沿海灰岩地区钻孔灌注桩成孔技术.doc

沿海灰岩地区钻孔灌注桩成孔技术韩双1概述大连(一重)北方重型容器厂位于人工回填的海岸上，占地6万m 2，主厂房高35 m，吊车起重量为5600 kN/2500 kN，单柱垂直承载力20000 kN，弯矩2000 k N.m。设计 采用钻孔灌注桩，一期工程1000 mm桩73根、600 mm桩256根，二期工程1000 mm桩48 根 。要求桩端全断面进入持力层(中、微风化灰岩)，其中1000 mm桩为1倍桩径、600 mm桩 为 1.5倍桩径，钻孔垂直度偏差1%，终孔孔底沉渣5 cm。我院承担的桩基项目一期工程 于1997 年4月18日开工，1997年7月22日竣工，灌注砼1620 m3，充盈系数1.53，钻孔进尺2891 m ，其中嵌岩730 m；二期工程1998年7月16日开工，1998年11月2日竣工(由于建设单位爆破施 工而停工46天)，灌注砼450 m3，充盈系数1.50，钻孔进尺619.31 m，其中嵌岩262 m。 2工程地质和水文地质情况2.1工程地质情况场地为人工回填海岸，距海堤40 m。地层依次为：(1)素填土。分布连续，为近期回填物。由中强风化灰岩块石、碎石及少量红粘土组成。 最大粒径2000 mm，粒径200 mm的占50%以上，呈松散状态，厚1.99.2 m。(2)红粘土。主要为溶沟及溶蚀裂隙充填物，红棕色黄褐色，可塑，厚0.52.55 m。 (3)强风化灰岩。黄褐色，风化裂隙发育，风化带厚0.758.3 m。(4)中风化灰岩。浅灰灰色，中厚层状，角砾构造。(5)微风化灰岩。灰色深灰色，中厚层状，角砾构造。2.2水文地质情况场地地处回填海岸地带，孔隙极发育，透水性好。地下水类型为孔隙水，水位-3.5-4.5 m。与海水有着密切联系，受潮汐影响变幅很大。3施工方法及技术措施所用设备：GPS-15型钻机7台，SPC-300H型钻机2台，3PNL型泥浆泵10台，89 mm 和114 mm钻杆。3.1素填土层钻进(1)该层孔隙发育且与海水连通，孔壁极易失稳，造成坍塌，特别是在涨潮落潮时，以液柱 压力平衡法来维持孔壁稳定难度大。所以，施工前先埋设钢护筒，采用人工下挖2.0 m，预 先挖出上段块石，大粒径的块石采用挖掘机配合开挖，从面避免开钻就遇岩石不进尺及牙轮 钻头安装不上的现象。(2)回填块石层和基岩采用PZ系列组合式牙轮钻头钻进及泥浆护壁 正循环钻孔工艺。为了防止坍孔、漏失现象的发生，泥浆密度要保证1.50 kg/L，粘度31 s ，在潮差尺段泥浆密度要达到1.80 kg/L，粘度35 s，并制备足够的泥浆，随漏随堵。该层位钻进过程中，应随时注意观察钻机状态，当出现钻机剧烈跳动时，要降低钻压，减慢 转速，防止钻杆折断或孔斜现象发生。(3)在二期工程中，由于建设单位对A轴、D轴共6个基础采用了先爆破、后回填、再钻孔的施 工步骤，爆破深度4.20 m，正好在地下水位线上。所以，在以后长时间的基岩钻进过程中 ，回填部分常常发生坍塌、漏失、扩径等现象，给正常施工带来了诸多困难。为此，我院 制定了新的补充方案，制作了6个4.5 m长的钢护筒，每台钻机配1个，先用110 mm钻头钻 到4.20 m处，拔出2.0 m的护筒，安设4.5 m护筒，再继续钻进，效率大大提高，避免了 处理坍孔事故所需的大量人力、物力和时间。3.2岩溶地层钻进3.2.1石牙、溶沟、溶槽(见图1)的钻进由于该层棱尖发育、岩面倾斜、沟槽纵横，钻头不能全断面刻取岩石，稍一疏忽就造成机械 、钻具严重损坏，酿成井内事故；也可能误认为已经嵌岩，最后达不到设计要求。钻进时钻 压控制在5 kN、转速17 r/min，泥浆密度保持1.50 kg/L，若发现钻杆偏斜，应立即提升 钻头 到偏斜处1 m以上进行纠斜钻进，用主卷扬系统严格控制进尺。当钻头平稳，全断面入岩后 ，才能恢复正常钻进。穿越此层时，小时效率很低，一般为110 mm/h。图1石牙、溶沟、溶槽示意图3.2.2溶洞层位的钻进场区溶洞极发育，有60%的钻孔不同程度遇有溶洞，有的钻孔发现串珠状溶洞，最多达4层。 平均每层岩石厚1.5 m，最深孔深27 m，7天才能完成一孔。针对此层，施工中采取了如下 措施：(1)采用密度为1.30 kg/L、粘度为30 s的泥浆，以增大泥浆泵的容积系数，提高上返流速 ，利于井内悬浮岩渣排出，并顺利在泥浆循环槽、沉淀池中沉淀。(2)钻头轴向加长。选用了1.8 m长的组合牙轮钻头，起到充分的导正作用，避免了 穿越溶洞顶盖到达溶洞底层时出现的偏斜、卡钻、夹钻等事故。(3)对3层或4层的溶洞，采用水下岩石松动爆破工艺措施。其方法是利用原勘察孔或 重新打110 mm的钻孔，计算药量后，根据溶洞的层位情况分层装入水胶炸药，采用非电 塑料导爆管进行一次性起爆。经松动爆破后效果非常好。如某1000 mm孔孔深18.6 mm， 地表下8 m即为微风化灰岩，3层溶洞，每层岩石平均厚1.5 m。若正常钻进，时效1001 5 0 mm/h，67天才能完成一个孔，经水下松动爆破后，时效达800 mm/h，23天便可完成一 个孔。3.3持力层的判别业主为节约投资，对由5根桩组成的一组承台仅勘探1个孔，这样仅靠工勘资料无法判别桩端 是 否全断面进入持力层，桩端以下3.5 倍桩径范围内，有无溶洞存在。针对这种情况，施工 中 采取如下措施：桩位上有勘探孔的，依据勘察资料并实测井深来确定是否进入持力层，对桩 位上无勘探孔的，采用牙轮钻头正常钻进，当钻入基岩并满足设计要求的持力层厚度后，换 用110 mm的硬质合金钻头钻进至3.5倍桩径范围内，判别下卧层的厚度能否满足要求。 这样做，对工程质量的保证是必要的，但同时，也延长了工期，给施工带来极大的不便。3.4沉渣控制孔底排渣的多少，主要取决于泥浆的性能。本工程为端承桩，要求终孔孔底沉渣5 cm，在 穿 越素填土层及溶洞时，泥浆密度控制在1.5 kg/L左右，虽然泥浆密度太大不利于排渣，但 有利于 孔壁的稳定。在终孔灌注前，要不断循环、排渣，用测锤测量达到要求后，才能灌注。应该注意，若灌注工作没准备好，切不可稀释泥浆；当泥浆稀释完毕后应马上灌 注。4施工难点通过本工程，笔者总结出在沿海灰岩地层施工时的难点主要有：(1)回填层的塌、漏、扩径问题；(2)石牙、溶沟、溶槽层的卡钻、憋车、偏斜问题；(3)溶洞层的夹钻、导正问题；(4)全断面嵌岩(持力层)的确定问题。5质量检测结果工程竣工后，建设单位委托大连理工大学振动与强度测试中心对桩基进行了小应变检测， 共测桩71根。其中1000 mm桩37根，600 mm桩34根，占总桩数的18.7%，检测结果，桩 身结 构完整性、桩端嵌岩、桩身砼强度、单桩承载力全部合格。6施工体会(1)造好泥浆，用好泥浆是关键。根据不同层位需要，要灵活掌握泥浆的密度、粘度。(2)钻头选用得当。组合牙轮钻头钻进行之有效，虽然一次性投入大，但综合效益最佳。(3)SPC-300H型钻机的工作效率远大于GPS-15型钻机，所以，GPS-15型钻机的自制加压装置 有待改进。(4)引进爆破工艺，取得良好效果，以后应以借鉴。