浅谈旋挖钻孔灌注桩穿越圆砾层防塌施工技术.pdf

工程技术 2013.08 - 125 on technologies of hole collapse caused by rotary drilled and bored piles penetrating gravel soil layer 浅谈旋挖钻孔灌注桩穿越圆砾层防塌施工技术 王向虎 麦 旺 _ wang xianghu mai wang 摘 要 通过工程实例，介绍旋挖钻孔灌注桩在穿越厚圆砾层防塌 孔的三种处理方法，即增加泥浆浓度法、超长钢护筒护壁法、注浆 法，以供类似工程参考。 关键词 旋挖钻孔灌注桩；圆砾层；泥浆浓度；钢护筒护壁；注浆法 文章编号 1672-7045（2013）08-0125-04 中图分类号 tu753.3 文献标识码 b abstract：through project case, this paper introduces three treatment methods for hole collapse caused by rotary drilled and bored piles penetrating gravel soil layer, including slurry density addition, wall protection with long steel protective canister and grouting. keywords：rotary drilled and bored piles; gravel soil layer; slurry density; wall protection with steel protective canister; grouting method 由于城市土地资源紧缺，现代建筑多以高层及超高层为 主，结构形式也日趋复杂，建筑基础的选择尤为重要，桩基 础以其承载力良好、施工方便、能耗低成为高层建筑基础的 首选。桩基施工有多种方法，其中旋挖钻孔灌注桩技术以其 工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少等特点而被誉为 “绿色施工工艺”。此方法自动化程度和钻进效率高，钻头 可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工特别是城市桩基施工 中应用越来越广泛。 1 工程概况 某工程位于广西南宁市安园东路北侧，剪力墙结构，地 下2层，地上32层，建筑最高高度为96.3m，总建筑面积约为 141203.49m2，抗震设防裂度为6度。建筑功能设置为：地下 为车库，地上为住宅，设有廉租房、公租房。该工程基础采 用泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩，总桩数为914根，桩径最小为 0.8m，最大为1.4m，桩端持力层为中风化粉砂质泥岩，桩长 大于11m，桩端进入持力层不小于两倍的桩径且大于2.0m。 桩端阻力特征值 q pa=1700kpa。 2 工程地质 根据现场钻探资料和区域地质资料，场地岩土层主要为 第四系（q）人工堆积形成的杂填土和耕表土，冲积成因的 黏土、砾砂混黏性土及圆砾，第三系（e3l）湖相沉积形成的 粉砂质泥岩等组成，自上而下描述如下： 126 - cities and towns construction in guangxi - 广西城镇建设 theories & technologies理论科技 （1）杂填土（q4ml）：灰褐色，稍湿，松 散，主要成分为黏性土，夹3%5%的角砾，局部 夹少量的碎砖块，角砾成分以石英质为主，回填年 限约10年。该层局部地段有分布，钻探揭露层厚 0.40m1.60m。 （2）耕表土（q4pd）：灰黑、褐色，稍湿， 松散稍密，主要成分为黏性土，含少量的植物根 系等有机质。该层场地广泛分布，钻探揭露层厚 0.30m0.80m。 （3）黏土（q3al）：灰褐、灰黄色，可塑状为 主，局部呈硬塑状，土质不均匀，切面稍有光泽， 韧性和干强度中等，局部相变为粉质黏土，无摇振 反应，进尺快。该层场地局部有分布，层面埋深 0.3m1.60m，层面标高81.70m84.80m，层厚为 0.40m3.70m。 （4）含黏性土圆砾（q3al）：黄色，松散稍 密，稍湿湿，土质不均匀，切面粗糙，韧性低， 含40%50%的圆砾，粒径一般在0.2cm2cm， 分布不均匀，局部圆砾含量可达60%，圆砾主要成 分为硅质和石英质，以亚圆形为主，磨圆度较好。 小于0.075mm的细粒土含量在20%30%，该层场 地均有分布，层面埋深1.00m4.00m，层面标高 80.65m84.08m，层厚为0.40m5.00m。 （5）黏土（q3al）：红黄、褐红色，硬塑状 为主，局部呈可塑状，土质不均匀，切面有光泽， 韧性和干强度高，无摇振反应，进尺快。该层场 地广泛分布，层面埋深2.00m4.00m，层面标高 79.15m82.87m，层厚为1.00m3.60m。 （6）黏土（q3al）：灰、灰白色，软塑状，土质 不均匀，切面有光泽，韧性和干强度高，无摇振反应， 进尺快，遇水易塌孔。该层局部地段有分布，层面埋深 4.10m8.00m，层面标高77.11m80.53m，层厚 为2.00m5.70m。 （7）圆砾（q3al）：黄褐、灰、灰白色， 饱和状，稍中密，成分以石英质和硅质为主， 粒径在2mm20mm的颗粒占70%90%，以亚 圆形为主，磨圆度较好，粉细砂充填。该层场地 均有分布，层面埋深5.60m10.50m，层面标高 74.39m77.11m，层厚为1.80m7.10m。 （8）强风化粉砂质泥岩（e3b）：灰、青灰 色，厚层状结构，泥质胶结，岩芯多呈柱状，节长 10cm50cm，部分岩芯呈土状，遇水易软化，失水 易开裂，指甲可刻痕，手捏具砂感，进尺较快。该 层局部地段有分布，层面埋深11.00m15.50m，层 面标高69.5273.25m，层厚为1.00m10.00m。 （9）中风化粉砂质泥岩（e3b）：灰、青灰 色，厚层状结构，泥质胶结，岩芯呈长柱状，节长 20cm50cm，遇水易软化，失水开裂，指甲可刻 痕，手捏具砂感，夹少量的灰白色生物残骸，以贝 类为主，岩芯采取率80%95%，钻进平稳。该层 整个场地均有分布，层面埋深18.00m23.50m，层 面标高59.32m66.87m，该次勘察最大揭露厚度为 10.70m，未揭穿。 3 旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程 旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程见图1。 图1 旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程图 编辑刘红梅 设计姜 璠 工程技术 2013.08 - 127 4 工程旋挖钻孔灌注桩施工难点 由地质报告可知，该工程圆砾层共有两层，第一 层为含黏性土圆砾（q3al），层厚为0.40m5.00m； 第二层为圆砾（q3al），厚度为1.80m7.10m。 在现场施工过程中，基坑开挖后基坑底面标高 为-9.0m，即为含黏性土圆砾（q3al）面层，旋挖 桩基施工过程中，钻机从含黏性土圆砾（q3al）层 开始钻进，而5#楼部分圆砾层厚度达6m9m，圆 砾层含水量高，压缩性较低，旋挖机钻进过程中， 圆砾层出现大面积塌孔，桩基很难有效成孔。因此， 解决圆砾层塌孔问题是该工程桩基施工的难点。 5 可选防塌孔方案 5.1 增加护壁泥浆浓度法 该工程旋挖钻孔灌注桩的施工过程中，为了 防止塌孔，稳定孔内水位及便于挟带钻渣，采用泥 浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的 压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定，所以泥 浆的比重起到保持这种压力差的关键作用。如果钻 孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去阻挡土 体坍塌的作用。泥浆由水、塑性指数ip17的优质 黏土和添加剂配制而成，泥浆比重为1.15。由于圆 砾层钻进过程中塌孔较严重，将泥浆比重增加到 1.25，即有效地解决了部分桩的塌孔问题。 5.2 超长钢护筒护壁法 护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，在准确 放样的前提下埋设护筒，护筒平面位置与垂直度应 准确，护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。该工 程护筒埋设面即为圆砾层面，采用2.0m长护筒施 工，护筒以下圆砾层极易塌孔。考虑到圆砾层厚度 为6m9m，现场制作长度为6m9m的钢护筒进行 护壁，即整个圆砾层厚度范围内均埋设钢护筒进行 护壁，阻挡圆砾层塌陷。（见图2） 5.3 注入水泥浆法 针对桩基施工区域圆砾层容易塌孔的问题，可 在圆砾层空隙内进行注浆，注浆后浆液可以堵塞孔 裂隙，固结土体，能够防止桩基在圆砾层施工过程 中塌孔，而且能提高地基承载力。 5.3.1 注浆法原理 注浆法是利用气压、液压或者电化学的原理， 通过一定的压力将一定比例的水泥浆液注入土体 中，然后在注浆点通过喷射使土体密室，在浆液点 形成一定范围的浆层。一段时间后，该浆层形成一 个很强大、防水性能高和化学稳定性好的“结石 体”，从而达到堵漏的目的。 根据勘察报告提供的地质情况及现场实际施工 条件，现场可采用标号为32.5、水灰比为0.5的水泥 浆液，经过多次注浆和加密注浆，最终达到固化圆 砾层的目的。 5.3.2 注浆法孔位的布置 根据工程地质情况，在每根桩据桩边50cm 60cm处采用等边三角法确定3个角点作为注浆孔。 注浆孔施工采用地质钻机，孔径为89mm，注浆孔深 度以超过圆砾层最底端20cm左右为标准。（见图3） 图2 钢护筒埋设示意图图3 注浆法孔位布置图 128 - cities and towns construction in guangxi - 广西城镇建设 theories & technologies理论科技 5.3.3 注浆施工流程 注浆施工流程为：确定注浆孔孔位地质打孔 钻机就位、调平、垂直度校正成孔下注浆管 按照配合比调制水泥浆及压力设定进行注浆注 浆结束钻机移位。 5.3.4 注浆工艺具体操作方法 注浆时以1m2m为一段，采用自下而上分段注 浆。第一段结束后重复灌注第二段及余下各段直至 孔顶。制备浆液采用先稀后浓的原则。为了控制水 泥浆的扩散范围，节约注浆时间，可按浆配比为水 泥水水玻璃=40241.5的比例，其中水玻璃 为早强剂。 为防止浆液扩散范围过大而造成浪费，采用 间歇式注浆，即等先注入的浆液初凝后再注浆，多 次循环注浆，直至达到规定的注浆压力控制值和最 小注浆量为止。余孔进行注浆时，注浆压力必须调 高，最后封孔。 6 各方案优劣分析 6.1 增加护壁泥浆浓度法分析 在该工程5号楼第一根桩孔钻进过程中，圆砾层 厚为8m，当钻至深5m时，即出现大面积塌孔，无 法继续钻进，此时测得泥浆比重为1.15。经各家单 位协商，项目部决定将桩孔回填，增加泥浆比重至 1.25，重新进行钻进，钻进过程中有轻微塌孔，但 未影响到桩基整体成孔质量，最终圆满完成钻孔。 增加泥浆浓度法操作便捷且成本较低，只需在 原有泥浆里按比例加入优质黏土和添加剂即可解决 部分问题，且黏土取材方便，价格低廉，但是泥浆 的比重过大，容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土 的置换产生困难，使成桩质量难以得到保证。 6.2 超长钢护筒护壁法分析 由于增加泥浆浓度法较难控制桩的成桩质量， 现场施工过程中大部分桩基均采用超长钢护筒护壁 法。采用长度大于圆砾层厚度的刚护筒，超长钢护 筒护壁法可完全解决桩基钻进过程中圆砾层的塌孔 问题，成桩效果好，但护筒的精确定位较难，长达 9m的护筒在埋设过程中操作要求高，且钢护筒用量 大，成本较高。 6.3 注浆法分析 现场采用注浆法施工，经常会出现两种常见情 况：注浆压力较难达到0.3mpa0.5mpa；注浆 后一般需等水泥土强度达到28d临期强度后才能进行 桩孔钻进，影响工期；注浆法注浆需采用地质钻 机，工序相对复杂，需专业注浆队伍来完成。 7 结语 旋挖钻孔灌注桩在穿越圆砾层施工时，增加泥 浆浓度法、超长钢护筒护壁法和注浆法均能一定程 度的解决桩钻进圆砾层塌孔的问题，各方法均有利 弊，现场施工过程中需根据现场情况选择最优施工 方案，这样才可以有效控制施工周期，节约施工成 本，同时确保桩基施工质量达到设计规范要求。 参考文献