨酯化学灌浆，封闭残余微细裂隙。

确定“以堵为主，以引为辅，先帷幕后化灌联合注浆”的原则，分阶段对高压富水围岩进行帷幕注浆和水活性化学灌浆。

5.3.3方案实施

5.3.3.1超前小导管注浆

本方案利用隧道工程小导管超前注浆技术，在孔壁周边按100左右的外插角将小导管打入围岩中，通过小导管进行渗透式注浆，封堵岩石裂隙和孔隙，以达到降低渗流和止水的效果。

方案实施情况：

小导管采用φ42×

4的花管、长350cm，环间距为40cm；

环与环之间的小导管交错布置；

作用半径R＝40×

0.6＝24，取25cm；

外插角100；

考虑护壁分节高度,环间高度亦采用2.0米,以方便施工,环间搭接长度不小于1.0米。

采用水泥、水玻璃双液注浆,根据现场注浆试验，水泥浆水灰比采用1：

1－0.8:

1;

水玻璃浓度35波美度,水泥、水玻璃浆体积比为1：

1－1：

0.3,注浆压力不小于0.5MPa。

该方案在实施前期，对止水起到较明显效果，但随着江水上涨、桩孔加深，孔内渗水压力加大，效果逐渐变差，部分注浆不好的导管反而成为新的渗水通道。

5.3.3.2水泥帷幕注浆

5.3.3.2.1帷幕灌浆设计基本情况

（1）灌浆方法：

由于桩孔表层为回填方和碎石土，设计选择“自上而下孔口封闭分段灌浆法。

”全部岩层均可自行复灌，也利于加固上部松散土体。

（2）帷幕平面布置

由于桩孔位置岩层节理裂隙发育，透水率大，涌水压力高，结合工程经验和现场试验，采用梅花孔双排布孔，注浆孔沿孔周布置，每周布设30个，内圈孔半径3.95米,外圈孔半径5.0米。

外圈注浆孔孔距取1.05米，排距1.05米，为加强防渗效果，内圈孔适当加密，孔距取0.83米。

设计帷幕厚度>

1.5米。

（3）注浆深度

挖孔桩设计深度30m，最大灌浆孔深取32m，孔底如出现渗漏，采用注浆封堵，形成封闭帷幕。

5.3.3.2.2施工顺序

设计为双排孔布置，Ⅱ序施灌，按照“先外排，后内排，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔”的施工顺序，循序渐进，逐序加密的原则施工。

施工中根据不同地段选择5%的Ⅰ序孔作为先导孔，全面了解桩基地质情况和压水灌浆情况，以验证灌浆试验资料，并及时整理分析孔段成果资料。

5.3.3.2.3施工工艺

采用“自上而下、分段造孔、分段灌浆、循环式灌浆法”方法。

（1）钻孔

a.测量放线布孔

b.造孔：

开孔直径为φ110mm，终孔直径不小于φ75mm。

钻进方式：

采用XY-1型钻机,金刚石钻头和硬质合金钻头钻进。

下护壁套管，防止孔壁坍塌。

c.压水

灌浆孔灌前要进行简易压水，主要了解岩层的渗透率，卡塞是否漏水，灌后也要做简易压水，吕容值≤45为合格，压力为80%的灌浆压力。

（2）灌浆工艺

a.灌浆程序

钻孔→钻孔冲洗→简易压水→灌浆→待凝24小时→钻原灌浆段压水→≤451u→合格，往下段钻进，不合格，复灌。

b.分段长度和灌浆压力

孔口段4米，2－6段控制在5米。

灌浆压力通过现场灌浆试验取得，自上而下分段设计孔口压力在0.5-2MPa范围内。

c.浆液浓度

灌浆时浆液浓度应由稀至浓逐级变换水灰比，采用6:

1，4:

1，2:

1，1:

1，0.8:

1，0.6:

1六个比级的浆液灌注。

d.灌浆过程控制要点

当某一比级浆液的注入量已300L以上或灌注时间已达60min而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级。

当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的处理措施。

灌浆宜尽快达到设计压力（特别是第四段以下），但在灌浆过程中必须注意控制压力，压力与注入率必须相适宜，在1～2MPa灌浆压力下，注入率宜小于10L/min。

灌浆中特殊情况处理：

冒浆用封堵，加浓浆液，降压处理；

串浆用两孔同时灌浆方法进行处理；

吸浆量过大时，采用限量、加浓、降压、间歇停灌等方法处理。

灌浆过程中应经常转动和上下活动灌浆管，回浆管宜有15L/min以上的回浆量，以防止灌浆管在孔内被水泥凝住。

e.灌浆结束标准：

在设计压力下，吸浆量不大于1L／min时，续灌60分钟可以结束，但浆液浓度必须与岩层单位吸水率相应，不得随意加大浆液而加快结束时间。

f.封孔

基岩自下而上分段灌浆封孔，封孔压力0.4MPa，时间30分钟。

（3）灌浆质量检测

检查标准

一看效果，二看施工程序，三看指标，是否达到设计要求。

效果：

孔桩内渗水量是否明显减少，能否保证施工。

施工程序：

施工单位在施工过程中，是否严格按设计及有关技术要求精心施工，灌浆资料分析结果是否正常及符合灌浆要求规律。

设计指标：

选10%的检查孔，根据灌浆情况选取布孔位置，钻孔分段试验，根据压水所得透水率，结合灌浆施工质量，挖孔桩内单位时间渗水量,全面考核评定工程质量等级。

5.3.3.3水活性化学注浆

按照确定的联合注浆原则,在帷幕注浆产生一定效果,孔内有压水流明显减小的情况下,在孔内利用混凝土护壁，配合进行浆液粘度低、可灌性好、止水效果快、操作简便的聚氨酯化学灌浆，封闭残余微细裂隙。

化学注浆使用比利时特护化工deneef系列产品TACSSCat实施化学注浆止水防渗。

TACSSCat是一种水溶性较强的高渗透、高膨胀的聚氨酯灌浆材料。

未经固化的TACSSCat是深褐色、透明状的不易燃烧液体。

当与水接触，会立即膨胀并快速（取决于温度和使用的催化剂量）固化成坚硬的、全封闭的聚氨酯泡沫，迅速封堵渗漏水部位岩石裂隙，形成致密的防水层。

5.3.3.3.1设置截水密封环

该桩开挖直径6米，深度30米，其表面积达到1550多平方米，必须针对开挖护壁处松散圈进行分段截水，开挖孔设置三道截水密封环，按垂直径向80cm，环向间距100cm布置。

5.3.3.3.2护壁接头止水

由于浇筑砼时，底部有一定的积水，砼中的水泥浆被抽水时带走，留下一些漏水的隐患，同时下次开挖爆破对砼的损坏，所以必须对护壁进行修补止水防渗。

（1）对砼缺陷部位，用快干水泥进行修补；

（2）对漏水部位，埋设引水管道，减低水压；

（3）待缺陷砼强度达到70%后，打设注化学浆管道；

（4）注入化学浆，形成堵水层。

5.3.3.3.3护壁砼蜂窝，密实度较差部位止水

由于浇筑护壁砼井下操作有一定难度以及振捣砼的缺陷，使砼产生不同程度的蜂窝、密实度较差的部位，产生渗漏水现象，须进行处理。

（1）打设注化学浆管，标准按打在水源处，直到注浆管有水流出为有效管。

（2）安装单向注浆管，实施化学灌浆。

5.3.3.3.4施工工艺

（1）清除渗漏区域周围表面污染物；

（2）研究和确认渗漏类型，并证实渗漏根源；

（3）在渗漏区域内，沿渗漏缝以45度角依次钻凿注浆孔，截取渗水通道，注浆孔深度大于该处护壁厚度；

（4）通过钻凿的注浆孔观察渗漏转向，确认注浆孔是否有效；

（5）如果在钻凿的注浆孔中没有出现渗漏水，则必须改变位置和角度重新钻凿注浆孔；

（6）一旦确认有效注浆孔后，就用水清洗注浆孔，并安装好注浆嘴；

（7）为了阻止浆液的回流需检查注浆嘴活塞，并保持压力升至7.3MPa;

（8）选择适当比例催化剂（3%-5%）加入到聚氨酯主剂中,并适当搅拌;

（9）用手动泵或电动泵，从最低注浆口泵入浆液直至上一个注浆口出浆，然后移动注浆连接件导入上一个注浆口重复注浆；

（10）根据渗水压力，注浆压力在3.5-7.0MPa之间，同时还应考虑护壁强度问题，如出现护壁破坏，则应立即停止注浆进行处理。

6.结束语

（1）索塔挖孔桩开挖采用预裂爆破方法，按微震控制爆破设计，电雷管引爆塑料导爆管起爆，针对现场地质情况进行了爆破试验，不断修正周边眼、掏槽眼的位置及装药量等参数，优化爆破设计，达到了最佳爆破效果，加快了开挖进度。

（2）挖孔桩孔壁支护采用阶梯形15cm厚C25混凝土护壁，在设计时充分考虑了爆破对护壁的影响，在护壁内设置了φ8钢筋网（竖筋间距20cm，环筋间距30cm）。

由于围岩裂隙比较发育，孔内渗水严重，挖孔桩护壁施工时要考虑集中引排、局部小导管注浆等止水方案同时施作的效果，且对混凝土的强度、密实性及浇注时机加强控制。

（3）通过严格的现场研究和方案实施，水泥帷幕注浆和水活性化学灌浆联合注浆止水技术在祥云岸主塔桩基施工中得到成功实践，保证了桩基施工质量，为加快祥云岸索塔和上部结构施工创造了有利条件。

几点体会：

a.在目前灌浆技术条件下，对裂隙富水围岩进行高标准防渗止水，困难很大，成本较高，类似工程地质及水文地质条件下，大直径挖孔桩基的可行性值得进一步探讨；

b.本工程由于受地勘资料和工期紧迫的限制，采取先开挖和边开挖边注浆的方式，由于浆液易从挖孔内流失，很难采用较高灌浆压力，注浆扩散半径、浆液结石强度等受较大影响，帷幕注浆在挖孔施工之前施作更为有利；

c.TACSSCat聚氨酯浆材单位造价高，但综合考虑其可灌性好，遇水反应快，发生膨胀后，可引起进一步的渗透和灌浆的传递，适宜于封堵动水渗漏，止水见效快，针对性强；

而且操作简便，安全可靠，无污染，耗浆量较少；

其与水泥帷幕灌浆相结合的联合灌浆技术值得进一步实践和研究。

（执笔人：

郭晓、韩永刚）