复杂地质条件下地基处理方法探究

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  摘 要:复杂的地质条件表现为地质灾害发育强烈;地形地貌类型复杂;地质构造也相对复杂,它的岩土性质与外貌形态都有比较明显的变化,岩土体工程地质性质不良;它的地质与水文条件都不好,并且受人类活动的影响较大,加上本身就有的多年冻土、湿陷性、膨胀
  性、盐渍性岩土,所以处理难度较大并且需要经过特殊处理。近几年,伴随着国内经济的快速发展,我国的建筑施工行业获得了较快的发展,在复杂的地质条件下进行地基处理显得尤为重要。本文结合笔者经验,对复杂地质条件下的地基处理方法进行探究,以期对相关工程作参考。
  关键词:复杂地质;地基处理方法
  中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1004-7344(2018)29-0251-02
  1 引 言
  由于国民经济的快速发展,国家的工程迎来了发展机遇,同时也面临着挑战,因为我国的地形多以山地丘陵为主,地质比较复杂且多样化,要想在复杂的地形条件下进行工程的建设是比较艰难的,这无疑给工程建设单位提出了更高的要求,在施工的过程中,有一些地形复杂的地区容易发生事故,因此,为了更好的保障人们以及施工人员的生命财产安全,必须处理好复杂地质条件下的地基。所以本文通过分析复杂地质条件下地基处理方法的探讨,对地基处理长远发展具有深远的影响。
  2 复杂地质条件下的地基处理方法
  2.1 旋挖钻反压混凝土护壁桩基施工技术
  旋挖钻反压混凝土护壁桩基施工技术主要应用于复杂的地质环境条件,例如地质灾害发育强烈,地形与地貌类型复杂,地质构造复杂,岩性岩相变化大,岩土体工程地质性质不良,工程地质、水文地质条件不良,破坏地质环境的人类工程活动强烈等等。这种技术相比较于其他的桩基施工类型具体的优势表现在,在复杂的地质条件下进行旋挖钻反压混凝土护壁桩基施工,能够保证成孔的质量,并且可以满足环保以及降低成本的目的。此外,此种施工技术一机多用,实现多种钻进方式,设备性能先进,自动化程度高,劳动强度低,钻进效率高,成桩质量好,环境污染小等等。现阶段根据地质情况的不同以及对钻进参数的相关要求,复杂地质条件下多应用旋挖钻反压混凝土护壁桩基施工技术进行相关的作业。这种技术相比较于传统的钻孔作业来说有着较为明显的优势,因此现阶段特别是在复杂地质环境条件下的桩基施工多会用到这一技术。
  混凝土反压施工工艺:
  在进行混凝土反压施工的过程中,总体分为三大块,第一大块为孔壁护理,第一步要进行桩孔开孔,第二步要进行孔口护壁工作,其中要浇注混凝土后再钻进形成孔口护壁,第三步,就是进行钻进。第二大块,回填混凝土反压,当进行混凝土终凝后钻孔对回填土地层形成护壁。第三大块,进行钻进(重复钻进-反压混凝土的过程)。在这一过程中,首批混凝土的用量壁板根据以下公式进行初步计算。
  V≥πd2h1/4+πD2(H1+H2)/4
  V——首批混凝土所需数量(m3);
  d——导管内径;
  h1——桩孔混凝土达到埋置深度H2时,平衡管道内混凝土柱的外部(或泥浆)压力所需的高度(m);
  D——桩孔直径;
  H1——桩孔底与管底的距離一般为0.4m;
  H2——导管埋入的初始深度大于1m。
  2.2 大直径超长深水桩基础施工技术
  2.2.1 钢护筒操作工艺
  钢护筒的操作工艺包括其制作和埋置两部分,钢护筒的操作工艺情况对桩基础的质量和桩基础的顺利完工有着直接的影响。钢护筒的长度不仅仅要考虑施工成本问题,而且要考虑其埋置的深浅程度,既不能太深也不能太浅。如果太深了,不但对材料产生浪费,而且钢护筒的垂直度不容易被控制,孔位偏差的问题比较容易出现;如果太浅了,会造成一些不良的施工质量问题,比如塌空。如果钢护筒的埋置不正或者桩基础位的轴线与钢护筒的轴线偏差比较大时,又或者钢护筒出现倾斜情况,钢护筒会经常出现一些施工问题,比如出现斜孔甚至偏孔等问题,这是由于施工时的桩孔位置与设计发生偏离而造成的。
  2.2.2 制备泥浆
  与普通泥浆相比,PHP泥浆体的优点有:无分散性、低固含量、高粘度、高携钻能力、使用于反循环钻进等,正式这些优点,促进了PHP泥浆在建筑行业的广泛运用。在钻孔施工过程中,PHP泥浆运用钻机的工作方式有循环制作泥浆、回收集中运用以及反复使用等。按照一定的比例混合调制复合泥浆,其所用的材料有膨润土、聚丙烯酰胺、碳酸钠以及水等。制作泥浆的指标要求有,泥浆相对密度:灌入钻孔中的泥浆,其相对密度一般地层为1.1~1.2,松散易坍塌地层为1.2~1.45。泥浆粘度:入孔泥浆粘度,一般地层16~22s,松散宜塌地层16~22s。含砂率:新制泥浆不大于4%,循环泥浆不大于8%。
  2.2.3 钻进桩基
  (1)钻孔参数
  ①转速
  转速是体现钻机工作性能的主要性能参数,为了充分发挥钻机的工作能力,钻机的转速要控制在4~8rpm之间,为了提高工作性能,根据不同的施工地层,其钻机的转速不同。
  ②钻压
  钻压的选择受到多方面因素的制约,从钻孔进尺的速度来讲,钻孔时钻机施加的钻压越大越好,从而充分发挥钻压的性能,但是,还需要考虑其他因素的制约,如下所述:
  a.钻头承受的压力。最大承受压力是由滚刀的刀头所决定,每一个刀头可以承受50kN的压力,每一个钻头上有将近20个滚刀,计算时采用的不均匀系数是15%,也就是说有15%的刀头不承受压力,因此,在工作过程中,刀头所承受的钻压要控制在765kN之内。
  b.桩孔的垂直度。根据设计要求,桩孔的垂直度不能超过1%,从桩孔垂直度的提高的方面考虑,钻压越小工作效果越好,但是,如果钻压过小也会影响钻孔的速度和效率。   c.钻机扭矩。在施工过程中,角砾岩的软硬不均,因此,钻机需要输出的扭矩波动比较大。当转速一定,钻压越大,会导致钻孔的扭矩以及其波动幅度会增大。如果钻机输出的扭矩超过其额定扭矩,钻具会出现憋死或熄火等现象。
  d.钻头和钻机的稳定性。如果钻压过大,即便是进展速度快,但是,钻架本身颤抖剧烈,对钻机的损伤比较大;在不均匀角砾岩的钻孔过程中,钻头会出现挑头现象,如果钻压过大,会造成钻头的严重跳动,对于成孔的质量造成严重的影响。
  (2)钻进技术
  ①钻进钢护筒内部和底口
  清水钻进应用在钢护筒内部的覆盖层,停止钻进时,离护筒的距离约2m,在钢护筒内部制造泥浆。待其内部泥浆达到相应的指标要求后,开始钻进,反循环运用在钢护筒底口部位,需要注意的是气量小、压力轻、转速慢等,特别注意的是护筒底口不要被钻头碰挂,避免出现漏浆现象。在钻进的过程中,如果发现钻头出现护筒与钻头出现摩擦现象,一定不要强行钻进,需要根据护筒的实际情况对其进行调整。当钻头钻出钢护筒2m开外后,施工人员就可以正常钻孔了。
  ②钻进护筒外松散覆盖层
  在钻孔施工中,施工人员会经常遇到比较松散的覆盖层以及比较厚的卵石层,在对这些特性地质的钻进过程中,比较容易出现坍塌从而造成孔大,质量不好等现象。经过工作人员的长期施工,人们采取了很多有效的措施,来改善上述现象,比如对泥浆的比重加大、泥浆性能提高、钻杆稳定器的去除、钻孔风压的降低、钻压的减小以及转速的增加等,这些措施有效的降低了扩孔率。
  2.3 钻孔灌注桩施工技术
  2.3.1 钻孔灌注桩施工
  首先,在钻孔灌注机的底盘装上冲抓钻机,将钻孔灌注机移动到合适的位置,然后在可以打入的地方利用振动锤将钢管沉入,退出桩机进入简易回旋钻孔桩机。对沉入钢管的上部分进行淤泥和粘土的钻进,碰到不能继续钻进的砾石层时就退出,进入冲抓钻机,冲抓钻机对砾石以及强风化岩石具有很好的钻进能力,不仅速度较快,而且钻进的效果也比较好。
  与此同时,为了防止泥浆掺入桩身混凝土中降低混凝土的强度,从而影响钻孔灌注的质量,要使用自制的堰门式吊桶提掉沉入钢管内的泥浆以及水,进行无水的方式灌注混凝土。如果吊桶不能够将沉入钢管内的积水清理干净时,可以使用导管深入到水下灌注混凝土,等到混凝土灌注完成之后,在振动锤的辅助下将沉入的钢管拔起来,对灌注的混凝土进行频繁的振动,使其变得紧密无缝隙。
  2.3.2 孔的垂直度
  钻孔灌注桩的垂直度可以直接影响钻孔灌注桩的承载力,所以在施工之前要认真做好准备,避免钻孔倾斜和弯曲情况的出现。首先,要将进行工程建设的地面夯实平整,选用质量强度大的机械设备,在钻进的过程中如果遇到了砾石层或者坚硬物要减慢钻进的速度。除此之外,还要安装导正装置避免钻杆发生倾斜或者弯曲。
  2.3.3 钻孔的深度
  钻孔的深度也影响着钻孔灌注桩的承载力,所以施工队在用绳索测量钻孔深度后要在施工现场的地面上进行标记,防止测量绳遇水出现收缩现象。有关部门要高度重视地面分层不均匀的现象,在钻孔的过程中要将地质情况与地质剖面图进行对比,根据实际情况进行钻孔,确保钻进的深度科学合理。
  2.3.4 钻孔的孔径
  在淤泥质软弱土层或者是粘性土层钻孔时,就很容易造成钻孔缩颈的现象。做空的孔径达不到设计的要求就会使桩的截面减小、承载力下降,钻孔灌注桩桩身的抗压强度也达不到规定的要求。与此同时,钻孔的孔径不符合设计的要求,就会使钢筋笼缺少保护层,导致钻孔灌注桩的抗压弯能力消失。要想使钻孔的孔径符合设计的要求,就要做到以下要求:在进行钻孔时,如果感觉钻进的过程有一定的阻力,就要换大一级的钻头或者是使用导正器法,对于那些很严重情况,要根据地质条件选择比重、粘性以及稠度比较大的泥浆,对钻孔进行保护。
  3 相關应用
  某一复杂地质条件下的地基的高压旋喷桩地基加固方案。
  3.1 设备相关
  3.2 高压旋喷桩施工技术参数
  本次加固采用旋喷桩双重管法施工,拟施工的旋喷桩施工参数如下:
  (1)深度:20m;
  (2)孔径:?准1000mm;
  (3)水灰比:1:1;
  (4)旋转速度:15r/min;
  (5)注浆压力:≥28MPa;
  (6)水泥掺量:20%;
  (7)提升速度:25cm/min;
  (8)水泥:42.5普通硅酸盐水泥。
  3.3 复杂地质条件下的地基的高压旋喷桩地基概括
  桩基施工区域所涉及到的地层从上而下为中等风化凝灰岩块石,碎石填层,流塑状淤泥质粉质粘土,全风化基岩,遇水易崩解,零星分布,易形成不均匀地基。此外桩基收纳公共区域为缘由排涝河道,先前未打设排水板进行地基固结处理,后直接采用石料回填至4m高程,回填块石深度为5~9m左右,粒径为1m以下,最大到1.5m左右,此外,回填层底部20m内是淤泥质粉质粘土,含少量的有机质,偶尔少量的贝壳碎屑或夹粉砂微薄层,局部为淤泥,整体水量饱和,呈流塑状水土灵敏度高。
  4 高压旋喷桩地基处理后冲孔灌注桩施工效果
  考虑到桩基施工进度及旋喷桩加固成本,现场分别对旋喷桩进行地基加固的养护时问及水泥掺量进行了试验。
  (1)该地基处理工程在旋喷桩处理过后7d选择了了根桩进行试打,上部块石回填层内加入少量原土造浆后,本层位钻进过程中无漏浆、坍孔现象。当钻进至淤泥质粉质粘土层一定深度时,又出现加固前缩颈现象。分析原因为水泥浆强度仍小于原土的侧限挤压力;旋喷桩处理后70d选择一个桩基试打,效果任然不佳;在旋喷桩处理过后15d选择了1根桩进行试打,上部块石回填层内无漏浆、坍孔现象,淤泥质粉质粘土层内缩颈现象消失,钢筋笼下放顺利,灌注充盈系数为1.5,比先前施工的平均充盈系数3.2缩小1.7。
  (2)在高压旋喷桩其他参数不变的情况下,将水泥掺量由20%下调至了5%,土体加固后冲孔灌注桩施工效果基本与20%水泥掺量时无异。
  5 结束语
  伴随着国内建筑行业的快速发展,人们对于建筑的要求以及施工的技术要求越来越高。这就要就施工单位要不断的进行技术上的创新,不断满足高效、环保以及安全的建筑要求。在复杂地质条件下地基施工技术的应用,改善了成孔效率,保护了周围的施工环境。
  参考文献
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  收稿日期:2018-8-12
  作者简介:蒙 勇(1968-),男,汉族,重庆铜梁人,地质工程师,本科,主要从事工程地质工作。
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