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1、大連鞍子河大橋巖溶區鉆孔樁施工方案目 錄一、工程概況11、工程地質條件12、水文地質條件13、樁基礎設計1二、近海巖溶地區對鉆孔樁影響分析21、漏漿和坍塌孔22、卡鉆23、斷樁24、鉆孔過程中出現地下河或裂隙3三、方案的選用31、溶洞分布32、方案確定4四、施工方法61、沖擊鉆孔施工法72、拋填法治理溶洞施工工藝93、雙護筒施工工藝10五、預防預案措施111、偏孔預防治理措施112、卡鉆預防治理措施123、成孔過程中地下河或裂隙的處理124、斷樁施工預防措施135、孔內泥漿驟然下降治理措施13六、施工安全保證措施141、鉆孔施工安全保證措施142、沖擊鉆機操作安全保證措施14七、結語17A. 2、一、工程概況大連海灣工業區鞍子河大橋處于直線段內，橋孔布置為8孔20米，結構為雙幅，橋面寬度為21米+27.0米人行道，橋梁下部墩采用多柱式，橋臺采用肋板式，橋墩、橋臺基礎均采用鋼筋混凝土樁基礎形式。原圖紙全橋樁基共計88根，變更后0#臺增加8根，最大樁深設計為：59.1m，共鉆孔：3973.9米。1、工程地質條件該橋為城市主要干道，該地區地處普蘭店灣海灘區，地勢平坦，地層分為：淤泥層、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、下部基巖在5號墩與8號墩間存在地質界線，0-5號墩處基巖為泥灰巖，巖溶裂隙發育，溶洞多為0.5米3.2米之間不等，并且有多處在鉆探過程中出現漏水，但未探明溶洞區域；6-8號墩處基巖為頁3、巖，頁巖分為強風化頁巖、中風化頁巖。2、水文地質條件河流穩定。該河為規劃后的改道河流，根據當地水利部門歷年觀測資料調查計算，河底最大沖刷深度為3.5米，設計流量650m3/S。受到潮汐影響最高洪水位3.9米。3、樁基礎設計橋梁橋臺樁基礎樁徑為1.2米，橋墩樁徑1.4米。圖紙變更后設計要求樁基礎進入中風化頁巖3.2米。B. 二、近海巖溶地區對鉆孔樁影響分析鞍子河大橋地區溶洞規模較大，溶洞成串出現，洞內充填物復雜，由于原地貌為海灘，溶洞內很可能暗河縱橫交錯，在這樣的地質條件下進行鉆孔樁施工，會遇見許多復雜的技術和質量問題，其主要問題可分為防止出現漏漿和坍孔、偏孔、卡鉆、斷樁等質量通病。1、漏漿和坍4、塌孔產生漏漿的原因主要是因為巖層的非密實性造成水壓差。鞍子河地下溶洞初步分析應為軟塑狀充填物或空洞，極易與地下水相連形成暗流，鉆孔過程所使用的大比重泥漿其壓力大于暗流水壓，從而產生漏漿現象。漏漿容易造成坍塌孔，坍塌多發生在護筒底腳部。當護筒下沉至巖面，兩者銜接處出現較大的孔隙，鉆頭穿過半充填或無充填溶洞頂板時孔壁壓力減弱，孔內水頭急驟下降、外部地下水高壓力滲透作用等，都會引起孔壁坍塌。2、卡鉆根據鞍子河大橋地質鉆探資料，在施工過程中有可能出現以下幾種卡鉆情況：1）巖面傾斜、溶溝、溶槽卡鉆；2）地下巖溶發育，溶洞內軟塑狀充填物吸鉆及涌砂埋鉆、漏漿塌孔埋鉆；3）孤石、探頭石卡鉆；4）鉆進過程中穿越5、溶洞頂板因鋼絲繩回彈和鉆頭本身搖擺而改變了鉆頭十字方向卡鉆；鉆頭沖擊巖石造成刃腳脫落，四肢不對稱形成橢圓孔而卡鉆。3、斷樁鞍子河大橋在地下溶溝、溶洞交錯的復雜地質條件下，更易發生斷樁，其主要原因是在灌注混凝土時難以準確測出所灌注混凝土量，水下混凝土流失嚴重，造成斷樁；其次，由于導管接頭不密封產生漏水，提拔導管測量不準等常見因素造成斷樁。4、鉆孔過程中出現地下河或裂隙 鞍子河大橋在以前的鉆孔過程中0號臺出現多處漏水造成塌孔，主要原因是由于裂隙或地下河引起，小的裂隙在混凝土澆筑過程中能夠造成混凝土流失產生斷樁或成孔困難。綜合上述，對于近海地區進行鉆孔樁施工，必須采取科學的技術手段，使用科學的組織管6、理，才能保證成孔的質量。C. 三、方案的選用根據鞍子河大橋的地質鉆探情況，預計會有50個孔位會出現溶洞，溶洞多出現于泥灰巖層，根據鉆探地質界限，以鉆探孔ZK左5-1與ZK左5-3間至ZK右5-3與ZK右6-4間連線分界，0#臺-5#墩大部分孔位處于泥灰巖基巖范圍內，并且在0#臺-5#墩范圍內出現串洞、漏水點較多。5#墩局部、6#墩-8#臺處于頁巖范圍內，鉆探顯示僅7#墩2個孔位分別出現溶洞，但其規模不大。本橋位的溶洞分布情況及施工方案如下：1、溶洞分布a、0-0.7m溶洞：左0-3、左0-4第二個洞、右0-1第二個洞、右0-2第二個洞、右0-3第二個洞、右0-4第二個洞、左0-8、右0-5、右7、0-7、右0-8、左1-1第二個洞、左1-2第二個洞、左1-3第三個洞、左1-4第二個洞、右1-1第二個洞、右1-2、右1-3第二個洞、右1-4、右2-1、右2-2右2-3第二個洞、右2-4第二個洞、左4-1、左4-2、左4-4第二個洞、右4-1第一、三個洞、右4-2第二個洞、右4-4第二個洞、左5-2、左5-3、左5-4、右7-3、右7-4；b、0.7-1m溶洞：右0-1第一個洞、左0-7第一個洞、左1-3第二個洞、左7-3、左7-4、右7-1；c、1m以上溶洞：左0-1、左0-2、右0-1、右0-2第一個洞、右0-1第一個洞、右0-3第一個洞、右0-4第一個洞、左0-5、左0-6、左1-18、第一個洞、左1-2第一個洞、左1-3第一個洞、左1-4第一個洞、右1-1第一個洞、右1-3第一個洞、右2-3第一個洞、右2-4第一個洞、左3-1、左3-2、左3-3、左3-4、右3-1、右3-2、右3-3、左4-4第一個洞、右4-1第二個洞、右4-2第一個洞、右4-3、右4-4第一個洞。2、方案確定0-0.7m溶洞采取拋填碎石和片石的方法進行施工：當鉆頭穿透巖洞頂板后，溶洞表現出漏漿現象，或通過鉆孔進尺速度加快可以證明已經入溶洞區，立即提出鉆頭，拋入碎石和水泥土混合料，同時加大鋼護筒水位高度，保持水頭和泥漿穩定，拋填后反復沖擊，反復拋填沖擊若干次后，利用鉆頭沖擊力將拋填物擠入側壁溶洞，形成穩定9、結構，保證泥漿造壁穩定不漏為止。0.7-1m溶洞采取拋填片石法施工：當鉆頭穿透巖洞頂板后，溶洞同樣會表現出漏漿現象，或鉆孔進尺速度加快可以證明已經進入溶洞區，提出鉆頭，拋入片石水泥土混合料，同時加大鋼護筒水位高度，保持水頭和泥漿穩定，拋填后反復沖擊，重復拋填沖擊若干次后，利用鉆頭沖擊力將拋填物擠入側壁溶洞，形成穩定結構，保證泥漿造壁穩定不漏為止。對于大于1.0m溶洞采用雙護筒跟進法成孔。內護筒(厚8)制作大于樁徑100、外護筒(厚10)制作大于樁徑200。鉆孔過程中外護筒采用振動錘下沉至第一層溶洞頂板巖面。為防止護筒底角回卷，一次下沉不能到位的，應邊鉆邊下沉，到位后立即停止振動。當鉆進到外護筒10、底腳時，采用拋填法密實護筒底腳，自由下落內護筒。當鉆機穿過溶洞頂板后，將內護筒跟進沉入溶洞至穩定性巖面，利用內護筒消除壓力差作用，從而避免泥漿流失。經過鞍子河大橋地質勘察資料的數據分析，在鉆孔樁樁位處出現的串洞均只有一個較大洞，其他1-2個溶洞則都小于0.7m的較小洞，故可不必增加護筒層數，而采用雙護筒法與拋填法相結合方式進行施工。D. 四、施工方法結合前面的分析及確定的施工方案，鞍子河大橋鉆孔樁施工方法，根據樁徑的大小，地質情況分別確定，對于沒有溶洞出現的孔位，根據橋臺樁徑（1.2米）,橋墩樁徑（1.4米），選用十字型鑄鋼件沖擊鉆頭擊鉆進、泥漿護壁成孔。鉆孔施工工藝流程圖1、沖擊鉆孔施工法對11、于沒有溶洞出現的樁位，采用按照常規施工工藝進行施工。根據勘察右0-5樁未出現溶洞，右0-5樁施工方法為：測量放樣出右0-5號樁樁位，操作鉆機就位，認真檢查鉆進轉盤平面位置以及傾斜度，鉆孔樁鋼護筒采用壁厚6的鋼板制作，其內徑大于設計樁徑0.4m。采用挖埋的方法埋設鋼護筒。護筒埋深為3米，高出施工場地0.3米。護筒頂面偏差控制在5cm以內，傾斜度控制在1%以內，埋設完成護筒后在護筒頂面周圍鋪設石碴，在孔位附近圍砌泥漿池，挖設排水溝。按照施工工藝中泥漿配合比配制泥漿。泥漿在成孔過程中主要起到支撐和穩固孔壁、懸浮鉆渣冷卻鉆頭的作用，是造孔能否取得成功、清孔換漿和混凝土澆筑質量好壞的關鍵因素。對泥漿質量12、要求較高，需要泥漿量很大，施工中泥漿采用黏土加膨潤土，泥漿配合比（kg/m3）為黏土：膨潤土：水：堿面=210：81：810：3，控制其性能為：黏度：18-24s、密度：1.13-1.24kg/m3、含砂量：4-6%、24h穩定性：2-310-2、膠體率：96-99%、泥皮厚：1-3、ph值：7-9。鉆機就位后，需要認真檢查鉆機轉盤平面位置以及傾斜度，確保鋼護筒理論中心，鉆機轉盤中心及鉆機門架滑輪吊點中心位于同一鉛垂線上。開鉆時，首先向護筒內加入一定數量的黏土、清水、膨潤土和堿面，用小沖程、高頻率的沖擊方式進行鉆進，以達到造漿護壁的目的，技術參數為：沖擊行程1.0-1.5m、沖擊頻率10-1513、次/min。當孔深穿過淤泥、黏土層后，則將沖程增加到2.0-3.0m，清除孔內的鉆渣，同時注意孔內泥漿指標的變化情況，適時地加入黏土和清水，除渣時間每鉆進2m或4h撈渣一次。當鉆孔深度即將到達39米，根據勘察資料該深度接近巖石深度，為防止巖石頂面起伏不定對鉆孔質量的影響，拋入片石、碎石與水泥的拋填物，同時控制鉆機降低沖程，增加頻率直至到達39.2米的巖石層。進入巖層后，沖程控制在3.0-4.0m，沖擊頻率為4-6次/min，每小時進尺小于5-10cm，撈渣一次，直至達到設計標高42.4米。未出現溶洞樁位詳見“附表1鞍子河大橋鉆孔深統計表”施工工藝流程圖見“鉆孔施工工藝流程圖”。2、拋填法治理溶14、洞施工工藝拋填法治理溶洞施工工藝圖根據勘察資料左0-3樁下存在0.7m溶洞，根據方案選擇拋填法治理，施工準備以及在土層中鉆孔同上，鉆孔施工深為41米進入巖溶區頂板巖層，提高鉆孔頻率，降低施工沖程，以此種方式穿過溶洞頂板約為1.1米厚，鉆孔深度到達42米時，進入溶洞區，仔細觀測孔口水位，出現水位降低，或鉆進尺寸增加，立即將沖擊錘提出孔口，按照重量比1：3的比例回填碎石和水泥。直至泥漿溢出孔口，用高頻率、低沖程的方式沖擊鉆進，該過程中觀測孔內水位變化情況，如果水位繼續下降，再按比例填入碎石和水泥，重復幾次（一般為4-5次）每次填筑超過孔底1.0M深度，直至水位不發生變化，此時己將溶洞填筑密實，繼續15、向下鉆孔至46米，成孔。拋填法治理溶洞位詳見“附表1鞍子河大橋鉆孔深度統計表”。施工工藝流程圖見：“拋填法治理溶洞施工工藝圖”。3、雙護筒施工工藝右0-2樁勘察資料顯示孔內存在1.9米溶洞，并且在1.9米溶洞下1.5米處存在0.4米較小的溶洞，形成串洞，對其施工，安插外護筒采用振動錘下沉至第一層溶洞頂板巖面，一次下沉不能到位，就邊鉆邊下沉，到位即停，處理土層方法按照一般工藝進行。鉆孔至40.5米深度時，進入巖石與土分界層，利用拋填碎石水泥土法將護筒與基巖交接處填充密實（方法同拋填法）。安放內護筒（內護筒大于樁徑10cm）下落，內護筒自由下落跟隨鉆頭樁孔進入1.9米溶洞底層。至穩定性巖面，同樣拋16、入碎石水泥土使得護筒與基巖交接處密實，成孔過程中保證孔內與溶洞的分隔，保證泥漿不漏失以及坍孔，此時鉆孔深度為42.1米，沖孔至43.6米時將第二溶洞頂板穿越，出現漏水現象或者鉆進進尺速度加快，提出鉆頭，拋入碎石水泥土，反復沖擊，方法同拋填法。繼續向下鉆孔至47.2米，成孔。雙護筒法（雙護筒、拋填聯合法）治理溶洞位詳見“附表1鞍子河大橋鉆孔深度統計表”。施工工藝流程圖見：“雙護筒法治理溶洞施工工藝圖”。雙護筒法治理溶洞施工工藝圖近海巖溶地區鉆孔治理溶洞方法多選用：拋填法、多護筒法。其分別適用于較小規模的溶洞，以及較大規模的溶洞。并且在多年來施工生產過程中證明是一種成功率較高的施工方法。E. 五、17、預防預案措施嚴格按照上述施工工藝流程施工，雖能夠保證正常施工的要求，但是由于施工現場巖溶地質條件的復雜形式難以估計，故針對偏孔、卡鉆、斷樁等幾種可能發生的問題，提前制定預防治理措施，以確保工程質量、保證工期。1、偏孔預防治理措施 施工過程中遇到孤石或者探頭石在孔內形成半邊巖，會引起鉆孔的偏位。處理辦法：起鉆回填60-100cm高的碎石、片石水泥土，采用小沖程、高頻率的沖擊方法進行鉆進，邊沖擊邊削平基巖面：如鉆進過程還出現“偏斜”情況，再加入碎石、片石水泥土，并將鉆機反向移動（偏離樁孔中心）5-10cm沖擊鉆進，直至將鉆孔偏斜糾正為止，以確保鉆孔的垂直度。然后將鉆機恢復原位繼續鉆進。2、卡鉆預防18、治理措施如果卡鉆在施工過程中發生，會對施工的工程進度影響較大，為了保證施工進度，對于卡鉆現象要提前做好預防，盡量杜絕其發生。現場管理人員及操作人員隨時觀察鉆機負荷和主繩擺動情況，經常測量鉆頭直徑，應及時對鉆頭補焊，控制鉆頭磨損在1.5cm以內。控制探頭石、石階、梅花孔、橢圓孔的出現，發現卡鉆征兆及時提鉆并進行拋填處理。在距溶洞頂板以上50cm處改變鉆孔沖程和沖擊次數，慢打輕擊，進入溶洞后實施人工造孔，嚴格按照施工方案中描述的拋填法或多護筒法施工。若出現卡鉆現象，禁止強行提鉆，如果強行提鉆容易造成掉鉆現象發生，首先應判斷鉆頭的位置，以及卡鉆原因，采取慢試旋轉法，晃動大繩或者鉆頭，使得鉆頭松動，然19、后將鉆頭提起。3、成孔過程中地下河或裂隙的處理工程鉆孔中，土層施工中按正常的施工方式進行，如果出現急劇水頭下降 ，立即將沖擊錘提出孔口，按照重量比1：3的比例回填碎石和水泥。超過泄露點1.5-2.0米，用高頻率、低沖程的方式沖擊鉆進，該過程中觀測孔內水位變化情況，水位不再發生變化，繼續進行正常的鉆孔。如果水位繼續下降，再按比例填入碎石和水泥，重復幾次（一般為4-5次）每次填筑超過孔底1.5M深度，直至水位不發生變化，此時己將裂隙或地下水道填筑密實，繼續向下鉆孔至設計標高，成孔。如果水位還是不能控制，應立即用膨潤土回填孔，采用鋼護筒的方式進行二次施工。4、斷樁施工預防措施在鉆進過程中分析判斷溶洞20、的結構狀態，測算出第一批混凝土灌注量，（增加計算量的20%），確保一次封底。在施工過程中測量混凝土面上升速度，判斷混凝土流失情況，導管埋深保持在混凝土下2m深，隨灌注混凝土隨提升，并減少對下部混凝土的攏動以防止上部混凝土初凝結殼造成斷樁。灌注混凝土在通過漏漿處理位置時應加大導管埋置深度，深度應大于4m，防止混凝土擠破造孔壁造成斷樁。在施工前對灌注混凝土設備進行全面檢查，確保施工設備運轉良好，召開施工例會使得施工人員達成共識，分工明確，在施工過程中工序銜接緊湊，保證混凝土灌注連續性。5、孔內泥漿驟然下降治理措施鉆孔時孔內泥漿驟然下降，很可能是由于地下存在大型溶洞，并且其內部存在真空空間，遇到此種21、情況，必須及時處理，如果不及時很可能造成塌孔，埋鉆，對此應立刻投入片石與整袋水泥，鉆機反復沖擊，同時，保證孔內泥漿水位，以及泥漿的質量，如果水泥不足可將黃土裝袋后按袋投入，直至維持水位為止，繼續沖擊成孔。F.G. 六、施工安全保證措施1、鉆孔施工安全保證措施A、鉆機、鉆具和吊鉆頭的鋼絲繩，均應符合設計要求，使用時應有專人檢查維修。B、工作平臺鉆機平臺上應滿鋪腳手板及設置欄桿、走道，并應隨時清除雜物。C、凡不正在施工的孔口，均應加防護蓋。D、當沖擊鉆孔時，吊鉆頭的鋼絲繩的松弛度應掌握適當。E、沖擊鉆鉆進作業中，應經常檢查鋼絲繩損傷情況，如斷絲超過5%時，應及時更換鎢金套，應作拉力試驗，鋼絲繩與鉆22、頭連接的夾子數，應按等強度安裝。F、鉆機的卷揚機鋼絲繩在卷筒上應排列整齊，卷繞鋼絲繩時，嚴禁工作人員在其上跨越，卷揚機筒上的鋼絲繩不得放完，應至少保留三圈，嚴禁人拉鋼絲繩卷繞及用腳踢。G、電動卷揚機在工作中，如遇停電或停機檢查保養時，應將電源關閉，工作停止后，應將電關閉，鎖好開關箱。H、鉆機鉆進時，卷揚機變速的換檔應事先停車，掛上檔后方可開車。2、沖擊鉆機操作安全保證措施A、操作人員必須經過培訓，熟悉沖擊式鉆機的性能、結構、原理、考試合格并取得操作證，方可操作。B、鉆機的安裝： （1）安裝鉆機的場地應平整、堅實。 （2）鉆機安裝時，必須保持機架水平。 （3）鉆機就位確認安置正確后，在桅桿頂上先23、系上四根纜風繩，然后將桅桿豎起。 （4）桅桿豎立起后，將桅桿底部的千斤頂旋出，以便載荷通過千斤頂傳遞到支座上。C、開動前檢查：檢查鉆機所有機構的正確性，并向全部潤滑點和油嘴加注潤滑油。松開所有磨擦離合器，并清除鉆機上的無關雜物。檢查電動機旋向，從皮帶輪方向觀察電機時，電動機的旋向應按順時針方向旋轉。空運轉35min，待一切正常后方可鉆進。D、操作者須知： （1）不要在不良好的機況下進行工作。（2）不使用打滑的磨擦離合器，防止磨擦片的磨損。（3）將卷筒剎住后再間斷的松開，將鉆頭降落到井孔內，不要使其自由降落。（4）在下降工作中，若鉆具停住，不應懸在空中，而應將鉆具提上以后，再重新下降。（5）擰上24、鉆具后，為檢查接合處的螺紋連接情況，必須用鑿子作檢查標記線。（6）在鉆具下降到井底以前，應檢查鉆頭安裝正確，鉆具上應無裂紋等。（7）為了避免機器過早磨損與損壞，在工作時不要采用重量比說明書內規定的還要大的鉆具。（8）為避免鉆具被夾住，不工作時，不得將其停留在井底。（9）工作時要注意拉桿的拉力是否正常，不要在拉桿松弛時進行工作，以防桅桿損壞。（10）在用鋼絲繩滑輪中的兩個滑輪進行工作時，為使桅桿負荷均勻，應使兩邊的滑輪受負荷，而中間的滑輪能自由活動。E、鉆機操作時的安全技術： （1）鉆孔工作地點應保持清潔。（2）鉆機的安裝及拆卸時，要保證正確和完整無缺。（3）鉆機的桅桿升降時，操作人員應站在安全25、的位置上進行。（4）開動電動機時，應打開鉆機所有的磨擦離合器。（5）當鉆機工作時，嚴禁去掉防護罩。（6）工作開始前，應該檢查制動裝置的可靠性，以及磨擦離合器和啟動裝置的工作性能。（7）電動機未停止前，禁止檢查鉆機。（8）鉆機工作時，嚴禁緊固鉆機任何零件。（9）當鉆機運轉時，嚴禁加油。桅桿上部滑輪加油應在鉆機停止時進行。（10）電動機未停止前，不允許在桅桿上工作。（11）無論什么情況下，當桅桿上段有人工作時，桅桿下不許停留其他人員。（12）遇有惡劣氣候時，不許在桅桿上工作。同時，也不允許利用人工照明在桅桿上工作。（13）嚴禁使用裂股的鋼絲繩。（14）鉆具升降時，嚴格禁止用手摸鋼絲繩。（15）除鉆26、機升降，下鉆管等外，井口嚴禁敞開。（16）為了防止鉆具或抽筒從井內取出井外時的甩動，必須使用由直徑1520鋼棒制成的鉤子鉤住。（17）在清洗抽筒時，應利用堅固可靠的鋼絲繩結成環，套在抽筒下端，將其倒翻。（18）用滑車提升或下降套管時，以及機器在打撈工作時，所有工人應離開鉆井。（19）在用起重器拔出套管時，為避免套管脫落，必須彼此固定在一起。（20）在照明停止的情況下（夜間時），鉆孔工作應該停止。這時鉆具仍在井內時，就應該小心地把鉆具從井內取出來。H. 七、結語針對鞍子河大橋的地質條件以及選用的施工方案，應該做好充分準備，各項材料機械準備充分，一旦出現問題，馬上投入使用。以上為施工過程中采取的整治溶洞措施，以及預防一些事故出現的預防措施。除以上技術措施外，還應在管理上予以加強，加強施工人員的安全質量意識。在巖溶發育的地層鉆孔施工時，各個系統全面配合，及時應對，做到細致施工、果斷處理。確保施工的順利進行，保障工程工期、質量。在汛期來臨之前，疏通河道，保證鞍子河的正常排洪需要。增加工程量表第1頁第2頁第3頁第4頁第5頁