钻孔灌注桩沉淀层问题（精选4篇）
钻孔灌注桩沉淀层问题 篇1
引言
在桩基础中, 钻孔灌注桩的单桩承载力大, 对各种地质条件适应性强, 具有无挤土效应、无震害、无噪声、施工机械简单、造价低、沉降小、施工效率高等优点, 经常被采用。但如果在地表下的厚卵石层进行钻孔灌注桩的施工要承担相当大的风险, 在工艺技术上有一定的难度。
1 工程概况
某工程设计桩径为Φ 800 mm, 抗压桩进入持力层 (卵石层) 6 m, 抗拔桩进入持力层 (卵石层) 3 m。根据地质勘探报告, 场地范围内卵石层厚度在37～46 m, 卵石层中卵石、圆砾主要成分为硬质火山岩, 呈中风化, 次圆状, 卵石粒径一般为70～120 mm, 大者达150 mm以上, 含量在50 %～75 %;砾石粒径一般为5～20 mm, 含量在10 %～25 %;黏性土含量在5 %～10 %, 其余为砂, 土质不均, 局部为粒径300 mm以上的漂石, 低压缩性, 力学性质较好, 场地内全场分布, 分布较稳定, 此土层作为持力层较好。
2 工程重点与难点
该工程的重点与难点在于卵石层钻进中的技术问题, 包括:防治漏浆;防止卵石层坍孔;提高卵石层钻进效率;解决漂石层钻进。这几个问题直接关系到桩基的质量与整个项目的进度。前两项是由地质条件造成的, 主要可通过调节泥浆性能来解决;后两项主要通过合理选择设备, 调整钻进参数、钻头结构和采用多形式钻头组合来解决。解决这几项技术难题的关键是要先解决漏浆问题。
3 施工中的问题与对策
3.1 防止漏浆
漏浆过程是泥浆因失水沿卵石孔隙挤入, 因此, 要解决漏浆应提高泥浆的黏度, 降低失水量与封堵卵石间缝隙相结合。根据施工经验, 漏浆主要发生在桩基施工前期, 一旦卵石缝隙被黏土颗粒充填, 漏浆量会越来越少, 甚至全部消失, 故前期卵石层钻进时必须高度重视。具体方法如下:
(1) 在钻孔周围储浆池准备好2～3倍孔容积的优质泥浆。
(2) 在快进入卵石层时, 先停止进尺, 置换成优质泥浆钻进, 然后观察、记录漏浆情况。
(3) 若漏浆严重, 除进一步补充泥浆外, 可向浆液中加适当的水泥粉, 或向孔内泵送球状黏土, 同时保持孔内水头高于地下水位2～3 m。
(4) 若以上方法仍无法解决漏浆, 通过水泵正循环将准备好的钻孔堵漏片送入孔底, 该堵漏片是一种水溶性树脂为主的复合剂, 遇水快速发生湿粘和交联热化反应, 一般情况下5 min内可收到效果。或者使用聚丙酰胺溶液, 其配方为:聚丙酰胺1 %～2 %, 水泥0.75 %～1.0 %, 该方法的效果很好。
3.2 防止坍孔
在不同地层的钻进施工中, 主要参数指标每2 h抽检≮1次, 每一地层抽检比重、黏度、含砂率及pH值≮1次, 以全面掌握孔内泥浆性能的变化情况, 以便及时调整, 同时通过泥浆面观察孔壁的稳定情况, 保证孔壁的安全。
若解决了漏浆问题, 只要保持孔内水头高于地下水位2～3 m和泥浆性能, 就能确保钻进过程中不发生坍孔事故。保持水头差要做到钢护筒底部进入黏土层20～50 cm, 外围用黏土夯实, 同时水泵能正常工作。尽管钻机在钻进卵石层以上地层时也能自然造浆, 但该泥浆性能达不到卵石层的钻进要求, 需要对其黏度、含水率、失水量、泥皮厚度等进行优化。
优质泥浆的配制。为保证易液化坍塌砂质层的成孔质量和最终能将孔底清理干净, 对泥浆的比重与黏度制定了严格的指标。经过泥浆配比试验, 决定采用当地的膨润土, 泥浆配合比 (质量比) 为:水∶膨润土∶黏土∶NaOH∶CMC=1 000∶100∶60∶1.5∶1.5。泥浆的好坏是成孔质量的重要保证之一, 由于配制了高质量的泥浆, 在长期停钻的情况下, 沉积物很少。此外, 优质的泥浆可使孔壁形成一层粘性好、密度大、渗透性差的泥皮, 这层泥皮可防止孔内泥浆外渗, 大大减缓了孔内水头降低的速度, 这也是使孔壁稳定的有效措施。
(1) 先在储浆池中制好原浆, 材料具体用量为:
泥浆1 m3, 水1 000 kg, 黏土200 kg, 膨润土60 kg。若能利用钻孔自然造浆, 须先降低含砂率至4 %以内, 则黏土含量可减少为100 kg, 将原浆搅拌均匀。
(2) 然后制作1
%的钠羧甲基纤维素 (CMC) 溶液, 加入0.5 %的NaOH溶液搅拌2～3 h。
(3) 优质泥浆的配合比为:
泥浆∶CMC=10∶1, 或以每m3泥浆加1.5 kg的CMC混合。
在卵石层钻进过程中, 也有可能由于局部泥浆护壁效果不好或机具扰动造成坍孔事故, 或停钻时间过长、泥浆循环不合理等。所以, 在该地层钻进时, 首先要调节好泥浆性能, 还要选择好钻进参数, 如钻压、转速、泵量等。
3.3 提高卵石层钻进效率
卵石层的钻进效率取决于钻头对卵石的破碎效率与泥浆携碴、排碴效率, 故通过选择合适的钻头和改变钻头结构、合理调整钻进参数, 可以提高其破碎卵石的效率, 而调整泥浆性能与加大泥浆量可以提高携碴、排碴效率。
(1) 选择合适的钻头。对勘探现场调查得知, 卵石层前5～6 m不漏浆, 平均粒径<9.5 cm, 适合用合金钻头;7 m以下的卵石层漏浆严重, 而且粒径>15 cm, 局部有漂石, 可钻性低, 应选择牙轮钻头或滚刀钻头。
(2) 对于合金钻头翼板数量, 钻头直径在1 m以内可选择四翼, 钻头直径>1 m配置6片翼板较合适, 翼板材质应选用强度高和耐磨性好、最好经热处理的锰钢, 厚度≮45 mm, 翼板的仰角宜≯20°, 用反循环钻进时仰角可增大至30°左右。
(3) 翼板上应镶焊高强度的合金刀具, 在镶焊刀具时要求合金底出量1～2 mm, 内外出量≯1.5 mm, 合金刀具切削角取90°～100°, 刃尖角取70°～90°较合适, 以防崩刃, 合金刀具的布置应内疏外密, 靠近外缘部位增加补强翼板。
(4) 在卵石层中钻进, 切削线速度宜≯1.0 m/s, 转盘转速宜为10～15 r/min, 钻压宜>50 kN。对于牙轮或滚头钻, 可以适当加大钻压, 防止钻头跳动蹦离合金。
(5) 在卵石层中钻进, 泥浆的性能对钻进效率影响较大, 若钻碴不能及时返出孔底, 会导致钻头在孔底重复破碎钻碴。根据施工经验, 泥浆性能指标为:泥浆比重1.20～1.25 g/cm3, 黏度20～50 s, 控制砂率<1 %, 失水量<1 ml/min, 胶体率≮90 %。
(6) 泵量也是影响泥浆排碴的关键因素。对于孔径Φ 1 000 mm的桩, 若上部存在不稳定地层, 则泵量宜≯780 L/min;若地层经过处理已处于稳定状态, 泵量可调至2 300 L/min。根据施工经验, 宜选择4PNL水泵, 但必须在水泵出水口附近安装控制阀调节泵量, 在循环池周边必须设置沉淀池。
(7) 也可采用“小径打、大径扩”的措施成孔。在圆砾层钻进时, 一旦出现憋车、钻具跳动、进尺缓慢等现象, 应立即换小径筒状钻头钻过该层, 然后再换大径刮刀钻头扩孔。粒径<5 cm的圆砾可由大比重、高黏度泥浆携带出口, 粒径>5 cm的圆砾采用带钢丝网的筒状钻捞出。
3.4 解决漂石层钻进难题
从地质勘探现场了解到, 卵石层埋深7～17 m之间存在粒径>30 cm的漂石, 此时漏浆情况严重。根据施工经验, 常规的翼状合金钻头难以钻进, 主要是因为该钻头无法对大的漂石进行破碎, 如果加大钻头回转力, 又可能造成偏孔、扭断钻杆、毁钻头等事故的发生。所以, 当钻至该层时应减压慢钻进, 使碴石能尽可能吸出。当遇30 mm漂石无法破碎、不能吸出孔时, 采用捞碴筒打捞后再进行钻进。此时应更换滚刀钻头, 同时增加钻压 (钻压宜>70 kN) 。当发现钻机抖动严重时, 应立即提钻检查牙轮是否掉离, 同时密切注意泥浆面, 防止坍孔。
4 结语
混凝土钻孔灌注桩在卵石层中施工较难, 但只要掌握一定的施工方法, 准备必要的材料及工具, 在此层仍可顺利钻进。当然, 不同的工程地质条件有很大的差异, 其施工方法不可能相同, 在施工中应及时总结经验教训, 逐步积累在此类地层施工的经验。
摘要：结合工程实例, 对钻孔灌注桩在卵石层中施工技术的重点难点、做出分析供类似工程参考。
关键词：钻孔灌注桩,卵石层,泥浆护壁
卵石层中钻孔灌注桩施工工艺比较 篇2
兰州市深安黄河大桥位于兰州市西固区与安宁区之间,南起西固区深沟桥,横跨黄河连同北岸的安宁区。主线道路桥梁全长1.32 km,其中主桥长度为272 m,主线与黄河南岸的南滨河路、黄河北岸的北滨河路互通相交,立交形式为“2个半定向+2个苜蓿叶”的2层完全互通立交,各向匝道共计16条。
桥梁桩基均采用机械成孔灌注桩,主桥水中墩桩径为φ2 000 mm,引桥及匝道桩径为φ1 200 mm、φ1 500 mm 2种,主桥梯道及人行天桥桩径为φ1 000 mm、φ1 200 mm2种。全桥合计钻孔灌注桩625根,合计桩长约为14 805.2 m。
根据《兰州市深安黄河大桥工程岩土工程勘察报告》,桥址区范围地层结构较为简单,地基土主要由第四纪冲洪积成因的砂、砾、卵石土等组成,表层分布有人工堆填土及滩面新近沉积的黏性土和粉土。
其中(3)5层卵石为主要分布地层,表现特征为杂色,中密-密实状态,磨圆度好,呈亚圆形,分选性差,级配较差。物质成分主要由石英岩、花岗岩及硬质砂岩组成,埋深6～10 m以上,为近代黄河冲积而成(Q4),一般粒径50～100 mm,最大达200～300 mm以上,以砂类土充填,泥质含量稍高,深部略具微胶结。根据区域钻探资料,其厚度>100 m。
2 成孔机械的选型
一般卵石地层中比较成熟的灌注桩施工工艺为冲击钻机成孔,但冲击钻机成孔效率较低,成孔周期达到10～30 d/根。本工程建设工期仅为2 a,考虑到西北地区冬季严寒等因素,实际施工工期不足20个月。若同时布置数十台冲击钻机同时作业,其电能消耗十分巨大,对临时供电变压器容量要求太高,易造成经济上的浪费。
考虑到本工程地质情况主要为(3)5层卵石,一般粒径为50～100 mm,且层厚达到100 m以上,即桩身主要位于(3)5卵石层中,没有桩尖入岩的要求,理论上采用旋挖钻机成孔亦能满足施工要求。
旋挖钻机具有成孔速度快,每天可成桩2～3根,为自行式柴油机驱动,大大降低了施工现场的用电需求,移机方便。缺点是对地质要求较高,孔壁相对不够稳定。
根据本工程的实际情况,最终制订了2种桩机配合使用的施工方案。即主桥水中墩桩基为φ2 000 mm的钻孔灌注桩,考虑到黄河水流的冲刷、孔径较大、桩长较长(45 m)等因素,采用正循环冲击钻机(型号CZ-8)成孔,泥浆护壁携渣,加长护筒定位及护壁(6 m以上长护筒)。陆上桩(φ1 500 mm以内)采用旋挖钻机施工(型号ZR220A),考虑到卵石层的自立性不佳,拟采用泥浆护壁成孔,护壁泥浆比重控制在1.3左右。对于个别杂填土较厚且桩长较长(≥26 m)φ1 500 mm以内的桩,亦采用冲击钻机成孔工艺。
3 钻孔灌注桩成孔控制要点
3.1 冲击钻机成孔
冲击钻机成孔工效较低,施工周期相对较长,且由于泥浆兼做携渣功能,成孔阶段泥浆比重较大,一般达到1.30～1.40,泥浆黏度22～26 s。为实现本工程的主要施工目标(安全、质量、进度目标),施工方主要通过以下几点进行成桩控制。
1)利用黄河水位变化的特点,在黄河枯水季节进行填土围堰施工,在安全上得到保证。
2)单墩同时布置8台钻机分三轮跳孔施打,在保证孔壁稳定的前提下,确保了主墩的施工工期。
3)受黄河水流的影响,本桥主墩桩基施工均采用6 m以上的加长护筒,确保护筒深入黄河河床以下,有效地控制了上口孔壁的稳定。
4)终孔后利用桩锤加套钢箍进行反复刷壁,在保证孔径满足设计要求的同时,有效地降低了泥皮带来的负面影响。
5)刷壁的同时进行“一清”处理,将孔内泥浆比重控制在1.20以内,最后对孔位进行探笼试验,以确保孔径及垂直度满足设计要求。
6)钢筋笼分节吊装入孔,接笼采用直螺纹套筒连接工艺,避免了冬季施工户外焊接质量缺陷,同时有效地保证了桩基主筋的同轴受力。
7)下笼后进行“二清”处理,利用导管将孔内泥浆比重逐步降至1.15以内,黏度降至17～20 s,含砂率<2%,在泥浆比重及砂率均满足要求后,进行灌桩施工。
8)灌桩采用直径300 mm的导管进行灌注,初灌料斗为5 m3,确保初灌混凝土能将导管埋入1～2 m以上。
3.2 旋挖钻机成孔
旋挖钻机成孔效率较快,一般每天能完成2～3根桩,但卵石层中采用旋挖钻机成孔有两大难点,一是孔壁不稳定,容易塌孔;二是旋挖钻机不具备二清功能,孔底沉渣难以控制。为有效控制这两大难题,施工方主要从以下措施加以控制,确保了成桩的质量。
1)采用优质泥浆护壁,造浆黏土均采用外购成品造浆膨润土,配备大型泥浆池,满足造浆供应需求,适当增加泥浆比重,本工程旋挖钻机成孔阶段一般泥浆比重控制在1.3左右。
2)终孔阶段利用化学护壁素进行护壁,孔壁相对稳定后利用地下水对泥浆进行稀释,将泥浆比重降至1.10以内,同时护壁素的掺入加速了泥浆中悬浮细沙的沉淀,最后利用旋挖钻的平底掏渣筒将砂性沉淀物清理干净。
3)钢筋笼一次吊装入孔,避免了下放过程中的接笼工序,减少钢筋笼吊装时间,为灌桩提供时间保证。
4)钢筋笼起吊垂直后,利用吊车静止悬挂于孔口,正式下笼前再利用旋挖钻的平底掏渣筒进行终孔清渣,并再次确认孔深是否满足设计要求,最后将钢筋笼迅速下放。
5)孔口钢护筒上安放自制定位环,确保钢筋笼一次准确就位,降低钢筋笼碰撞孔壁的可能,从而有效控制沉渣。
6)导管就位迅速,灌桩工人操作熟练,与商品混凝土搅拌站取得良好的沟通,确保供应及时,减少等待时间。
7)灌桩采用直径300 mm的导管进行灌注,初灌料斗为3 m3,确保初灌混凝土能将导管埋入1～2 m以上。
8)各工序间衔接连贯,事先工作充分准备,遵循“三快”原则,即“快成孔、快下笼、快灌桩”,从而有效地控制成桩质量,尤其是沉渣厚度。
4 成桩后质量检测
4.1 冲击钻机成孔灌注桩
冲击钻机成孔的桩主要为φ2 000 mm钻孔灌注桩,主要检测方法有超声波桩身完整性检测及单桩静载荷试验。
通过超声波检测,本工程φ2 000 mm钻孔灌注桩均为Ⅰ类桩,桩底沉渣均≤3 cm,桩身完整性良好。选择主墩PM17墩φ2 000 mm桩(桩长45m)进行单桩竖向抗压静载试验,试验采用慢速法,由锚桩连接钢梁提供反力,分12级进行加载,5级进行卸载,测出其单桩(桩底未注浆)承载力≥40 000 kN,满足设计试桩要求。Q-s曲线与s-lgt曲线分别见图1和图2。
4.2 旋挖钻机成孔灌注桩
旋挖钻机成孔灌注桩主要为≤φ1 500 mm钻孔灌注桩,主要检测方法有超声波桩身完整性检测及单桩静载荷试验。通过超声波检测,本工程主桥φ1 500 mm、φ1 200 mm、φ1 000 mm钻孔灌注桩共计573根,仅4根为Ⅱ类桩,其余均为Ⅰ类桩,桩底沉渣均≤12 cm,桩身完整性良好。选择主墩PM28墩φ1 200 mm桩(桩长21 m)进行单桩自平衡静载试验,试验利用预埋荷载箱加载,荷载箱加载分级按7 500 kN来分级,分成10级,每级加载值为750 kN,首级加载按2倍荷载即1 500 kN加载。
在加载到第10级荷载7 500 kN时,下段桩向下位移Q-s曲线呈缓变型(见图3),s-lgt曲线呈平直型(见图4),上段桩向上位移U-δ曲线呈缓变型(见图5),δ-lgt曲线呈平直型(见图6)。上下位移走势都比较平缓,位移量也很小。考虑到上段桩的自重及修正因子,其单桩(桩底未注浆)竖向抗压极限承载力≥17 568 kN,其中桩端极限承载力≥3 595 kN,完全满足设计试桩15 000 kN要求。
图5向上U-δ曲线图图6向上δ-lgt曲线图
5 结语
综上所述,可以得到以下一些结论与建议。
1)卵石地层中钻孔灌注桩施工采用传统的冲击钻机成孔工艺并无绝对优势可言,冲孔过程中孔壁得到夯实,相对比较稳定,对桩底成渣能有效控制。但其工效太低,必须进行严格的刷壁处理,否则较厚的泥皮会大大降低桩身与土层的摩擦力,对以摩擦力为主的摩擦桩不利。
2)旋挖钻机成孔虽然孔壁相对不稳定,但通过优质泥浆进行护壁,可有效控制其缺点带来的影响,大大提高工效。旋挖钻机成孔后的孔壁相对粗糙,对以摩擦力为主的摩擦桩较为有利。
3)通过工程实践,旋挖钻成孔后由于孔壁相对不够稳定,钢筋笼应一次性吊装下放,且尽量避免钢筋笼与孔壁之间的碰撞,最大程度地保证沉渣厚度。因此,钢筋笼下放阶段,必须安放临时定位装置,保证钢筋笼准确垂直下放到位。
钻孔灌注桩沉淀层问题 篇3
关键词：流砂层,钻孔灌注桩,施工技术
1 工程概况
汜河桥上部结构为16m装配式预应力砼空心板，桥面连续，下部结构采用柱式桥墩，排架式桥台，钻孔灌注桩基础。桩径1.4m，桩长34m。地质情况：地表为低液限粘土层，原地面8.4m以下有6m的松散粉细砂土层，其下为卵石、亚粘土层。
2 施工方案的选择
2.1 沉井法
预制钢筋混凝土沉井，然后就位，在井孔内吸泥砂挖孔，使沉井下沉。该方法施工工艺繁琐，垂直度难以控制，且施工费用高。
2.2 冲击钻加钢护筒法
先埋设钢护筒，随着钻机的深入，同时下沉钢护筒。该方法可以有效的防止流砂、塌孔;但钢护筒的垂直度也难以控制，且施工费用高。
2.3 冲击钻孔，抛填片卵石和粘土加固法
在冲击钻进的过程中，根据地质变化情况，通过不断地调整抛填片卵石和粘土数量，使所抛填片卵石含量达到钻进体积的0.5～1.0倍，所抛填粘土应使泥浆比重达到1.3～1.5;确保在粉细砂层的孔壁四周形成一稳固护壁。该方法可以有效的防止流砂、塌孔，且施工费用低。
根据该工程地质情况，通过认真分析和慎重考虑，该工程钻孔桩采用冲击钻孔施工方法，抛填片卵石和粘土加固的方法进行施工。
3 施工工艺
3.1 施工准备
1)砼配合比的选配：严格按照施工规范进行砼的试配，并根据孔内有无水的实际情况，选择合理的砼施工配合比，其坍落度以不易堵塞导管为原则，一般控制在18～20cm之间为宜。
2)准备粘土：开钻前要准备足够的粘土(膨润土)。
3)储备足够的片石、卵石，其厚度或粒径以15～25cm为宜。
4)准备足够的机械零配件，确保在机械发生故障时能得到及时修理恢复。
5)制备泥浆：钻孔泥浆由水、粘土和添加剂组成，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力，并在孔壁上形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔的作用。
3.2 施工放样
该桥基桩中心采用坐标法全站仪直接定位。施工时依据设计桩位布设十字形护桩，以便随时检查钻孔偏位情况。
3.3 安制护筒
本桥钢护筒采用厚12mm的A3钢板卷制，直径为1.8m，分段制作，并以钢带焊接连成整体。为加强其刚度，防止在沉设过程中产生倾斜，在护筒的外侧布设6道角钢。埋设时可先采用人工开挖埋设护筒一定深度，然后利用钻机冲击锤振动加压沉入护筒。
3.4 钻孔作业
按设计桩位，安装好钻机和测量对中后，即可开始进行钻孔作业施工。
1)开始钻进时，应匀速提升小冲程冲击，一般为1.5～2.0m，当钻孔达到3m深后，可增大冲程，一般采用2.5～3.5m。在开始钻进时，就往护筒内抛填片石和粘土，使护筒底部形成1m厚的坚实护壁，增强地基对护筒的承载力。施工时要经常校核孔位，用千斤顶校正钻架。
2)当钻进到湿土或稀土时，一般为低液限粘土与粉细砂层交界处，此时应立即抛填片卵石和粘土，在钻进的同时不断进行，使交界处形成1m深25cm厚的坚实护壁。
3)在钻孔进入粉细砂层后，在钻进的同时不间断抛填片卵石和粘土，直至进入到粘土层后1m，使整个粉细砂层形成一个完整密实的坚固护壁。此外，在钻进的同时，及时向孔内注水，使孔内水位保持高出地下水2m左右，应控制泥浆的相对密度在1.3～1.5之间。
4)钻进过程中应及时排除钻渣，使钻锤能正常冲击到新鲜地层。
5)在钻进过程中如发现塌孔，先向孔内注水提高水位，然后将粘土装入编织袋沉入孔底，土袋的数量根据漏浆的多少而定，并修复孔口，校正桩位，以小冲程对其进行冲击，让粘土和编织袋碎块挤入孔内裂隙达到堵塞的目的。
6)严禁钻锤停留在孔内，以防埋钻。当发生卡钻或埋钻时，要保持冲孔，防止沉渣，还可以加风炮机进行冲孔。对于因塌孔埋锤而卡锤的现象先用自制小钻将锤的十字空钻空，然后利用起吊设备进行晃动，试着取锤。当埋钻情况严重时，沉放比孔径大的钢护筒至钻锤位置，采用人工开挖把钻锤提出，整个过程应快速完成。
7)当钻孔即将到达设计深度时，应先清孔一次，然后再抛填粘土，快速完成剩余部分的钻进施工。
3.5 清孔
1)在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔径等进行检查，确认满足设计要求后，及时进行清孔，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。
2)本桥采用换浆法清孔。利用泥浆泵向孔底压注泥浆，让钻渣上浮并随同泥浆流入泥浆池沉淀。为加速清孔，施工人员可用滤网捞出钻渣。当孔内钻渣清除干净，砂率小于2%时方可下钢筋笼。
3.6 钢筋笼的制作和吊装
1)为缩短成孔后至水下砼灌注两工序之间的间隔时间，钢筋笼在地面分节集中预制，用十字撑进行加固。在钢筋笼吊装过程中，采用YT-32型套管挤压机进行主筋对接，BXT-300型电焊机进行声测管井口焊接。
2)吊装钢筋笼采用多点法，可避免其变形及调整水平，钢筋笼入孔时位居桩中心，缓缓下放，下放过程中去掉十字支撑。在护筒上部横穿钢管，钢管留有钢筋钩，在其就位后，用钢筋钩钩住吊环，控制钢筋笼的标高。
3)为保证成桩的保护层厚度，钢筋笼上事先应安设砼垫块，并用铁丝扎牢。在水下砼的灌注过程中，为保证钢筋笼不被顶升，宜将钢筋笼固定，一般是将其固定在护筒上。
4)下放钢筋笼时，要稳定缓慢下降，避免摆动碰撞孔壁，造成坍孔。
3.7 灌注水下砼
1)砼的水下灌注采用内径为Φ30cm的快速接头导管，根据施工经验比较，本桥漏斗下口与导管顶口相接处采用提板软垫法。试拼导管，检查连接严密、牢固后，方可吊装入孔。导管应置于孔中央位置，并在灌注砼前进行升降试验。导管安装完毕必须进行二次清孔。
2)首批砼浇注入孔后，导管埋入砼的深度应>1m。在灌注过程中，应经常探测孔内砼面位置，及时调整导管埋深，一般≥1m，并≤3m。导管提升时应缓慢进行，不得强力硬提，以防脱落，造成中断施工事故。(下转第151页)
3)砼灌注开始后，应连续地进行，不得中途停顿;当需要拆除导管时，动作要迅速，尽量缩短间隔时间。
4)水下砼灌注最终的砼面必须超出桩顶设计高程1m，用以破除桩头，保证成桩的砼强度。
5)在砼灌注过程中，设专人经常测量导管埋入深度，并作好记录。
3.8 清理桩头
等桩头砼强度达到设计值的25%时，立即拆除护筒并凿除桩头多余砼，达到桩顶设计标高。凿除桩头砼宜采用人工手工凿除，不宜采用爆破或其它影响桩身质量的方法进行。
4 结语
1)钻孔灌注桩施工要制定详细的施工组织设计和应急处理措施，在施工中应选派有经验的技术人员上场指导。施工人员应正确应用有关规范，熟悉地质资料、设计图纸、相关文件及各项技术要求，抓好施工准备、成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的质量控制，采取各种有效措施，保障灌注桩的成桩质量。
2)该桥采用抛填片卵石和粘土进行钻孔灌注桩基施工，能很好地通过粉细砂层地质，有效地防止塌孔、缩孔和流砂现象的发生。
3)该桥采用抛填片卵石和粘土进行施工，材料价格便宜，大大降低了工程成本，取得了较好的经济效益。
参考文献
[1]公路桥涵施工技术规范[M].北京:人民交通出版社, 2000.
钻孔灌注桩沉淀层问题 篇4
关键词：卵石层,冲击钻孔,施工技术
桩基础以其承载力大, 施工简单, 造价低等特点, 被广泛用于各种桥梁和高层建筑的基础中。我中铁十三局集团有限公司承建的沙坝特大桥, 全长2424.46 m, 桥台采用T型桥台, 圆端型桥墩, 基础采用直径1.25 m钻孔桩基础。由于甘肃陇南地区区域特殊, 在现场的桩基础施工中, 需要克服地质条件不好, 交通条件不利等种种客观因素, 为确保工程施工质量, 保证工程按计划顺利完成, 结合该工程的施工, 总结施工经验, 以企对类似工程的施工由一定的借鉴意义。
1 工程概况
我集团承建的沙坝特大桥位于甘肃省陇南市境内, 全长2424.46 m。该桥桥台采用T型桥台, 圆端型桥墩, 基础采用直径1.25 m钻孔桩基础和挖井基础。其中0#台～5#墩为挖井基础, 7墩#～74#台为钻孔桩基础, 钻孔桩桩长为17～45 m。桩基础地质上部为薄层砂质黄土、细角砾土、粗、细圆砾土, 桩基大部分位于卵石土层中。
2 桩孔桩施工整体方案
2.1 钻机的选用
桩基钻孔施工主要选用钢绳冲击钻机。其主要优点是在坚硬的地质中进尺速度较快、机动灵活、经济效益良好。其原理为钢丝绳系结带合金钻头, 在动力系统的牵引下, 提升至一定高度处, 松开刹车, 让钻头做自由落体冲击钻孔, 将孔内大颗粒挤压进周壁或将卵石舂碎成细颗粒, 用泥浆泵注入优质泥浆将细颗粒冲出孔外, 然后注入泥浆进行护壁和钻孔, 如此循环直至完成钻孔。
2.2 冲击钻机施工方法
2.2.1 泥浆池的设置
为尽量减少泥浆的排放污染, 同时又要满足桩基施工生产的需要。泥浆池的设置采取集中布置的方式, 即每个墩的钻孔桩共用一个长×宽×高=7×4×2.5 m的泥浆池 (挖掘机成型) , 远离便道一侧靠近红线边。泥浆池挖出的土一部分堆在周围做成土埂, 土埂宽1.5 m, 高1 m距泥浆池边1 m, 土埂在两端留1 m左右的缺口。泥浆池周围需要设置围护装置, 采用Φ40钢管刷红白相间的油漆做成1.2 m高的围栏, 挂上醒目的警示标志, 围栏采用周围一圈挂彩色三角旗。
2.2.2 测量定位
根据已布设线路导线坐标, 计算钻孔桩桩位坐标, 使用全站仪放出桩位并设置护桩, 护桩的设置, 必须设在比较稳固地点, 距离中心桩2～4 m, 呈十字形。
2.2.3 护筒加工与埋设
护筒长度为2.0 m以上, 采用6～10 mm厚钢板制作, 并保证坚实、不漏水。护筒内径大于设计桩径不少于20 cm且大于钻头直径40 cm, 在护筒口下40 cm处设一30 cm×30 cm出浆孔。钢护筒的焊缝密实, 无孔洞不漏水, 钢护筒在浇筑混凝土后拔出, 重复利用。护筒埋设前先在桩位处挖设探坑, 探明确认无地下管线后方可埋设护筒。因地质原因, 钢护筒采用人工埋设, 四周用粘土夯填密实。护筒顶高出地面0.5 m, 护筒的埋设深度不小于1.5 m, 筒顶高出地下水位1.5～2.0 m。钢护筒埋设中心的平面误差≤50 mm, 倾斜度≤1%。护筒埋设完成后, 由护桩拉出十字线核定桩中心位置。
2.2.4 钻机就位
钻机就位前, 应对主要机具及配套设备进行检查、维修, 底架应平整, 保持稳定, 不得产生位移和沉陷。钻孔前, 按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图, 挂在钻台上。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。
2.2.5 钻孔施工
钻机安装及钻孔, 安装钻机时, 底架垫平, 保持稳定, 使不产生位移和沉陷, 钻机顶端用缆风绳对称拴牢拉紧。钻孔过程中, 起落钻头速度均匀, 不过猛或骤然变速, 以免碰撞孔壁或护筒。孔内出碴, 不能堆积在钻孔周围。开钻前, 在护筒内多加一些粘土。地表土层疏松时, 还要混和加入一定数量的小片石, 然后注入泥浆和清水, 借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁, 以加固护筒脚。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注混凝土的凝固, 必须等邻孔混凝土灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔开始时宜用小冲程, 当孔底在护筒脚下3～4 m后, 可根据实际情况适当加大冲程。钻机安装处先整平夯实, 以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固, 严禁在钻孔过程中钻机移位。钻孔时, 随时察看钢丝绳的回弹情况, 耳听钻锥的冲击声, 以判别孔底情况, 掌握勤松动, 少量松绳的原则;孔内泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5 m以上, 以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁, 但比护筒顶面低0.3 m, 防止泥浆溢出;冲击过程中勤抽碴, 勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况, 预防安全质量事故的发生。钻孔作业应分班连续进行, 填写钻孔施工记录, 交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。应经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测, 不符合要求时, 应及时改正。应经常注意地层变化, 在地层变化处捞取样渣保存。因故停钻时, 钻机应将钻头提离孔底5 m以上。钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况, 并与地质剖面图核对。桩外土体随时用装载机清离孔口, 防止土体压力过大造成孔壁坍塌, 然后再用自卸汽车运至弃土场。
2.2.6 检孔与清孔
钻孔至设计标高后, 用探孔器检查孔径、孔深、孔位、竖直度, 待检测合格后, 及时清孔。清孔应达到以下标准:孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3 mm颗粒, 泥浆比重不大于1.1, 含砂率小于2%, 粘度17～20 s, 浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于30 cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。
3 技术难题与解决措施
由于沙坝特大桥地质情况复杂, 地层岩性变化较大, 钻机在钻进过程中困难较多, 尤其是在卵石层中, 经常发生钻孔进度慢, 钻孔偏斜、卡钻、塌孔等一系列钻孔病因。
3.1 钻孔偏斜
钻孔桩开工前期时, 发生过几例钻孔偏斜的问题, 虽然斜率在技术指南要求范围之内, 但在实际施工中造成了钢筋笼难以吊放到孔内指定标高, 或导管被钢筋笼卡住, 无法下放。对于这些情况, 我们认真观察, 仔细分析, 其原因主要有与下两点因素有关。
3.1.1 钻机定位与支撑
钻机定位不精确, 支撑不稳定, 钢绳中心、钻头中心、护筒中心未在同一竖直线上, 以致发生了钻孔偏斜, 不但浪费了人力物力, 还不能保证优良的工程质量。所以, 钻机安装前, 应控制钻机和钻架的稳固可靠、位置准确。钻机安装完成后, 应进行试运转, 并检查下列各项: (1) 钻机平台、钻机及钻架稳定牢固, 不产生位移及沉降。 (2) 钻架垂直及机身水平, 钻架上的起吊滑轮组与转盘中心应在同一铅垂线上。 (3) 钻头、钢绳中心与护筒中心的偏差不得大于5 cm。 (4) 电力及机械系统运转正常。
3.1.2 钻机冲程的控制
钻孔冲程的控制也关系到成桩质量的好坏, 如果控制不好, 则会导致钻孔倾斜的发生。开始钻孔时应采用小冲程开孔, 待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔, 冲程应根据土层情况分别确定:一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中应采用大冲程。在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中应采用中冲程。在通过高液限粘土, 含砾低液限粘土时, 采用中冲程.在宜坍塌或流砂地段宜采用小冲程, 并应提高泥浆的粘度和相对密度。钻进过程中, 应勤松绳和适量松绳, 不得打空锤, 勤取碴, 使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况, 钻头形式, 钻头重量决定。
3.2 塌孔
因沙坝特大桥桥址地层岩性变化较大, 地质构造十分复杂, 经常发生塌孔事件, 对此我们分析原因, 对钻机的工作情况, 性能, 工序等一系列问题进行跟踪调查, 主要原因就在于钻孔过程中的泥浆。而泥浆池的修建, 孔内泥浆面高度的控制, 泥浆的制备都与其有着密不可分的联系。
3.2.1 泥浆池的修建
泥浆的主要功能有两点:一是保持地层和孔壁相对的稳定, 封闭土及砂层孔壁的空隙, 使钻孔的整体性得到保证。二是在岩层施工中降低钻头温度, 防止钻头过热熔化造成质量事故。所以泥浆的循环通畅是钻孔施工中质量保证的重要条件。如果泥浆池离钻孔距离远, 循环不畅, 将出现循环间歇的现象, 导致钻孔中泥浆密度的降低, 从而导致孔壁土剥离, 严重的会出现塌方。如果灌注过程中剥离孔壁土掺入混凝土中势必降低混凝土的标号, 甚至出现断桩, 影响工程的进度和质量。所以泥浆池的修建一定要靠近钻孔, 保证泥浆循环通畅。
3.2.2 孔内泥浆面高度的控制
孔内泥浆高度的控制是曾经忽略过的一个问题, 施工进行中时, 把注意力都集中在钻孔而忽略了孔内泥浆高度的控制。在钻孔中没有观察到泥浆面的突然下降, 而继续钻进, 这导致了塌孔。其原因是由于卵石层土质间隙比较大, 渗水率也比较大, 而在其渗水的过程中没有及时的补充泥浆, 起不到泥浆护壁的作用, 导致塌方。在施工中, 加强孔内泥浆面高度的控制, 由专人负责控制, 在护筒内侧设立标尺, 浆液面基本稳定在护筒溢流口下20 cm处, 当水位下降时及时补充水, 并加入一定量的粘土进行搅拌, 如在较高的泥浆比重下, 浆液依然流失, 则在孔内充填粘土, 不加水反复冲击, 将粘土挤压进空壁周边空隙中, 再加水形成浆液冲击通过不稳定层。
3.2.3 泥浆的制备
泥浆的制备直接关系着孔壁的稳定和钻孔质量的好坏, 特别在卵石土地层中, 更为重要。浆液比重过小, 其粘滞力小, 钻头在浆液中穿越的阻力小, 其有效功大, 相应钻孔速度大, 但是卵石层中的空隙得不到填塞, 起不到护壁的作用, 容易塌孔。反之泥浆比重过大, 又影响钻进速度。所以选用优质的泥浆性能指标极其重要。
泥浆的主要性能有:泥浆比重, 粘度, 静切力、含砂率、胶体率、失水率、酸碱度。制备泥浆的粘土应选择水化快、造浆能力强、粘度大的膨胀土或接近地表经过冻融的粘土为好。调制泥浆前, 应先把粘土块打碎, 使其搅拌时易于成浆, 缩短搅拌时间, 提高泥浆的质量。因沙坝特大桥桩基均为钻孔较浅, 且为易坍地层, 所以要求泥浆的稳定性能要高。真对此项内容, 我们选用优质的泥浆性能指标, 见表1所示。
3.3 钻机冲程的控制
钻孔冲程的控制也关系到成桩质量的好坏, 如果控制不好, 则会导致偏孔, 卡钻, 掉钻等一系列问题的发生。开始钻孔时应采用小冲程开孔, 待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔, 冲程应根据土层情况分别规定: (1) 一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中应采用大冲程。 (2) 在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中应采用中冲程。 (3) 在通过高液限粘土, 含砾低液限粘土时, 宜采用中冲程。 (4) 在宜坍塌或流砂地段宜采用小冲程, 并应提高泥浆的年度和相对密度。 (5) 钻进过程中, 应勤松绳和适量松绳, 不得打空锤, 勤取碴, 使钻头经常冲击新鲜地层。 (6) 每次松绳量应按地质情况, 钻头形式, 钻头重量决定。
3.4 掉钻、卡钻
卵石层卡钻的主要原因为:卵石层中有孤石存在, 在施工到该层时, 判断不准, 继续按原冲程施工, 很容易造成偏孔卡钻, 钻机钢丝绳是否坚固耐用也是比较容易忽视的一个事项, 由于钢丝绳的断裂而导致掉钻甚至卡钻也很常见。卡钻和掉钻事故如果打捞失败, 不但延误工期而且对施工队伍也是不小的经济损失。对于预防掉钻、卡钻应注意以下问题:提高钻机操作手的技术, 准确判断地层变化情况, 当遇到大孤石时, 改为小冲程, 适当填入片石保证不偏孔, 不卡钻。吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者, 安全系数不小于1.2, 钢丝绳与钻头间需设转向装置并连接牢固, 钻孔过程中应经常检查其状态和运转是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时, 两根绳径应相同, 捻扭方向必须一致。钢丝绳要有足够的长度, 即以卷扬及滚筒起到设计最深的桩底标高, 滚筒上要留有7圈以上的富余量, 绳尾必须锚固在滚筒上。
4 结语
冲击钻钻孔是一项传统的施工技术, 但在富含卵石的地层中施工仍是一个存在挑战的工艺。施工前要认真核对地质资料, 分析个各地层容易出现的事故。进入卵石层后尤其要控制好泥浆护壁的质量, 这是卵石这种透水层地质钻孔的首要任务, 也是桩基顺利钻进的关键。这就要求我们现场施工技术人员要掌握好控制要点, 严格按照设计图纸和现行规范及施工技术指南指导施工。卵石层中冲击钻孔的成功是桩基成功的一半, 只有成孔质量优良, 后续的桩基混凝土灌注质量才能得到有效保障。其次要提高操作工人的操作水平, 对钻进时渣样进行分析, 底层变化时调整冲程, 防止冲程过大, 也要防止落空锤。交接班和雨后要及时进行验孔, 对孔位、孔深、孔斜率及时进行校核, 出现偏差及时纠正, 同时要进行设备设施的检验, 尤其是钻机钢丝绳, 钢丝绳的质量是钻孔质量和钻头安全的要害。
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