钻孔灌注桩施工浅论

姜惠民

重庆云阳外滩广场项目拟建商住区座落于具有复杂地层条件的长江之畔,平均厚度为5-20m的回填土层给建筑群的基础施工带来较大难度。对于四级以下的土层一般采用回转钻进较为适合,但是考虑到回填土中具有相当含量的风化岩石,而冲击钻进对于岩石钻进效率较高,结合本工程特点,有针对性地选择了冲击钻成孔灌注桩的施工方案。

一、工程地质资料

1.人工填土为山体爆破土石方回填土,平均厚度2-20m;2.淤泥质粉质粘土,平均厚度1.5-4m;3.粉土,平均厚度1.7-5m;4.粘土,平均厚度2-8m,夹含中风化石英细砂岩的块石、碎石;5.强风化石英细砂岩,层厚1.5-8m;6.中风化石英细砂岩。

二、工程特点

1.填土厚度大,地质条件复杂,上部土层不易护壁,下部土层坚硬难钻。2.孔深差异大,表层土质为块石,与松散土体混合,厚度变化大,基层岩石判断困难。3.建筑群杭位较密集,施工场地狭小,场地布置、设备安放受限制。

三、施工方法

针对地质资料及工程特点,制定下述施工方案:上部土层采用GPS-15-20型钻机配以单腰箍三翼合金钻头钻孔,如遇块石及至下部强风化及中风化石英砂岩,则采用CZ-1500-2000型冲击钻机冲击钻进。入岩深度达到设计要求后,吊车吊放钢筋笼。采用气举反循环清孔,水下灌注混凝土成桩。

(一)孔的垂直度。桩孔的垂直度是保证钻孔灌注桩承载能力的重要因素。桩孔斜率超标,其受力状态被改变,桩头偏位,影响上部结构位置,同时影响钢筋笼的安装,使桩基结构质量降低。为避免钻孔倾斜,在钻机就位和钻孔运作过程中,要随时注意校核钻杆的垂直度,发现倾斜及时纠正。对于地基土质不均匀、土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石、硬物的情形,施工前必须有应对方案和相应的准备工作。经工程实践证明,利用导正装置也是防止孔斜的有效方法。考虑到终孔后再发现孔斜纠正起来费工费力,且修孔会使桩的充盈系数增大,故对于钻孔的垂直度控制一定要实行过程控制。

(二)孔径控制。由于建筑群桩基分布于长江之畔新近沉积的粘性土和粉土中,液性指数IL>0.75,呈软塑状态和流塑状态,冲击钻成孔易出现缩孔现象,造成孔径小于设计要求及规范要求,桩截面缩小,承载能力降低,桩的安全系数降低,同时由于孔径达不到要求,导致钢筋笼无保护层,桩的抗压能力及耐腐蚀能力受到很大的影响,为此要随时加强对孔径的检测与控制,并采取相应措施:1.钻头的直径应适当加大;2.采用在导正器上焊一定数量的合金刀片,在钻进过程中起扫孔的作用;3.提高泥浆质量,增大泥浆相对密度、粘性和稠度;4.成孔后及时浇筑桩基,尽量减少空孔时间。

(三)成孔。1.由于本工程上部均为块石、砂质土的回填土,挖护筒时应将其清除干净,并在护筒外围用粘土夯填。为使成孔有序顺利,开钻时应轻压慢转,随着钻孔加深,在保证钻具、机座稳定的前提下逐渐增大冲钻力,以确保钻机正常运作。2.钻进过程中,应根据钻进速度、土层情况及时调整钻机冲击频率和泥浆性能,确保钻机有律有序运作。3.本工程桩体端部须穿入强度较高的强风化石英砂岩、中风化石英砂岩,冲击钻机就位时须校正孔位,冲锤下沉至孔底时应缓慢进行,同时应随时检查冲锤钢丝绳与桩位中心是否一致,防止因岩石强度不一导致斜孔。4.冲击过程中应不断捞取岩渣,避免岩渣反复泵入孔内造成重复破碎,增加清孔工作量。5.冲击钻进过程中,应随时会同监理、勘察单位结合工程勘察资料,根据上返岩渣特性、冲击速度等进行岩面判定。

(四)泥浆。在钻孔灌注桩的施工中,泥浆的质量对于冲击钻成孔以及桩身的施工质量起着很大的作用。泥浆质量得不到保证会造成在成孔过程中形成不了护壁泥膜或形成的泥皮粘附力差,易于脱落,导致孔壁稳定性差,在砂性土层易于塌壁,在流塑状粘土层易于缩孔。如泥浆稠度过大在钢筋笼的钢筋上沉积粘附,导致钢筋与混凝土握裹力降低。如泥浆相对密度过大,使得混凝土水下灌注阻力增大,降低混凝土的流动半径,影响桩芯混凝土质量。在桩孔钻进过程中,应根据钻进速度、土层情况及时调整泥浆性能,以确保钻进速度及裸孔护壁相互统一,防止孔内缩颈或坍塌。钻进中坍孔严重时,应分析原因、相应调整泥浆参数及钻进参数。

(五)沉渣清除。桩孔钻进过程中,孔底产生钻机切削和孔壁塌落的岩土,同时由于空孔时间过长而产生沉淀流塑状混合物,在桩底形成软弱隔层,如不清除可能导致桩基端承力降低、丧失。因此孔底沉渣、淤泥的清除工作显得尤为重要。本工程采用正循环成孔,气举反循环清孔的工艺。反循环清孔采用吊车下置导管进行,导管下置后,在导管内下置导管长度2/3的气管,做好孔口密封工作,在泥浆调制完毕后,以空压机送风清孔。清孔过程中,在泥浆出入口、泥浆沉淀池中不停捞渣,同时测量沉渣厚度,在清渣达到设计及规范要求后方可进行水下混凝土灌注工作。

(六)混凝土灌注。混凝土灌注是桩基的关键工序,本工程混凝土工程量大,单桩混凝土最大用量达150m3。考虑施工场地等因素,在现场建立了混凝土搅拌站,加强混凝土配料及质量的控制。在保证混凝土质量合格的前提下,导管法水下灌注混凝土的质量难以控制,主要原因是:1. 不能像上部结构逐层振捣施工;2.由于导管埋在泥浆和混凝土中,混凝土的灌入阻力相当大,要克服混凝土的灌入阻力,保证混凝土桩身质量,必须有相当大的冲击力,冲击力越大,完成每斗混凝土灌注的时间越短,混凝土桩身越均匀。经研究本工程采用大体积混凝土冲击灌注法进行灌注,即每斗将2-3m3混凝土在大斗中积蓄够量,出料口直接插入导管,然后打开大斗活门一次性连续放料冲击下去,在巨大冲力的作用下,混凝土的向上顶升力和侧向挤压力就有了保证,桩的摩擦力和桩身的混凝土密实性都得以提高,特别是首斗混凝土灌注冲击力大,孔底沉渣、沉淤被冲溅开,桩端与持力层能有较好的结合。

采用上述大体积混凝土冲击灌注法应注意几个问题:1.注意排气技术,防止形成气堵使混凝土料灌不下去。2.严格控制混凝土粗骨料直径,最好经过网筛,防止混凝土大直径骨料卡管。3.控制好混凝土和易性,避免在料斗下部及出料口形成堆积,导致出料困难,堵塞导管。4. 送料吊车司机在打开料斗活门混凝土下落时,必须随时不断向上提动导管,防止卡壁、堵管。5.注意混凝土大斗和导管的清洗、保养,使其内壁光滑,减少摩擦力。

四、结语

本工程共见证取样280组混凝土强度试块,经质量检测中心检测,混凝土强度全部满足设计要求。经大、小应变及桩体钻芯检测,工程质量满足设计及规范要求,工程质量优良。

参考文献:

[1]董平、陈征宙、泰然,混凝土芯水泥土搅拌桩在软土地基中的应用[J].岩土工程学报,2002,(3).

[2]中国工程建设标准化协会,CECS22:90土层锚杆设计与施工规范[S].北京:中国计划出版社.

[3]崔京号、崔岩,地下结构抗浮[J].工程力学(增刊),1999.