鉴于安九铁路长江大桥主桥钻孔桩施工的重要性, 选择合适的成孔方式对本桥施工的顺利推进至关重要。分析研究如下:
1 常用钻孔方法
钻孔方法按钻机类型主要分为旋挖钻、回转钻、冲击钻, 下面主要介绍旋挖钻孔和回转钻孔两种方法。
1.1 旋挖钻孔
⑴原理
旋挖钻机是自备动力的履带自行式钻机, 采用旋挖钻头直接取土成孔, 预拌泥浆护壁。
大孔径桩岩层施工原理。采用分级钻头逐一扩钻而成。 (1) 第一级钻孔。采用牙轮环切钻头将岩石环切, 破坏岩石的完整性。使用取芯钻头, 利用钻头内螺旋涨塞产生的水平力和钻机钻杆传递的扭矩共同作用, 将岩芯掰断取出。 (2) 扩孔钻进。利用分级扩孔钻头将孔径扩大, 分级钻头下部设置的第一级作为导向, 保证孔径垂直度, 上部设置牙轮+截齿扩孔环形钻头, 采用全环断面破碎方式钻进。
⑵现状
旋挖钻是从国外引进的先进钻孔技术, 通过引进、消化、吸收后从150—550已成体系化, 对于3米直径的钻孔桩, 摩阻杆可钻至达120米深, 机锁杆可达90米深。目前大功率旋挖钻机 (国产550和宝峨460) 全国保有量约14台, 资源稀缺。
1.2 回转钻孔 (反循环)
⑴原理
泥浆由钻杆外流 (注) 入井孔, 用泵吸 (泵举) 或气举将泥浆钻渣混合物从钻杆中吸出, 泥浆经净化后再循环使用。
大孔径桩岩层施工原理。使用滚刀钻头全断面破碎钻进, 利用气举反循环排出钻渣。
⑵现状
随着近十几年来对国外先进钻孔技术和设备的引进消化和吸收, 国内动力头回转钻机设备也在不断发展和更新, 逐步研发出了KTY系列大扭力动力头回转钻机, 如芜湖桥3米桩KTY3000型;天兴洲3.4米桩和嘉绍大桥3.8米桩KTY4000型;平潭桥4.5米桩KTY5000型, 接近世界先进水平。
2 安九铁路长江大桥基本概况和拟采用成孔设备
2.1 基本概况
本桥主墩基础设计以及地质情况:4号主墩孔深85.05~99.55m, 岩层强度79.7MPa;5号主墩孔深64.05~79.05m岩层强度90.5MPa。
2.2 拟采用成孔设备
5号主墩:本墩处于全桥施工关键线路, 为了发挥新装备在施工中的优势, 根据钻孔深度及地质情况, 优先采用旋挖钻机施工钻孔桩。
4号主墩:根据本墩的孔深和岩层强度, 拟采用KTY4000型动力头回转钻机施工。
3 近期相关工程调研情况
3.1 汉十铁路崔家营汉江特大桥
汉十铁路崔家营汉江特大桥东起襄阳东津站, 桥梁全长13013m。航道主桥布置为 (135+2×300+135) m连续刚构拱桥 (316#墩~320#墩) 。
317#主墩采用1台TR550和2台TR460型旋挖钻机。
318#主墩采用5台KTY4000型动力头回转钻机。
经过统计分析得出下表。
3.2 商合杭铁路芜湖公铁桥
新建商合杭铁路在安徽省芜湖市弋矶山附近跨越长江, 为公铁两用桥。跨江主桥桥跨布置为 (99.3+238+588+224+85.3) m高低塔钢箱桁组合梁斜拉桥。
1#墩钻孔桩施工采用2台TR460D型旋挖钻机。
2#墩钻孔桩施工8台KTY4000型动力头回转钻机。
经过统计分析得出下表。
3.3 南沙港铁路西江特大桥
西江特大桥主桥形式为混合梁斜拉桥, 孔跨布置为 (2×57.5+172.5+600+4×57.5) m, 全长1117.5m。
157#墩共采用3台XR550旋挖钻机。从2017年1月20开始, 到2017年4月26日, 共计完成15根桩。
覆盖层钻进约为1天, 岩层钻进约为23天, 钢筋笼安装约为1.5天, 混凝土灌注时间约为1天, 共计26.5天。
4 安九铁路长江大桥主墩成桩时间分析
4.1 钻机平面布置
⑴旋挖钻机布置
单个平台最多可布置4台旋挖钻机, 12个循环完成钻孔桩施工。
⑵动力头回转钻机布置
单个施工平台布置8台KTY4000型动力头回转钻机, 分6个循环完成钻孔桩施工。
4.2 钻进方式
⑴旋挖钻机
(1) 覆盖层施工。采用全断面钻进至岩层。
(2) 软硬岩交界面施工。采用导正器+Φ1.5m截齿钻头和取芯钻头钻进。
(3) 岩层施工。Φ3m钻孔桩岩层采用分级钻头逐一扩钻而成。
⑵动力头回转钻机
(1) 覆盖层施工。在较软地层中全断面钻进, 钻进效率较高。
(2) 岩层施工。在岩层中钻进, 使用滚刀钻头全断面破碎钻进, 根据滚刀形式不同又分为楔齿滚刀钻头和球齿滚刀钻头。楔齿滚刀钻头在60MPa以下的岩层中钻进。球齿滚刀钻头在60MPa以上的岩层中钻进。
4.3 成桩时间分析
⑴成桩时间计算
旋挖钻机和动力头回转钻机在岩层中的钻进效率均引用汉十铁路崔家营汉江特大桥的功效, 旋挖钻机在覆盖层中钻进时间均以1天计。结合4号、5号主墩各地层厚度, 计算出主墩每根桩的成桩时间。
⑵单个墩台成桩时间计算
根据钻机循环移位路径, 各个钻机分别累加成桩时间后取最大值即为单墩成桩时间。实际施工过程中还应将下列时间计算在内:a、钻机陆续进场拼装和退场拆分所消耗的时间 (旋挖钻机按4天考虑, 动力头回转钻机按20天考虑) ;b、最后一轮的清孔、下钢筋笼、砼灌注时间均按2天考虑。
单个墩台成桩时间列表如下:
五、结束语
对于大直径超长钻孔桩, 若孔深超过80m, 基岩强度超过70MPA, 建议优先采用液压动力头旋转钻机, 有益于工期的保证;若孔深在80米以内, 且基岩强度低于70MPA, 可以采用大功率旋挖钻机, 既有益于现场文明施工, 亦可在工期方面得到保证。
摘要：对于大直径超长钻孔桩, 若孔深超过80m, 基岩强度超过70MPA, 建议优先采用液压动力头旋转钻机, 有益于工期的保证;若孔深在80米以内, 且基岩强度低于70MPA, 可以采用大功率旋挖钻机。本文主要结合安九铁路鳊鱼洲长江大桥主桥钻孔桩施工, 对成孔方式的合理选择进行分析研究。
关键词：大直径,超长钻孔桩,成孔方式