钻孔灌注桩在不良地层中的施工问题及对策
2022-02-18史根强
史根强
(甘肃省交通工程建设监理有限公司,甘肃兰州730030)
0 引言
钻孔灌注桩施工相对于工程建设中时常使用到的其他预制桩柱而言,具备较高的施工难度。尤其是在建设工程处于地质不良的土地层面时,要在所处区域进行钻孔、打桩等操作,会变得更为困难。大多数的不良地层都存在硬度不均匀、组成元素复杂多样、稳定性不足等问题,比如硬度不高的黏土地层、较为疏松的砂质粉土层、土层较厚且硬度较高的硬质粉土层等。针对不同的不良地层情况,在开展钻孔灌注桩施工的过程中,自然也会面临不同的问题,因此要充分分析施工的具体情况,找出问题产生的原因,并对症下药,制定出合理的对策。
1 钻孔灌注桩在不良地层中的施工问题
1.1 钻孔时卡钻
最常出现的一大重点施工问题就是卡钻现象。大多数不良地层都具备较为明显的地质缺陷,在钻孔的过程中无法更加顺畅地突破岩石层。尤其是进入砂质的粉土层时,随着钻孔操作的持续推进,钻孔的振动频率和力度都在逐渐增大,也就可能导致周边岩石层中的松软土块或砂质石头滑落,这些掉落下来的泥土或者石头很容易将孔洞卡住,进而导致钻孔的钻器被堵在孔洞当中[1]。而且,很多地质结构层的石层都比较厚,厚度越高的土质层,深度开挖工作越困难,因此,产生卡钻问题的概率也就越高。
1.2 钻孔处塌陷
在钻孔的过程中,也极易产生钻孔处塌陷的施工问题(见图1)。钻孔处塌陷现象也称为塌孔,在对地基层面进行钻孔的过程中,或在清理孔洞内部杂质与泥土砂石时,孔洞出现塌陷。还有一种是在钻孔步骤结束之后的灌注过程中,孔洞出现塌陷。工程施工人员一般会通过钻孔内水位的变化情况,判断其是否会出现塌陷。如果钻孔处内部的水位突然下降,就需要详细检查其表层的水泡是不是以细密的方式出现。如果孔口位置产生了细密的水泡,通常表示该钻孔处出现了坍塌。如果是钻进过程中出现塌陷,通常是在地质结构层的结合面及黏聚力较低的砂质粉土层产生的[2]。而在清理孔洞时,往往会因为泥浆比重逐渐减小,使得孔壁内部所承载的力度减弱,进而导致内部的砂石结合力下降,松软的粉土层就更容易坍塌了。
图1 钻孔处塌陷示意图
1.3 钻孔偏斜或缩颈
在完成桩柱打孔工作后,有可能出现钻孔偏斜的情况。原因主要是采用的钻孔机器的紧密程度和稳定性不够强,在钻孔打洞的过程中钻机运行不平稳,由此出现钻孔部分偏移的情况。除此之外,也可能是负责钻孔的钻杆发生弯曲形变,进而导致其形成的桩柱孔洞产生了一定的偏移,或地质环境因素所致,当地面的土质过于松软或存在硬度不均匀的现象,都有可能导致成形的桩孔出现小范围的移动。还有可能在工程施工过程中,由于人为施工操作不当,使得内部的桩柱孔洞受到了一定程度的影响[3]。
钻孔位置也可能出现缩颈的情况(见图2)。缩颈是指最终形成的桩柱孔洞的直径小于最早设计好的孔洞直径,其往往是因为内部孔洞结构中出现塑性土膨胀现象之后,孔径会在一定范围内缩小或扩大。
图2 钻孔缩颈示意图
1.4 桩底沉渣量超标
在进行钻孔灌注桩施工的过程中,最终形成的钻孔底部容易出现沉渣量过多的问题。沉渣堆积在底部会对整个灌注桩施工流程造成负面影响,甚至可能导致施工过程中出现较大的质量隐患。产生桩底沉渣超标的主要原因是清理孔洞的过程中没有及时将掉落的沉渣清理干净,或者没有按照相应的标准多次进行清孔工作,钻孔过程中落石或泥浆形成的杂质击落在桩柱孔洞底层,最终导致沉渣量超标[4]。为了保护岩壁,钻孔过程中会灌入泥浆,这样可以使一部分实体颗粒附着在孔壁上。但是很多桩基工程在对泥浆进行配比的过程中,各项细则落实得不够到位,泥浆的标准比重过小,或者注入的泥浆含量不够高,进而难以确保向下沉积的实体颗粒向上浮起。而且在施工的过程中,护壁也经常因为遭到机械碰撞而引发泥土掉落的现象。碰撞掉落的石块或泥浆土块通常会直接掉落在桩孔底部,很多施工人员没有及时将清渣工作落实到位,从而形成循环清孔的操作方式,加重了超标现象。
1.5 桩柱断开
在执行钻孔的步骤后,还需要进行混凝土灌注工作。灌注过程中出现的问题通常较少,主要有卡管和钢筋笼上浮两种。此外,也有一项重点问题是出现在灌注完成后,那就是形成桩柱后也有可能出现桩柱断开的情况。断桩现象发生的原因比较复杂,既可能是在灌注的过程中混凝土凝固的速度不恰当或凝固的衔接点不够连续,也可能是中间掺杂的填充物使得整体结构变得疏松。当导管底部距离桩孔底部比较远时,混凝土会被浆液稀释,导致混凝土不能完全凝固[5]。除此之外,地下水的活动也会促使整个装置的导管密封性不足,当水分进入桩身之后,也可能使混凝土结构受到影响。
2 钻孔灌注桩施工问题的解决对策
2.1 解决卡钻问题
工程技术人员在开展钻孔灌注桩施工之前就应当详细分析该区域地质具有哪些土质情况不同的土层,结合各土层的具体标准和特性,挑选出最适合的钻孔工具。一旦发生卡钻现象,应当采取正确的措施进行处理,控制钻孔区域内部泥浆的比重,防止孔洞内部出现过多的沉渣,尽可能保证泥浆的含量更高。通过钻孔工具的封绳,使得具备冲击力的铁锥自然下落,下落一段距离之后再通过反冲卡钻部位的方式,形成强有力的冲击,尽可能处理卡钻问题。如果反冲锥法没有解决问题,也可以采用套锥法,即利用空心的圆筒套牢锥齿向下冲孔[6]。如仍然没有办法提取钻机,可以适当增加外力,既有助于将发生卡顿的钻头更快地冲击出孔洞,也有利于提高解决卡钻问题的效率。但应注意孔口的牢固,以防孔口坍塌。
2.2 防止塌孔问题
为了有效防止钻孔过程中出现塌孔问题,可以提前采取相应的保护措施,对工程项目做好防护。首先,可以采取埋设长护筒装置的办法,在埋入此种装置前,需要进行详细的地质勘测,结合生成的第一次勘测报告,找准土层的具体厚度等重要数据,结合土层深度选择相应长度的护筒。在埋设长型护筒之前,要确保护筒的底部可以穿过所需要填埋的土层,使土层和其他不同的地质层位可以紧密连接在一起,通过贴合黏土的形式夯实连接的部位,使其能形成紧密的整体,防止在钻孔的过程中护筒向下移动。在钻孔施工时也要严格控制好位置,防止孔位出现偏离。其次,可以采取提高泥浆性能的方式,适当增加泥浆的密度和黏度等重要指标,可以有效改善泥浆质量不佳的问题,使生成的护壁能达到更加良好的效果[7]。在调制泥浆的过程中要结合砂质粉土层的力学性能,综合考虑其膨胀性、自我修复能力、连续性、稳定性等,确保泥浆和工程实体之间可以形成良好的受力整体,保证在钻孔过程中泥浆能够有效发挥出其效果,进而防止出现塌孔。
2.3 解决偏移问题,防止缩颈
要有效解决钻孔的偏移问题,首先应当分析该工程项目当中桩柱打孔区域所处位置的土层地质情况及土层结构。一般来说,如果土层呈现斜状分布,应着重注意其周边的硬质物体,确保整体的施工场地处于相同的状态,为后续桩基施工提供更加良好的施工环境,并且结合实际的工程需求及地质情况选择最合适的钻孔机器。其次,可以提前为钻孔机器铺垫上轨道枕木,确保钻孔机器在运行的过程中有较强的稳定性,进而提高钻孔设备的精度,促使打孔的位置和深度都能够符合设计的标准。在安装钻孔机器时,也应当将其调到与滑轮同方向的轴线上,与此同时,确保重要设备钻杆的具体位置,将位置偏差控制在允许的范围内。再次,采取重量更大、强度更高的钻孔机器,使其均匀地进入地层内部,慢速并且精准控制其发力位置。为了防止缩颈情况,应在施工之前采取相应的防治措施,比如采用优质的泥浆,将其充分应用在整个施工过程中,从而降低整个钻孔工程中的失水量,在形成孔洞后,要加快施工速度,确保其内部不会渗水或膨胀。最后,可以反复地进行扫孔工作,适当扩大孔径。
2.4 精细化操作,减少沉渣量
在大多数工程施工中,出现桩底沉渣量过高问题的原因主要是清孔工作做得不到位或工程实体受到泥浆影响。在钻孔灌注桩施工过程中,各项细节都是相当重要的,如果没有采取更加精细化的操作方法,很有可能使出现的弊端逐渐被扩大。想要尽可能地减少沉入底部的沉渣量,就更应该落实精细化操作。结合工程实际情况安排清孔的次数,严格落实清孔的各项操作,检验清孔的效果,确保检验合格之后才能够进行下一道施工工序。技术人员应当对清孔操作人员进行相应的培训,确保操作步骤符合规范要求。此外,也要综合考虑泥浆因素给沉渣率造成的影响。因为在施工过程中,自然状态下配置形成的泥浆容易出现许多粗颗粒或者固体杂质,这也会使得泥浆的黏结度降低,进而增加沉渣掉落底部的概率。所以,要结合以往经验和参考数据及工程的实际变动情况,调制出比例恰当的泥浆,经过多次试验后再将泥浆应用到灌注桩的施工过程当中。
2.5 重视灌注环节,确保桩柱质量
在进行钻孔灌注桩的整体施工过程中,每一个步骤都至关重要。灌注流程里常常会出现一些细小的问题,虽然都有对应的防治措施,但如果没有提前做好准备工作及检测工作,就难以落实各项预防措施。因此,工程技术人员要重视灌注的整个环节,控制好混凝土的配合比以及搅拌和灌注的时间,严格控制外加剂的含量和种类,确保导管内部的密封性,保证机械能够良好运转。在放置钢筋笼的时候,要密切关注设备的实时动态,确保其定位的准确性,并对各项标高位置进行详细的检测。为了降低断桩的风险,应当在钻好桩孔之后就使用特定浓度的清洗液进行清孔,与此同时也要注意,不能让清洗液渗入桩柱混凝土内部,要严格控制好清孔的时间。清孔结束后就要及时向桩孔内灌入混凝土,避免其因工程中的杂质堆积导致沉渣量过高。在灌注的过程中,保证各项操作及各种设施的严密性,从整体角度确保桩柱的质量符合相应的标准。
3 结语
综上所述,在建设工程处于地质不良的土层时,对所在区域进行钻孔、打桩等工作会变得十分困难。钻孔灌注桩在不良地层中的施工问题复杂繁多,重点问题有钻孔时卡钻、钻孔处塌陷、钻孔偏斜或缩颈、桩底沉渣量超标、桩柱断开。钻孔灌注桩施工问题的解决对策有控制钻孔区域内部泥浆的比重,防止孔洞内部出现过多的沉渣,可以提前采取相应的保护措施,避免塌陷现象,比如可以采取埋设长护筒装置的办法。结合工程的实际需求以及地质情况选择最合适的钻孔机器,还可以提前为钻孔机器铺垫上轨道枕木。要想减少沉渣量,就应该更加注重落实精细化操作的原则,严格落实清孔的各项操作。工程技术人员要重视灌注的整个环节,控制好混凝土的配合比以及搅拌和灌注的时间。