永冻层钻孔桩施工监理技术总结文档格式.docx
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黑龙江省重点公路建设项目之一,前锋农场至嫩江县高速公路伊春至北安段K11+930大桥为黑龙江省公路桥梁工程中少有的,也是第一座公路冻土大桥,由黑龙江省公路勘察设计院设计,龙建路桥第一工程有限公司承建,黑龙江省公路工程监理咨询公司承担监理任务。
全长1427.16m,上部结构为(71×
20)m预应力简支转连续T梁,下部为柱式墩、台,钻孔灌注桩基础,共288根钻孔桩,均为穿越永冻层的“冻土桩”。
1、该桥位于黑龙江省北部伊春市林区,是小兴安岭主脉之地,东经120°
54′到126°
36′和北纬47°
43′到48°
14′之间;
平均海拔400m,具有明显大陆性季风气候特点,一年四季分明,春季干旱多风,夏季温热多雨,秋季降温急剧,冬季漫长、干燥,严寒、多雪,年平均气温﹣1℃—1℃,极端最高气温38℃,极端最低气温﹣43℃,年平均降水量631mm,最大积雪厚度49cm,最大冻结深度2.43m,每年10月地面开始聚冰冻结,次年4月开始融化解冻。
2、永冻区的一般概念是有一定冻结深度,又多年四季不融化的地带。
本桥属公路自然区划I区,即《北部岛状多年冻土区》。
在公路施工图设计时,对于冻土下限超过7m的饱冰冻土,含土冰层等公路穿越地段,一般采用“以桥代路”设计方案,下部采用钻孔灌注桩穿越冻土层(永冻层),桩基承载力不考虑冻土层桩侧摩阻力(相应加长桩长)。
这种设计方案可有效的克服冻融等病害对公路的影响,且能保证公路的稳定和安全。
黑龙江省在永冻区建桥极少,此桥是一个范例,它地处典型的永冻区,人烟稀少,地势平坦低洼,多为沼泽湿地,塔头和次生林草覆盖,一般冻深6—8m,最大冻深达12m。
3、根据实际钻孔留样分析,区域内即有少冰冻土、多冰冻土,也有饱冰冻土和含土冰层等。
大多饱冰冻土和多冰冻土存在于粉质粘土或粗砂层中。
本桥实际地质结构大体分以下三类:
地面线I类Ⅱ类Ⅲ类
二、适合永冻层的钻机类型及特点
本桥地质情况特殊,特别是含有饱冰冻土层,桩基础施工时会带来一定热量,破坏冻土的稳定冻结状态,使冻土层的土体加速融化,出现孔壁不稳定扩孔甚至塌孔的质量问题,所以根据不同的土质情况和地下水位选用不同类型的钻机。
1、对于砂层、含大量饱冰冻土,土质变化大,地质条件复杂的桩选用冲击钻,采用双护筒施工。
内护筒靠其自重随钻头跟进,以防止塌孔,内护筒跟进深度应超过冻土层下限2-3m。
工艺优点:
①施工稳妥、不扩孔、不塌孔、质量稳定。
工艺缺点:
①成孔速度慢、施工成本高。
②施工不当很可能出现刮、埋钻头现象、施工风险大。
2、对于冻土层浅,地下水位低,土质情况较好的桩位采用大功率旋挖钻机干法(或湿法)成孔。
①钻机由全液压系统控制,能更好的保证桩基垂直度,孔位、孔深、达到规范要求。
②成孔效率高,正常情况5-7小时即可成孔,保证工程进度。
③因孔内无泥浆,空气导热慢,孔壁稳定性好,不易扩孔、塌孔。
④成孔后清孔彻底。
⑤施工噪音低,不污染林区环境。
①旋挖钻设备昂贵,使用成本高。
不适用于独立的中小桥基础施工。
根据不同的地质条件,监理工程师同意采用不同型号钻机,本项目由于地下水位低,大部分桩位由旋挖钻机干法(或湿法)成孔完成。
旋挖钻机在本项目的应用已取得了很好的效果。
三、永冻层旋挖钻成孔工序控制
1、施工准备和测量放样
桥位位于沼泽地域,首先清除树根及植被。
为了减少对冻土的热扰动,尽快用碎石土进行筑岛,筑岛深度为1.5m。
筑岛土方填筑密实、平整,利于旋挖钻机就位,避免钻进过程中钻机沉陷。
准确测出桩中心位置,利用十字线放出控制桩位,并以控制桩位基准埋设护筒。
2、护筒埋设
护筒采用挖坑埋设法。
钻机就位后,先用比护筒直径大一级别的钻头施钻,到达深度后提钻安设护筒,护筒就位后分层夯实。
护筒内径比桩径大20-40cm,护筒中心竖直线与桩中心线重合,平面允许误差50mm,倾斜不大于1%,护筒高出地面50cm,护筒就位后必须复测,监理工程师复核认可。
3、泥浆调制(湿法作业用)
对于地质层复杂,冻土层深的桩位。
为了保证成孔的质量,防止孔壁坍塌,抑制地下水,必须认真调制泥浆,其各项指标符合要求。
泥浆相对密度:
1.3-1.55,粘度:
23-32.5Pa.s,砂率≤4%,泥皮厚度:
<2mm,PH值:
>7。
施工时监理工程师随时检测泥浆的各项指标并做好记录。
确保泥浆对冻土孔壁的支撑,避免施工事故发生。
4、旋挖钻机施工
采用南车TR360C型旋挖钻机,其最大输出扭矩370KN.m,最大旋挖速度6-23rpm,发动机功率192KW,最大压力450KN,最大起拔力450KN,配置功率277KW,最大钻孔直径2500mm,最大钻孔深度95m,适用于粘性土、粉质土、砂土、风化岩层等多种地质层施工,该钻机通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土,反复循环而成孔,并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保等优点。
钻机就位后,调整钻杆垂直度,先低挡慢速钻进,钻至护筒下1m后,再以正常速度钻进,钻进时旋转钻头并施加压力,将土挤入钻头内,仪表自动显示筒满时,钻头底部关闭,提升钻头将土卸于堆放地点。
要根据不同的土质情况选用不同类型的钻头,如遇到粘土层时选用筒式钻头;
遇到碎石土或卵石层可选用螺旋钻头;
遇到弱风化岩层时选用改进的截齿钻头。
遇极特殊情况几种钻头都无法完成时,改用冲击钻补钻直至达到设计孔深。
施工时注意以下事项:
①钻进过程中严格控制钻进速度,避免埋钻事故。
②旋挖钻机较重,施工场地必须平整、密实,避免钻机沉陷。
③钻进冻土层时必须降低钻进速度,控制钻杆稳定,防止因钻杆晃动对冻土的过多拢动引起的扩孔、塌孔现象发生。
④桥位位于林地,为了保护环境,钻渣、泥浆不能随意在附近排放,必须运至指定弃土场掩埋处理。
⑤为了防止对冻土层的热扰动在泥浆池底部铺50cm河卵石,周围用袋装河卵石码砌,再铺防水塑材和彩条布,防止泥浆和坑壁发生热交换。
5、成孔检查
①孔径检测
达到设计孔深后利用笼式井径器进行检测。
检测时将井径器吊起,为了防止对冻土孔壁干扰应慢慢放入孔内,上下通畅无阻。
若中途遇阻则有缩径或孔斜现象,应采取措施予以处理。
笼式井径器的结构和尺寸应符合要求,监理工程师现场检查笼井式井径器放入情况并记录。
②孔深和孔底沉渣检测
孔深和孔底沉渣采用标准测锤检测。
满足设计要求后,监理工程师应填写终孔检验记录。
成孔后质量检测标准见下表
项目
允许偏差
孔中心位置(mm)
50
孔径(mm)
不小于设计桩长
倾斜度(%)
小于1%
孔深
不小于设计规定
沉淀层厚度(mm)
符合设计要求并≤300
孔后泥浆指标
相对密度1.03~1.10粘度17~20Pa.s含砂率小于2%,胶体率大于98%
四、永冻层钻孔桩施工监理体会
冻土区桥梁桩基础施工时,会传递给冻土很多热量,破坏冻土的原有冻结状态,施工完成后冻土会自然回冻,在这过程中可能会影响桩基的强度,降低桩基的承载力。
在冻胀力的作用下,当桩基的长度和上部荷载不足时,会产生冻胀变形,对结构物产生严重破坏。
本桥位于正在退化的多年冻土地带,还得考虑桩的融沉影响。
可见多年冻土对桩的破坏之大。
如何满足设计要求,保证工程质量,总结几点体会供参考:
1、设计上桩基承载力不考虑冻土层桩侧摩阻力,在钻孔时监理工程师应根据实际情况认真记录冻土层深度。
如发现不符应及时通知业主,设计部门尽快对基础进行重新计算。
2、开工初根据设计要求,施工单位应进行试桩试验。
分别采用冲击钻、旋挖钻、反循环钻进行试桩。
通过试钻选定钻机类型,总结施工工艺,获得试验数据。
3、根据实际土质情况同意选用冲击钻,全护筒跟进法成孔和旋挖钻干法(或湿法)成孔。
监理工程师按规范、图纸要求,进行全过程监督。
4、通过改善施工工艺来缩短桩基完成时间。
为了有效降低热量对桩周冻土的扰动,旋挖钻成孔时监理工程师要求从以下几方面对工艺严格控制:
①确定首选旋挖钻干法(或湿法)成孔施工工艺。
②钢筋笼主筋用直螺纹套筒连接,钢筋笼整体入孔,缩短了制作钢筋笼时间。
③采用螺纹导管连接,缩短导管连接时间,加快下导管的速度。
④采用1000型和两个500型拌和站拌合混凝土,混凝土罐车运输,加快了出料速度,缩短了运输时间。
通过对工艺的改善,有效地缩短了完成钻孔桩的时间,以其中两根桩为例说明如下:
工艺名称
冲击钻成孔时间(小时)
旋挖钻成孔时间(小时)
钻孔
30
6
清孔
3
下钢筋笼
1
下导管
2
1.5
灌注
合计
39
11.5
5、干法成孔仍采用导管法灌注混凝土。
监理工程师不应忽视这个环节,严格按灌注水下混凝土的监理程序进行控制。
针对冻土区桥梁的桩基础施工,监理工程师要求施工单位必须理解设计意图,满足设计要求。
应采取可行的保护冻土措施,尽量减少对多年冻土的热量侵入和过多的扰动,合理保护生态环境。
以上是对冻土钻孔桩施工监理工作的理解。
基于对多年冻土相关知识了解甚少,理论知识、实践经验远远不足,有很多疏漏之处望各位同仁给予指正。
前嫩冻土桥总监办(ZJ7)张庆华