某岩溶地层冲(钻)孔灌注桩施工技术

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  摘要:介绍了某岩溶地层钻孔灌注桩施工技术,根据地层条件分析了施工技术措施
  关键词:岩溶地层;灌注桩;施工质量控制措施
  1、工程及地质概况
  1.1 工程概况
  临沂市某小区住宅楼位于临沂市南坊新区,该工程施工场区交通运输条件良好。本工程共设计Φ600mm钻孔灌注桩110支,Φ800mm钻孔灌注桩105支,设计桩长17m,桩身混凝土理论方量约为1500m3。
  1.2工程施工条件
  1.2.1现场条件
  施工现场“三通一平”工作基本完成,施工用水采用现场河水,已具备开工条件.
  1.2.2工程地质条件
  据该工程《岩土工程勘察报告》,场内岩土层由上而下分为:①素填土:分布于全场范围内,黄褐色,松散,主要成分为中粗砂,含少量粘性土、植物根等,本层厚度2.9—3.7 m;
  ②粗砾砂:分布于全场范围内,本层厚度0.9—9 m。黄褐-褐黄,主要矿物成分为石英、长石,一般下部含少量石英质卵砾石,粒径最大2—5cm;
  ②—1粉质粘土:厚度为0.5—2.9m,含有10%—20%粗砾砂;③粘土:分布于绝大部分场地,层厚0.5—4.7m,含有少量粗砾砂;
  ④中等风化石灰岩:分布于全场,最大揭露厚度为11.5m。灰黄色、肉红色、灰色,碎裂状结构,局部为致密隐晶质结构,块状构造,岩芯溶蚀破碎强烈,溶洞、溶隙发育,岩溶:岩溶发育部位基本无充填物,掉钻明显,漏浆严重。设计该层为樁端持力层。
  1.3设计要求
  桩身混凝土设计为C25;
  位允许偏差50 mm;
  桩身主筋保护层厚度为50mm;
  灌注桩桩顶浮浆0.5m;
  终孔原则:依据岩土工程地质报告,进入中风化石灰岩不小于1m;
  ф600mm桩单桩竖向承载力设计值2200KN,ф800mm桩单桩竖向承载力设计值4000KN
  其它要求详见设计图纸和《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)。
  2、施工技术难点
  岩溶地区地质构造复杂,每根桩孔均做地质钻探。由地质报告可知,场区岩层破碎,岩溶发育,分布不同深度与规模的溶洞或裂隙,对桩基安全造成威胁。桩基须完全穿过破碎带及溶洞,嵌入完整基岩不小于0.5m。
  本工程工期短,合同工期50天,任务重,桩端持力层要求进入中风化石灰岩不小于1米,而且绝大多数桩孔岩溶发育,漏浆是岩溶地区钻孔灌注桩施工的技术难题,若补浆不及时,则护壁泥浆面下降导致塌孔、埋钻,严重的会导致上部土体随地下水进入溶洞或裂隙,从而引起地面塌陷,危及周围建筑物、机械及人员的安全。
  在钻进过程中,随时可能出现漏浆,掉钻现象,另外岩溶地层对单桩承载力及桩基稳定性有一定影响,因此要克服各种不利条件,采取有效的施工技术措施,保证工程质量,加强项目管理,以加快工程进度,顺利完成该项桩基工程的施工任务。
  
  3、施工技术措施
  3.1 钻进工艺
  根据现场实际情况,结合工程地质条件,在施工过程中,上部地层可采用正循环全面破碎回转钻进成孔工艺,入岩后使用冲击钻机采用冲击成孔,或只采用冲击钻进成孔。采用下孔口钢护筒、自然造浆与优质粘土造浆相结合的方法进行护壁,抛掷事先预备好的粘土块,边钻进边造浆,做好护壁工作,防止塌孔、埋钻事故。粘土层在钻进过程中可自行造浆,孔壁相对稳定不易塌孔。当钻至接近探明的破碎带、岩溶发育处时,事先向孔内粘土、泥块,碎砖石,采用冲击钻低锤密击,尽量将粘土、石块挤入裂隙、溶洞中,堵塞裂隙漏浆,并密切关注孔内泥浆量的渗漏消耗情况,不停地向孔内填充粘土、泥块、石块,直到孔内泥浆返浆正常以后方可停止加料。
  在整个施工过程中专人密切观察泥浆性能及状态的变化,如浆面异常变动、泥浆颜色发生变化及时采取处理措施,立即向孔内补充泥浆,避免泥浆面下降过多而塌孔。
  必要时可采用“回转+冲击钻进”施工工艺。施工过程严格遵照设计要求,并执行《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的有关规定。
  桩孔上部和中部均为松散的粗砂砾砂地层,应适当加大泥浆的粘度和密度,防止坍孔。钻探泥浆采用优质粘土与原土自然造浆相结合,一般要求粘度为18-22S,含砂率为4%-8%,由于钻进地层中粉质粘土、粘土含量较少,因此要加大使用粘土造浆的比重,钻进砂层时,泥浆密度应控制在1.20~1.30g/cm3之间,以便携带砂子,保证孔壁稳定。由于本工程砂层为粗砾砂层,含少量石英质卵砾石,粒径最大2-5cm,砂层分布在孔深3.2m-13m范围内,厚度一般为0.9m-8.9m,由于地层差异,有少量孔砂层较薄。为防止塌孔及发挥泥浆的携带岩屑的作用,在钻进砂层时,一定要注意泥浆的性能指标符合钻进要求。在钻进石灰岩层时,针对勘察报告所表述的地层特点,对有溶洞和裂隙的地层,应加大泥浆的密度(1.3~1.5g/cm3)和粘度,储备足量的粘土、泥浆以供钻孔需要。
  ⑵溶洞部位施工前的防范措施及施工中的处理措施
  ①采取安全措施:钻机应放在钢管架上,这样塌孔时,钻探设备可被钢架托于地面,避免损失。
  做好充足的物质准备,如泥浆、粘土及堵塞材料如粘土球。
  ②对钻探已查明存在要穿过溶洞的桩位,宜在施工前处理,以消除事故隐患。方法是从钻探孔试灌大密度泥浆(1.5g/cm3),若很快灌满,则表明溶洞规模不大且为独立的,可不再做其他处理;如久灌不满,则表明溶洞规模很大或为连通溶洞,可采取投粘土快、灌水泥砂浆等填充料,填满后再继续施工。
  ③浆面变化情况:正常情况下浆面基本保持在一定高度(规范要求高于地下水位1m),若浆面异常变动(如急剧下降)应及时补浆,同时立即停止施工,补填粘土块直至填满为止。
  ④钻进速度变化:在同一地质层钻进,速度一般保持在较稳定的范围内,当钻进速度突然加快,甚至不用加压钻头也可钻进,说明有溶洞存在,此时应立即停钻,观察浆面变化情况,采取相应措施。
  由于本工程地处岩溶发育区,因此在桩基施工过程中最重要的问题是判断持力层是否满足设计要求,该工程每个桩孔都有地质资料,要依据岩土工程地质报告判断桩端入岩情况。
  
  3.2 加长钢护筒护壁
  在施工过程中针对漏浆迅速塌孔严重的孔,采用加长钢护筒护壁的方法处理。桩孔回填后重新钻进施工,钻进深度穿过粘土层1.0m即可提钻,钻进时泥浆相对密度保持在1.35左右。下钢护筒,护筒高度每节2-3m,安放时采用孔口焊接,接口采用满焊,焊接时,护筒中心对准,始终保持垂直。护筒须下放到已钻进深度。下沉困难时可用配重块冲击加压。钢护筒下好后,采用冲击钻进至设计要求。
  3.3 压密注浆
  对于较大溶洞,钢护筒没有根本解决溶洞及裂隙的漏浆问题,采用压密注浆为主、钢护筒护壁为辅结合泥浆护壁的施工方法。
  压密注浆法采用在每个漏浆孔周围呈等边三角形均匀布置3个注浆孔,为了让注浆液最大限度的吸收,孔深应穿透破碎、裂隙带和溶洞,注浆材料:水泥浆和水玻璃的混合液,必要时采用外加剂。水泥浆和水玻璃的体积比为1:0.5。
  注浆完毕1d,让注浆液充分凝固,达到堵漏效果后,钻机再就位,钻进成孔过程中再采用钢护筒护壁法,以确保施工万无一失。
  3.4 水下灌注混凝土
  为确保成桩质量,必须保证入岩深度,钻进至溶洞底以下至少0.5m方可终孔。钻进达到设计孔深后,进行清孔,孔底沉渣厚度满足规范要求后尽快提钻、下钢筋笼、下导管二次清孔,尽量缩短中间环节的间隔时间,及时灌注水下混凝土成桩。
  3.5施工质量控制措施
  ⑴ 遇到土洞及淤泥软弱土层时应采用较大浓度的泥浆护壁或优质泥浆进行成孔施工。
  ⑵ 在土洞及淤泥軟土层段施工时,应降低钻机的钻进速度,控制在1m/h之内,直至穿过此层。如孔内出现塌孔现象,应立即停机,提起钻杆,查清塌孔的位置,填入黏土或砂至塌孔段以上1m-2m处,塌孔严重时应全部回填,重新开孔。
  ⑶ 钻机遇上起伏高差较大的岩层,成孔倾斜度已超过规定偏差值时,应停机移位,填入砂石或石类碎土,填满后再对准桩位继续钻孔。
  ⑷遇到较大土溶洞及流塑淤泥软土层,可先打入钢护筒,然后继续钻孔。
  ⑸ 本工程处于岩溶地区,若采用回转钻机入岩,不但速度慢,而且可能发生卡钻、掉钻等现象;若使用冲机成孔,在土层中成孔速度慢,在岩层中速度却比回转钻机快几倍。因此,综合考虑冲(钻)桩机的特点,本工程采用冲击钻机10多台。这种桩机工效高、速度快,每天能冲1根约为20m深的桩孔。
   ⑹ 安装“冲击型”钻机时,钻机底部支垫一定要牢固,同时,必须保证钻机吊绳、钻头的中心与桩位中心重合,以免造成孔位偏差。
  ⑺ 根据岩土工程地质资料和土(溶)洞分布情况,合理地安排钻孔桩施工顺序,尽量避免各孔施工间的相互扰动,或相互之间“穿孔事故”的发生。
  ⑻ 用冲击钻冲孔施工,首先要保证孔内泥浆的质量。泥浆用优质黏土拌制,相对密度1.30~1.45,粘度25~28s,胶体率大于95%,pH值8~10。
  ⑼每根桩在钻孔前,都要根据地层复杂程度,制定不同的控制方法,严格控制钻机的“冲程和进尺”。岩面比较平,冲程可适当加快;若岩面倾斜度或半边溶蚀、岩石半软半硬,则应有冲程控制在一定范围内,防止偏孔。
  ⑽ 冲击钻在岩溶地区钻孔易发生偏孔,所以对钻孔桩的桩位要定期检查,发现偏位及时纠正。对一般地层,每班至少检查1次;对半边溶蚀、岩面倾斜地层,至少每小时检查1次,确保桩位偏差不超过《建筑桩基技术规范》JGJ94-94的要求。
  ⑾ 钻孔桩入岩以后,平均每米要采集1组岩样,根据其颗料大小和特征,判断岩石的软硬和进尺速度,并与工程地质资料进行比较,看实际岩面与地质柱状图是否相符。一般来说,较硬的岩石采集出来的岩渣颗料较小,且钻孔进尺较慢,为10~30cm/h。相反,则岩样颗料较大,进尺也快得多。
  ⑿ 钻孔桩刚入岩面,或钻孔至岩石变化处,应严格控制冲程,待平稳入岩后,再加快钻进速度。
  ⒀ 特殊岩层应采用分层定量抛填块石和粘土(比例2:1),用钻头“小冲程、反复打密”的方法,直至钻头全断面进入岩层为止。在这种岩层冲孔,因为岩面不平,很容易发生偏孔,必须随时观察孔位的偏差情况,一旦发现偏位,立即采取纠偏措施。
  ⒁ 在钻孔的过程中,应注意观察护筒内泥浆的水头变化,如发现孔内泥浆面急剧下降,或其他异常情况,应立即停止钻孔,将钻头提出护筒以上,待查明原因或采取相应措施后再重新施钻。
  
  4、桩基检测
  对复杂岩溶地区钻孔灌注桩的质量检测须采用多种检测方法全面检测并进行综合分析。本工程采用了静载荷试验法、低应变动力检测法和取芯检测法,桩身完整性良好,单桩承载力满足设计要求,综合判定该工程桩基质量满足设计要求。
  5、结语
  钻孔灌注桩是一项施工技术复杂、环节多、质量高、工序控制严的地下隐蔽工程,制约工程质量的因素较多,施工单位在人员素质、技术水平、施工工艺、灌注操作诸多方面加强管理,根据施工现场实际条件和设计要求制定符合工程情况的合理的施工方案,在施工过程中控制好每一道工序,并针对施工过程中可能发生或发生的问题采取预防及相应的处理措施,该工程针对岩溶特殊地层采取技术措施合理,保证了工程质量和工期,取得了较好经济效益和社会效益。
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