2、卵石地層樁基旋挖鉆施工方案

1、2.拉薩市納金大橋卵石地層旋挖鉆樁基施工工藝工程概況納金大橋是規(guī)劃的“拉薩市第一大橋”，位于拉薩市的東郊，溝通了拉薩河 兩岸，是城市向東發(fā)展并連接新規(guī)劃的百淀區(qū)的重要紐帶，也是市規(guī)劃的拉薩市東北繞城公路的組成部分，本項目將國道318和北繞城公路連接，一起形成了拉 薩市環(huán)城公路，優(yōu)化了拉薩市對外交通的總體格局， 形成一個城市外圍的快速通 道，對現有的過境交通和城市交通有效的分流，縮短過境交通的繞行里程，緩解 市區(qū)過境交通壓力，同時也可起到對拉薩古城的保護功能。合同造價 2.44億元。 總工期：600日歷天。開工日期2011年1月1日；竣工日期2012年10月16日。大橋主墩位于拉薩河河床內，根據

2、勘察結果，地基主要為第四系沖洪積卵石 土及含卵石粗砂土，卵石層主要由卵石、圓礫及砂粒組成，呈圓形、亞圓形，磨 圓度較好。粒徑220mm,含量1720%;粒徑20200mm，含量59%;粒徑0.52mm 含量約占1014%,粒徑0.0750.5mm含量約5-7%,層厚11.6米范圍滲透強， 中濕，松散。類似地質適合沖擊鉆成孔。拉薩河汛期為6月初，3個主墩共51根樁，如采用沖擊鉆施工，技術難度 小，但完成一個墩17根樁基施工需要80天，汛期前根本無法完成主墩施工；采 用旋挖鉆施工，技術難度大，成樁時間短，環(huán)境污染少， 2臺旋挖鉆完成主墩51 根樁最多一個月，工期大大縮短。因此選擇采用旋挖鉆施工。國

3、內研究現狀拉薩地區(qū)從修建大型橋梁以來，至今仍然采用傳統的沖擊鉆施工，施工周期 漫長，投入機械數量大，泥漿污染嚴重。但是沖擊鉆工藝成熟，特別適合拉薩這 種卵石地層。截止到納金大橋開工，拉薩地區(qū)無旋挖鉆成樁的施工先例， 旋挖鉆 施工的風險較大。兩者比較如下：16施工工藝優(yōu)點缺點沖擊鉆施工工藝成熟，技術難度較小， 成孔質量高，適合卵石地層， 不易坍孔工期長，遇到密實卵石層，進 尺相當緩慢，嚴重影響整體工 期旋挖鉆施工施工效率局，一旦成功，樁 基進度將大幅提高，確保整 體工期卵石層旋挖施工尚屬首次，技 術難度大，無成熟工藝，易坍 孔為避免汛期影響工期，作為拉薩地區(qū)先例，項目選用旋挖鉆施工要解決的技術問

4、題由于是首次在高海拔卵石地層區(qū)域采用旋挖鉆施工樁基，無可參考的施工案 例，因此，根據地質特點和旋挖鉆的施工特點，需解決 4個主要技術問題：（一）鉆孔泥漿的配制在試樁過程中，首先采用傳統的粘土泥漿，發(fā)生了塌孔現象，原因為：采用 旋挖鉆機成孔，由于鉆進速度的提高，鉆具運動排磴方式的變化以及拉薩河地質 的特殊性，對泥漿的固壁、懸浮、輸送等功能提出了更高的要求，傳統的粘土泥 漿性能較差，在卵石地層中高速鉆進時，不易很快在孔壁形成致密泥皮，而難以 保證槽孔穩(wěn)定；漿液本身濃度高、比重達、摩阻力高，凈化和泵送困難，鉆深孔 困難。因此需要配制合適的低固相優(yōu)質固壁泥漿。（二）松散卵石層的處理橋區(qū)域均為卵石地層，

5、其中地表 68m為松散卵石層，在試樁過程中，發(fā) 生塌孔的位置就在松散卵石層的深度。為避免在該區(qū)域發(fā)生塌孔，必須埋設大型 護筒，具深度要穿透松散卵石層，到達密實卵石層，方能減少塌孔的發(fā)生。但是, 卵石地層承載力巨大，大型護筒的埋設也存在一定困難。（三）鉆孔中的施工工藝由于無相關參考，施工過程中，水頭的控制、鉆進速率的掌握、地下水位等 資料均需要從零開始，順利成孔的技術要點需不斷總結積累。（四）泥漿的回收及再利用灌樁結束后，泥漿會被混凝土污染，優(yōu)質泥漿造價偏高，不可能一次性使用。 同時，拉薩地區(qū)位于高海拔，生態(tài)環(huán)境薄弱，泥漿排放會對生態(tài)造成巨大影響。17因此，施工用泥漿，必須回收循環(huán)使用?；謴湍酀{

6、性能是泥漿回收及再利用的重 點和難點。主要采用的技術方案（一）復合型泥漿的配制泥漿具有一定的黏度、屈服值和凝膠強度，可以懸浮一定大小的鉆法而不會 沉淀，使鉆進得以不斷進行，同時鉆渣被泥漿攜帶排出孔外。 泥漿還能發(fā)揮著冷 卻鉆頭的作用，在鉆進過程中，鉆頭對孔底巖石或土層的沖擊、切削、摩擦，很 大部分能量變成了熱能，鉆頭的溫度將不斷升高，需要泥漿進行冷卻。固壁的機 理是孔內的泥漿壓力高于所在地層的地下水壓力， 使泥漿滲入槽壁土體中，其中 較細的顆粒進入孔隙中，較粗的顆粒附著在孔壁，最終達到了平衡，水不再進入 地層，泥漿與土層被泥皮隔開，泥漿所產生的側壓力通過泥皮作用在孔壁上， 保 證了孔壁的穩(wěn)定。

7、1、原材料的選用:（1城是泥漿的分散相，在泥漿中水的用量最大，因此對水的質量予以足夠的 重視。水中的雜質或PH值不同，泥漿的性質也大不相同。（2）膨潤土是一種以蒙脫石礦物為主要成分的特殊粘性土，與一般粘土相比，它水化能力強，膨脹性大，分散性高，用它制成的泥漿濃度低（一般為4-8%）,固定顆粒含量少，但具有良好的物理力學性能。見圖2.4.1。圖 2.4.1施工用膨潤土18(3舒維素(CMC)有增粘作用。可增加泥漿粘性，使土層表面形成薄膜而防護孔壁剝落并有降低失水量的作用，摻入量為膨潤土的0.05% 0.1%。見圖2.42(4制土一般可選用塑性指數大于 25,粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于5

8、0 %的粘質土。(5胺酸鈉(N&CO3)又稱純堿，它的作用可使PH值增大到10,摻入量為膨潤土的 0.3% 0.5% o2、配制方法(1講制泥漿應選用高效、低噪音的無攪式泥漿配制器。(2朧拌時間：每池(約160方)攪漿時間控制在4050分鐘。(3欣規(guī)定的配合比配制泥漿，各種材料的加量誤差不得大于5%。(4)原料CMC、純堿使用前宜配制成一定水溶液，以提高其效果，CMC水溶液為1.5%,純堿水溶液為20%。(5方半制泥漿的加料順序：先加水，依次加膨潤土、CMC、粘土、純堿，由于CMC(M)溶解會妨礙膨潤土的溶脹，所以要在膨潤土之后投入。(6斷制泥漿需存放24小時，經充分水化溶脹后方能使用。(7解

9、漿池內的泥漿應經常攪動，保持指標均一并避免沉淀或離析。193、初始低固相泥漿參考配合比表1低固相泥漿參考配合比（）（水用量100L）地層膨潤土純堿CMC聚丙烯酰胺水6-80.30.50.050.10-0.05100卵石100.30.50.10.21004、試驗室試配膨潤土泥漿表2試驗室試配低固相膨潤土泥漿（試配水的用量為 10L）配合比試拌結束性能12小時后性能水：膨潤土：CMC比重粘 度含沙 量PH析水 率比重粘 度含沙 量PH析水 率1:0.06:0.00061.03559-101.03789-1021:0.06:0.00051.03739-101.03959-1011:0.07:0.00

10、051.03439-101.03829-10無試驗結果證明：用膨潤土和纖維素配制的泥漿比重為 1.03,比重小，難以保 持槽孔壁的穩(wěn)定，易發(fā)生坍塌；固定顆粒含量少，因河床水位高，泥漿容易浮起, 容易離析；水化能力強，膨脹性大，分散性高，用它制成的泥漿濃度低（一般為4-8%）;使用膨潤土制漿在施工現場大多是通過人工利用攪拌機械進行膨潤土泥漿制造，造漿時灰塵彌漫，不但污染環(huán)境且對人身也有一定傷害， 所消耗膨潤土 最少也得用幾十噸甚至上百噸，用量大，護壁效果不理想。5、普通粘土試配泥漿表3普通粘土試配泥漿（試配水的用量為 10L）配合比試拌結束性能12小時后性能水：粘土： CMC比重粘 度含沙 量P

11、H析水 率比重粘 度含沙 量PH析水 率1:0.06:0.00061.38196.59-101.38176.59-1041:0.06:0.00051.34166.59-101.34156.59-1041:0.07:0.00051.41176.69-101.41176.59-104實際應用：普通粘土和纖維素配制的泥漿性能差，粘度小、含沙量大，因在 松散和小顆粒地層中高速鉆進，不易很快在孔壁形成致密泥皮，而難以保證槽孔 穩(wěn)定；漿液本身濃度高、比重大、摩阻力高，凈化和泵送困難，鉆孔困難。6、采用新型復合型配合比試配記錄如表4,旋挖樁施工選用第四組配合比，使用效果很好，對該組泥20漿優(yōu)點可概括為：本新

12、型復合型泥漿比重小，可泵及凈化性能好，適用于旋挖 鉆機鉆進或反循環(huán)鉆進工藝，有利于成孔周壁。失水量小，形成的泥皮薄而有 韌性，固壁效果好。具有良好的流變性能，懸浮攜帶鉆磴能力強，利于提高鉆 進效率。用膨潤土和粘土按“一比一”比例拌制的泥漿，成本低、造漿率高， 不需要人工或機械攪拌，省電、省工和省時，機械磨損小。表4新型復合型配合比試配記錄配合比試拌結束性能12小時后性能水：膨?閏土： CMC:粘土： 純堿比重粘 度含 沙 量PH析 水 率比重粘 度含 沙 量PH析 水 率1:0.05:0.0006:0.050.0031.05370.79-101.05580.79-1061:0.065:0.00

13、05:0.060.0021.06470.99-101.06700.99-1081:0.065:0.0006:0.0650.0031.071061.29-101.071.29-10101:0.1:0.0005:0.1 0.0021.1502.59-101.1902.59-10無7、最終選用配合比最終選用新型復合型泥漿配合比為：水：膨潤土：CMC（纖維素）：粘土：純堿=1:0.1:0.0005:0.1 0.002配制過程中能夠迅速將漿液配制均勻，高效率、少污染、低耗能，特別適用于卵石、漂石、地下水發(fā)育地質地層旋挖機成孔法施工，廣泛用于鉆井、旋挖樁、地下連續(xù)墻施工（二）大型鋼護筒的埋設圖2.4.3鋼

14、護筒施工用護筒直徑2.1m,壁厚16mm, 長度10m。目的是穿過松散卵石的易坍塌 層，根本上避開了易坍塌卵石層的影響。鋼護筒用吊車吊裝對準樁位，用 4條風 纜將護筒4個方向固定，用水平尺確保護筒 的豎直度。護筒固定好后，用吊車吊裝振動 錘，開始打設護筒。打設時，振動錘慢慢提高功率，確保護筒豎直向下，每打設 12m,測量豎直度，出現偏差及時調直21由于卵石、漂石密集區(qū)域會影響打設進程，使護筒進尺緩慢。對此，用旋 挖機配備1.5m鉆頭，在護筒內適當挖深1m,減小筒壁摩阻力，繼續(xù)打設使鋼 護筒順利下沉。見圖2.4.4鋼護筒的現場埋設。圖2.4.4鋼護筒的現場埋設護筒頂高出原地面1.5m （目的是增

15、加靜水頭高度），用全站儀復測，調整錘 擊力和方向，確保中線偏差在1cm范圍內，垂直度控制在1%范圍內。（三）鉆孔工藝對鉆機施工位置進行整平，夯實，確保鉆機施工平穩(wěn)，堅決避免在鉆進過程 中發(fā)生沉陷、位移等現象。由于卵石地層的特殊性，鉆進過程中鉆頭受阻明顯，特別是穿越密實卵石層 時，鉆頭磨損嚴重，必須放慢鉆進速度，以避免斜孔、彎孔和擴孔現象的發(fā)生。成孔過程中，經常全面檢查，及早發(fā)現問題及時解決。按規(guī)定的施工表格填 寫鉆孔記錄。記錄的內容包括護筒頂標圖、樁尖設計標圖、樁尖實際標圖、鉆機 型號、地層記錄、停機時間和原因等。通過多根樁基成孔，總結技術要點如下：護筒埋設要高出地面12m,凈水頭高度不小于2

16、m；22堅持“少進尺，勤護壁”，每次提鉆和放鉆要慢要穩(wěn)，不能觸碰孔壁；每旋挖2鉆，及時向孔內補充3050cm粘土，用鉆頭反轉以增加泥漿的 護壁效果；有漏漿現象發(fā)生時，說明有地下水流動，迅速提鉆，添加 12m粘土，放 鉆反轉護壁，同時持續(xù)補漿，確保水頭高度；在密實地層鉆進，進尺困難，適當減速，防止鉆頭鉆桿損壞；成孔后，密切關注護筒內泥漿，必須加滿，以保持孔內靜水頭壓力。(四)泥漿的回收及在利用灌樁結束后，由于水泥漿的污染：水泥漿呈堿性， PH值911,而混凝土通 常用硅酸鹽水泥，因此，水泥漿和膨潤土泥漿發(fā)生化學反應， 使置換到池內的泥 漿受到污染，導致膨潤土泥漿性能變化，出現離析、沉淀現象。對此

17、，灌樁過程中回流的泥漿要單獨回收到另外一個泥漿池進行優(yōu)化，方可用于下根樁的施工： 第一組，5Kg泥漿PH值：6 7;比重：1.25;粘度：24;2小時后查看有沉淀，澄清液為2-3mm。從中取出300ml泥漿+50g膨潤+250ml水，2小時后觀測沉淀，澄清液為1 2mm。第二組，5Kg 泥漿+5g (NaO3)PH值：910;比重：1.25;粘度：34; 2小時后查看有沉淀，12mm。再向里加入1g纖維，2小時后觀測沉淀，澄清液為 2 3mm。第三組，5Kg 泥漿+10g ( NazCOs)PH值：12- 13 ;比重：1.25;粘度：53; 2小時后查看有沉淀，1 2mm。從中取出300ml

18、泥漿+50g膨潤+250ml水，2小時后觀測沉淀，澄清液為0 0.3mm=數據分析，燒堿的加入，與泥漿中的 Ca+發(fā)生化學反應，變成碳酸鈣，使鈣 離子惰性化，從而恢復了泥漿性能。同時通過增加膨潤土的方法，使泥漿配比趨 于設定狀態(tài)，達到重復利用的目的。按照 5Kg置換泥漿+5g燒堿，1L置換泥漿 +70g膨潤土 +0.5L水+5g燒堿的配合比優(yōu)化后的泥漿使用效果良好。23卵石層旋挖鉆樁基施工工藝（一）施工工藝流程卵石層旋挖鉆施工流程見圖2.5.1。圖2.5.2泥漿池（二）施工工藝1、挖設泥漿池在樁基一側挖設泥漿池，泥漿 池大小必須滿足2根樁基的泥漿存 放。由于是在卵石地層挖設泥漿池, 為避免泥漿

19、滲透減少，需在挖好的 基坑四周圍上塑料布。見圖2.522、泥漿拌制24新制膨潤土泥漿3小時后就有一定的溶脹性，還不足以滿足卵石層旋挖施工 的要求，必須存放24小時，經充分水化溶脹后方能使用。因此，必須在旋挖施 工前12天內，配制足夠的膨潤土泥漿。泥漿采用噴射式攪拌機拌制，由于 CMC不易溶解，先按3%濃度用高速回 旋式攪拌機攪拌成水溶液后，通過噴射攪拌機加入泥漿池，使 CMC與膨潤土泥 漿融和更加均勻，泥漿性能更加穩(wěn)定。見圖 2.53最后，將過篩的粉狀粘土按配合比用量加入攪拌。見圖2.5.4泥漿循環(huán)拌制過程中，不斷檢測泥漿指標，根據測得數據及時調整泥漿配比，確保泥漿質量圖2.5.4泥漿現場循環(huán)

20、配制3、護筒埋設護筒埋設詳見前面“主要技術方案4、鉆機就位及鉆孔對鉆機施工位置進行整平，夯實，確保鉆機施工平穩(wěn)，堅決避免在鉆進過程 中發(fā)生沉陷、位移等現象。由于卵石地層的特殊性，鉆進過程中鉆頭受阻明顯，特別是穿越密實卵石層 時，鉆頭磨損嚴重，必須放慢鉆進速度，以避免斜孔、彎孔和擴孔現象的發(fā)生。（旋挖鉆鉆進施工參見圖2.5.5成孔過程中，經常全面檢查，及早發(fā)現問題及時解決。按規(guī)定的施工表格填 寫鉆孔記錄。記錄的內容包括護筒頂標圖、樁尖設計標圖、樁尖實際標圖、鉆機25型號、地層記錄、停機時間和原因等。圖2.5.5旋挖鉆鉆進施工5、鉆進過程中泥漿監(jiān)控鉆進過程中，隨時檢測泥漿指標，泥漿比重、稠度等，全

21、程記錄。鉆進剛開 始，泥漿比重符合設定要求，但泥漿粘度較低；隨著鉆進施工，泥漿比重上升, 逐步達到甚至超過1.2g/cm3。見圖2.56成孔后，泥漿比重符合要求，泥漿稠度低于設定值。圖2.5.6鉆進過程泥漿監(jiān)測6、鋼筋籠安裝鋼筋籠在加工胎架上統一標準化制作， 主筋用對焊，然后運至現場，用吊車26 逐節(jié)吊裝焊接。聲測管采用擠壓鉗冷擠壓連接。7、混凝土灌注(1)導管鋼筋籠安裝完成后，即安放導管。導管內徑30cm,每節(jié)長2.5m,內壁光滑、順直，光潔無局部凹凸，各節(jié)導 管內徑應大小一致，偏差不大于土 2mm。安裝前應進行試拼，并經水密試壓確保 不漏水?，F場拼接時要保持密封圈無破損，接頭嚴密，管軸順直

22、。(2)混凝土灌注采用商品碎，碎罐車運輸到孔口。首批碎先拌 0.5m3左右的同標號砂漿。 灌注時，砂漿要在碎之前，防止導管口被骨料卡住。貯料斗的容積要等于或略大 于計算的首批碎體積。碎吊斗除了滿足首批碎的貯量要求外，還要吊裝方便，開啟靈活，不漏漿。首批碎緩緩注入漏斗內，待碎灌滿后開啟漏斗活塞。貯料斗一次貯量要滿足首批碎的需要。為判斷首批碎灌注的質量，必須做到“看”、“聽”、“測”相結合?！翱础笔侵赣^察孔內水頭是否泛起和外溢；導管內碎下降是否順暢；“聽”是指導管是否有漏水的聲響?！皽y”是指測量孔內碎面和導管內碎面距孔口水面的 距離，以判斷埋管的深淺和壓力的平衡情況。見圖 2.5.7圖2.5.7混

23、凝土灌注278、鋼護筒拔除混凝土初凝前，需對鋼護筒進 行拔除。現場搭設簡易龍門，用大 功率卷揚機進行護筒拔除。見圖2.5.8=9、泥漿回收及再利用加入燒堿，使泥漿中的 Ca+發(fā) 生化學反應，變成碳酸鈣，使鈣離 子惰性化，從而恢復了泥漿性能。 具體工藝詳見前面”主要采用的技 術方案一一泥漿的回收及再利用”。圖2.5.8鋼護筒的拔除。關鍵技術要點及主要技術特征（一）泥漿配比新突破：根據實際情況選擇“一比一”即：膨潤土：粘土 =1 : 1,為成功配制出優(yōu)質合適泥漿成為可能。實踐證明：配合比為水：膨潤土： CMC:粘土 =10:1:0.005:1比重1.1g/cm3,粘度80s,能滿足施工要求，使用良

24、好，值得 推廣。（二）護筒埋設：高護筒的使用，穿過卵石松散層，同時 3m的凈水頭確?？?內靜水壓力，為遏制塌孔提供了根本保證。采用“三對中”原理，即：鋼護筒與 樁位中心對中、鉆頭中心與樁位中心對中、 鋼筋籠中心與樁位中心對中， 使樁位 準確度和偏斜度得到保證。（三）旋挖鉆進：總結出成孔過程中的技術要點：1、護筒埋設要高出地面12m,凈水頭高度不小于2m；2、堅持“少進尺，勤護壁”，每次提鉆和放鉆要慢要穩(wěn)，不能觸碰孔壁；3、每旋挖2鉆，及時向孔內補充3050cm粘土，用鉆頭反轉以增加泥漿的 護壁效果；4、有漏漿現象發(fā)生時，說明有地下水流動，迅速提鉆，添加12m粘土，28放鉆反轉護壁，同時持續(xù)補漿，確保水頭高度;5、在密實地層鉆進，進尺困難，適當減速，防止鉆頭鉆桿損壞；6、成孔后，密切關注護筒內泥漿，必須加滿，以保持孔內靜水頭壓力。（四）泥漿再利用：泥漿被水泥污染后，通過加入燒堿恢復泥漿性能，通過 加入膨潤土和粘土恢復泥漿配比。材料與設備（一）主要材料進場膨潤土應達到石油工業(yè)部部級標準鉆井液用膨潤土（SY-5060-85所 規(guī)定的二級膨潤土的指標。本次進場的膨潤土從陜西購入，為高溶脹性的鈉膨潤 土。CMC （纖維素）選用中粘