岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术

第 1 页 岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术 一 开孔顺序的三项基本原则 岩溶地段 溶洞发育 沟槽众多 纵横交错 大小不一 断面奇异 不但一墩 之内孔间相连 且墩与墩之间相通亦是司空见惯 犹如人们描述桂林山水那样 无 山不洞 无洞不奇 洞洞皆通 七星岩内 宝藏繁多 形状各异 卢笛岩最大 可容纳一万余人 柳州的都乐岩洞内还有通天竖洞 故大小溶洞内的形状 皆可与 其伦比 虽极具观赏价值 但在这等地段进行钻孔桩施工作业 欲想顺利或比较顺 利地完成时 却要颇费一番心思 因此 需在对开墩 开孔顺序上要十分考究 万不可照在常规地层上那样按部 就班 冒然开孔 以免后患无穷 难以收拾 一般可按以下三个原则进行周密安排 1 由深到浅 2 由多到少 3 由大到小 以此有利于及时封闭溶洞 隔断通道 留住泥浆 护牢孔壁 及时浮渣 进尺顺利 这便需要在详细分析地质资料的基础 上 认真地运筹帷幄 多方比较 慎重选择 做出最后的决定后 方可付诸实施 二 对主要机具设备和材料的技术要求及工艺要点 1 冲击钻头的构造 在岩溶地段进行钻孔桩成孔时 大都使用冲击钻施工 在冲击钻成孔过程中 尽 管时常发生这样或那样的故障 但最大的故障应属打烂钻头 因此 钻头的设计合 理与否是成败的关键 所以应该根据地层的状况 岩石的强度和孔径 正确取用各 个参数对钻头进行精心的设计 其冲击钻钻头的构造 由中柱 翼板 刃脚 刃爪 及吊点等五大部分组成 其次还有导向 刃锥 打捞绳孔 钨金套护窗或转向器等 部分 见图 1 以上部分重量的代数和 组成了钻头的重量 重量大时 进尺效果要好 但过 重会无味地加大卷扬机的起重吨位 故应根据孔径及岩层的强度合理计算而得 公 式为 G K1 D2 4 式中 G 钻头重量 D 钻孔桩设计孔径 岩层中的最高强度 K1 系数 中柱 位于钻头的中心 与翼板连为一体 吊点 设在其顶部 底端为刃锥 断面形状有圆形 方 形 五边形及六边形 尺寸由钻头的重量和翼板 的分配厚度而定 高度 H 代表了钻头的全高 太 高时重心偏上容易失稳 一旦突然倾斜 顶部碰 至坚硬孔壁时 极易断颈 太低时则易造成斜孔 或弯孔 计算公式为 H K2D 式中 D 钻孔桩设计孔径 第 2 页 K2 系数 翼板 翼板是冲击钻成孔的主要部位 翼板的片数根据孔径的大小及地层的构造 强度而定 一般由四片 俗称 十 字钻头 五片及六片组成 与中柱连为一体 底端为刃脚 外侧下部为导向 导向下端为刃爪 翼板的厚度有等厚与不等厚两种 一般情况下 厚度 B 值越大 钻头越牢 但也相应地加大了钻头的重量 计算公式 为 B K3D 式中 D 钻孔桩设计孔径 K3 系数 翼板的片数多时 其覆盖面较广 但在重量 G 已确定时 增加其数量必相应地 减小了厚度 B 值 反而不牢 因此 在倾斜严重 坚硬的地层及岩溶地区钻进时 应尽量采用四爪 即 十 字钻头 刃脚 在翼板和中柱的底端连为一体 尖角通常为 90 但根据地层的软弱程度可 适当地扩大或减小 即在坚硬岩层中可小于 90 刃爪 布于翼板外侧底端 与刃脚垂直 为水平 圆周 导向 是保证孔壁圆顺和 平整的一个部位 其长度 L 值大时效果较好 但过长容易断爪 计算公式为 L K4D 式中 D 钻孔桩设计孔径 K4 系数 吊点 设于中柱的顶部 由小窗和主绳孔组成 其尺寸根据钨金套的大小和钢丝绳 及转向器的直径而定 钨金套的设计 见图 2 外 K7 s 内上 K8 s 内下 K9 s h K10 外 式中 s 主钢丝绳直径 h 钨金套的高度 铁护窗的设计 用钨金套系钻头时 其小窗两侧应设铁护窗 以防钨金套频繁反复出进 容易导致主绳根部 因疲劳而过早地大量断丝 护窗可用 50 角铁 与 M16 螺杆组成 见图 3 卡环接转向器时 其主绳寿命较用钨 图 1 十 字钻头 第 3 页 金 套时间要长 导向 h2 即翼板外侧的直线段 与刃爪垂直 为竖导 向 是保证成孔顺直的部位 它能使钻头在冲击过程中突然遇到不平的坚硬岩层时 不至于顺势倾倒而造成斜孔 卡钻 或断颈等故障 因此 该段越高越好 但同时 也加大了钻头的重量或因此减小了翼板的厚度 计算公式为 h2 K5 h1 h3 式中 h1 翼板高度 h2 导向高度 h3 刃锥高度 K5 遇岩溶地段 取最大值 刃锥 h3 即翼板的底边延长至钻头中心与地平面 的夹角 通常用高差 h3表示 根据地层情况和 岩石强度计算公式为 h3 K6D 式中 h3 刃锥高度 D 钻孔桩设计孔径 K6 遇岩溶地段 取最大值 打捞绳孔 为横向环穿打捞绳而预留的小孔 留于翼板的上部 孔位在平面位置上但 靠外时 其打捞绳环径较大 打捞时便于钩住 但在起吊 时钻头会严重倾斜而卡壁 且太靠翼板边缘时容易震裂 故打捞绳孔不宜太靠外侧 2 钢丝绳及与钻头的系法 质量要求 吊钻头用的钢丝绳必须选用软性 优质 无死弯和无断丝者方可使用 搭接要点 主绳与钻头的钢丝绳搭接时 两根绳径应相同 捻扭方向必须一致 使用的 夹头除要求与其钢丝绳配套外 所用的数量 间距 方向及松紧程度等必须符合要 求 同时特别注意要留观察卡子 以及时间差接头是否松动 与钻头的系法 钨金套法 浇注钨金套时除应将钢丝绳 100 的钢丝伸入钨金套内 清 洗干净后错开弯勾充满钨金套的内孔外 还应特别注意主绳出头处必须与钨金套的 顶面垂直 否则钢丝绳只有一半的股数受力 大大缩短了使用时间 当钻头吊起时 钢丝绳在钨金套出头处不圆便属此弊 用卡环节转向器法 该法较钨金套法对钢丝绳的损失要轻 图 2 钨金套 图 3 铁护窗 第 4 页 安全系数 K 12 3 钻架 钻架的形式繁多 制作钻架的型钢规格也各有不同 但无论使用何种钻架 其前端应远离护筒口 以防止将孔口压垮 4 卷扬机 除吨位应略有富余外 还要根据所需钢丝绳直径和长度考虑其滚筒的容绳量 当卷扬机的起重能力不足但能略超过 1 2 钻头重量时 可穿走 2 滑车 尽量利用卷 扬机在钻架的后端压重 5 钢护筒 筒壁厚度 护筒应有一定的刚度 筒壁厚度可根据钻孔桩孔径及护筒埋设方法计算 确定 t D 150 式中 t 护筒厚度 D 护筒直径 用桩锤打入时 护筒的临界轴向压力 P EI r3 局部屈曲稳定的径向临界压力 Pcr 3EI r3 式中 r 护筒内半径 护筒的内径应比桩径大 30 40cm 当为深水护筒时 应计算当倾斜率达 1 时 其底部应保证桩位 护筒的高度宜高出施工水位或地下水位 2 0m 并高出施工地面 0 5m 同 时还应满足孔内泥浆面高度的要求 护筒的埋置深度 在岸滩上 粘性土 粉土不小于 1m 砂类土不小于 2m 当表 面土层从松软时 宜将护筒埋入较坚硬密实的土层中至少 0 5m 水中筑岛 护筒埋入河床以下 1 0m 左右 在水中平台上设置护筒 可 根据施工最高水位 流速 冲刷及地质条件等因素确定 必要时打入不透水层 护筒的埋置方法 在岸滩上埋设护筒 应在护筒四周填粘土 并分层夯实 可用锤击 加压 振动等方法下沉护筒 在水中平台上下沉护筒 应有足够高度的导向及纠偏设备 其导向设 备的高度应不小于平台顶至河床高度的 1 3 方可控制护筒的位置 护筒允许偏差 顶面位置为 5cm 倾斜度为 1 但长护筒应根据倾斜度 计算底口不得超出桩位 否则应加大护筒直径 6 泥浆 黄泥一定要用优质粘土方能对护壁及悬浮钻渣起到良好效果 泥浆有多项 指标 规范 中皆有明确规定 其中应特别注意 比重 粘度 含砂率 胶体率 四项主要指标 贪贱图近用劣质黄泥时反而得不偿失 应深刻地认识到 维持泥浆 指标符合要求是钻孔桩的生命线 这一精辟论述 第 5 页 三 溶洞的区分 1 根据准确的地质柱状图 2 听声音 3 孔内水位突然下降 4 与其相同的孔内水位相平 5 当击穿面超过中心时钻头突然倾斜 6 用高冲程突然击穿溶洞顶时 会卡住钻头 能降不能升 7 泥浆流失 投泥无效 8 较大的溶洞所投片石亦会流失 9 严重时地面塌方 四 溶岩地区冲击钻孔的几项措施 1 片石挤压法 根据溶洞的大小 备足成孔用水 粘土 片石等必备材料 确保意外情 况出现时不致发生停工停料及其他严重事故 溶岩地区的基岩面及各层溶洞的顶板和底板高低不平 相差悬殊 犬牙 交错 洞内又被填充的 也有空的 溶岩内冲孔关键是要解决多次斜面开口和 溶洞内造壁成孔的问题 因此必须采取相应的措施 根据地质柱状图或冲击声判断 当钻进接近顶板 0 3 0 5m 时 冲程 应控制在 1m 以内 以免骤然砸穿卡钻 对于空洞或为填满的溶洞 在击穿洞顶前 应该设专人密切注意护筒 内泥浆面的变化 一旦泥面下降 应迅速补水 然后根据溶洞的大小 按 1 1 的比例回填粘土和片石 在进行冲砸堵漏的同时 也形成孔壁 片石的大 小 一般情况下为 10 15cm 但遇到大洞时 由于流失严重达不到效果时 可 改为大片石挤压成壁 只有当泥浆漏失现象全部消失后方可转入正常钻进 如 此反复使钻孔顺利穿过溶洞 钻头在冲击不平的岩面时 总有一侧向软边 低边倾斜 滑动的趋势 如不及时观察纠偏 极易造成斜孔 弯孔 卡钻等事故 纠偏的方法一般认为 分层抛投片石加粘土 用小冲程冲砸密实并平底后 再正常钻进 回填片石 粘土的高度 a 溶洞一次超顶 1m b 平底纠偏 超过较 高侧 50cm 2 水下砼围圈法 如片石加粘土屡次塌孔不能造壁或不能在斜岩面上开孔 可先浇注 C20 水 下 砼 其强度达 70 时施钻 可保一次成功 3 护筒跟进法 对于大型溶洞 未充填的溶洞或久治不愈的孔 壁 为防止孔壁坍塌 采用套 筒 小护筒 跟进的方法来隔离松软底层 跟进时 注意以下几点 刃脚的构造 刃脚由与钢护筒等厚度的钢板 焊于护筒底部 高度为 0 6 1 0 倍的钢护筒直径 冲击钻其内准备再下套筒时 需焊于护筒外部 旋 转钻机或挖孔桩 由于导向的需要焊于内部 相互 焊于外部焊于内部 第 6 页 错位的尺寸 刃脚上下将三角焊缝填满 护筒内径 根据其扩孔率尽量做大 至少比钻头大 5cm 已备有再下套 筒的余地 下沉时要注意纠斜 以防擦碰钻头 遇探头时不能强打 以免刃脚卷口 用钻头冲击后再打 4 注浆法 注浆施工的目的是对岩溶地层进行加固和堵漏桩位处满足钻孔桩施 工条件 注浆施工的部位是桩的四周一定范围内具有漏将裂隙或漏浆溶洞的底 层 机具材料的准备 根据地质情况选择合适的工程地质钻机 施工注浆孔 每根桩补充 1 4 个地质钻探孔 并补充详勘地质资料 选择注浆机及相应的注浆设备 注浆机的注浆压力一般在 0 2 0 7Mpa 之间 注浆物质 一般采用强度较低的粘土水泥浆或强度较高的纯水泥浆 比较而言前者分散度和亲水性较好 且稳定性大大提高 另外还可以采用灌注 效果更好的丙凝浆液等化学浆液 但要考虑施工效果及经济比较 注浆物质的 配比由试验确定 他常用设备 注浆施工 注浆孔的布设 注浆孔一般布置在钻孔桩中心及状侧四周一定范围 内 当钻探发现较复杂的地质状况或异常时 还需补充钻孔 确定注浆控制指标 根据地质情况或施工经验进行设计计算初步确 定注浆量和注浆压力等控制标准 地质钻孔 一般采用泥浆循环钻进 先在孔位上打入钢护筒作为引孔 并保持一定的泥浆水头压力 以预防塌孔 如果在地质松散的砂砾石层 一般 采用套筒护壁 注水钻孔 钻进过程中一旦发现孔口水头迅速下降时 则说明 钻至漏水的岩溶地层 需要进行注浆处理 钻孔顺序 一般按先深溶洞后浅溶洞 并按每根钻孔桩中心位置先外围后 内侧的顺序进行 以利用靠内侧的孔检验外围孔位的堵漏效果 钻孔过程中 须详细做好勘探记录及检测相邻孔的注浆效果 注浆施工 一般步骤 钻孔并观察孔口泥浆 发现漏浆地层 清洗钻屑及孔壁的 松软料 进行压水试验以获得相关地层的渗透性等资料 注浆 注浆施工一般采用自上而下孔口封闭分段或自上而下栓塞分段注浆 法 而不采用自下而上的注浆方法 自上而下孔口封闭分段注浆法 即当钻至 漏浆地层 封闭注浆在钻探孔的孔口进行注浆 当浆液终凝后继续向下钻进 再次发现漏浆的地层则重复第一次注浆的步骤 直至终孔才完成该孔注浆 这 种方法的优点是注浆时需封闭孔口 操作方便 节省时间 且渗漏地点能够自 行复灌 缺点是孔口封闭常不够严密 造成漏浆或缺压 自上而下栓塞分段注浆方法所不同的是孔内栓塞封堵代替直接封闭孔口 这样堵塞更严密 并且能够取得比较准确的压水资料 使用何种方法一般需要 达到的效果进行选择 第 7 页 注浆结束前 用最大灌浆压力闭浆 30min 左右 冷冻法 黑龙江路桥在湖口 铁四局在宝成都有应用 混合法 根据溶洞大小和溶岩的具体条件 可将上述方法混合使用 我的原则是 先简后繁 先土后洋 先贱后贵 但试验时间不能太长 发现失 误 马上变招 五 钻孔过程中常见故障的预防及处理 1 塌孔 原因 泥浆相对密度不够及泥浆指标性能不符合要求 未起到护壁的作用 未及时补浆 水 河水 湖水 地下水上涨 或钻孔通过强透水层 孔内水流失过多 水头高度不够 护筒埋设太浅 下端孔口漏水 坍塌 孔口附近受水浸湿泡软 或钻 机直接接触在护筒上 由于振动使孔口坍塌 扩展成较大的塌孔 在松散砂层中 钻进速度太快 吊入钢筋笼时碰撞孔壁 遇溶洞漏浆补充不及时 预防和处理方法 松散层中应控制进尺速度 选用相对密度 粘度 胶体率较大的泥浆 或高质量泥浆 埋护筒时要预计到水位上涨 突然出现要接高护筒 发现孔口坍塌时 可立即拆除护筒 回填重埋重钻 发现孔内坍塌时 判明坍塌位置 回填 粘土或粘土 片石 1 1 失 败时打水下砼圈 则万无一失 吊钢筋笼要小心钩挂孔壁 2 斜孔及弯孔 观察大绳不缝中 多为弯孔 钻进途中遇有较大的孤石或探头石 岩面不平 在砾径大小悬殊的砂卵石中钻进 钻头受力不均 钻头不对称 吊起后测量底部高差 钻机底未安置水平或产生不均匀沉降和位移 3 扩孔 缩孔和偏孔 扩孔比较多见 一般表现为局部孔径过大 在地下水流动状态 土质松散地 层处或钻头摆动过大时容易出现扩孔 扩孔发生的原因与塌孔相同 轻则为扩 孔 重则为塌孔 若孔内局部发生坍塌而扩孔 仍能钻到设计深度时则不必处 理 否则按塌孔处理 缩孔即孔径超长缩小造成卡钻 钢筋笼下不去 缩孔主要是 由于地层中有软塑土 俗称橡皮土 遇水膨胀后使孔径缩小 下钢筋笼后塌孔 致使桩身砼断面不够 防治办法加套子 防治办法 要使用优质泥浆护壁 用钻头扫孔 偏孔 钻头对位不准 4 卡钻 卡钻发生在钻头卡死孔中提不起来 第 8 页 原因 未及时补焊更换钻头 高冲程冲下 极易卡钻 规范 规定磨耗 15mm 我以往一般 10mm 即换 要有足够的备用钻头 下孔前要丈量并记录半 径 钻头被 十 字槽狭窄部位卡住 伸入孔内的探头石未被打碎 卡住钻头顶或底部 孔口掉下石块或其他物件 卡住钻头 在粘土层冲程太高 泥浆太稠吸住钻头 钻头松绳太多 钻头倾倒顶住孔壁 处理方法 首先弄清情况 针对卡钻原因进行分析处理 待钻头有松动时 方可用 力上拔 不可盲动 以免造成越卡越紧 为梅花卡钻时 若钻头有向下活动余地 可是钻头向下活动至孔径 较大的地方提起钻头 也可松一下大绳 使钻头转一个角度 有可能提 起钻头 用上下顶撞的办法轻打卡点的石头 有时使钻头上下活动一下 也 能脱离卡点或使石头落下 用较粗的钢丝绳带打捞钩 或左右试探 或同时提出 吸射卡点 使之松动 用特制提板式钻头左右搅动而松动 水下爆破松动钻头 1kg 防水炸药 在打捞过程中 要继续泥浆循环 防止塌孔埋钻 5 埋钻 由于塌孔将钻头埋起卡钻 用上述诸多办法均可提起 6 梅花孔 十 字槽 原因 仅在冲击钻时方能产生 十 字槽 钻头顶转向失灵 致使冲击钻头不能转动 总在一个方向上下冲击 应 认真检查其灵活性 泥浆相对密度和粘度过高 无进度时便盲目投泥 冲击转动阻力过大 钻头转动困难 冲程太小 钻头转动不充分或转动很小 更换不了冲击位置 低冲程时 应经常变换冲程 钻架移动 护筒太斜钻头只滑不转 证明方法 无声音无进度 钻头上年有生泥块状 刃脚两侧磨损严重 处理方法 回填片石 卵石 粘土然后重钻 空打 每次无声音时加 5cm 粘土 注意观察 此法高效 7 掉钻 原因及处理方法 钨金套处钢丝绳断丝过多未检查 处理办法 a 钨金套处设护窗 b 每 班冲净检查 钢丝绳受挤压断丝太多 超负荷 处理办法 做栏绳器 第 9 页 接头卡子松动 处理办法 经常检查卡子 钨金套浇注质量 a 钢丝未洗净 b 绳与钨金套顶不垂直 钻头设计参数不合理 a H 过大时断颈 b 翼板太薄 或冲程过大单独 受力时断翼 故岩层冲击 4 爪最佳 多次打空锤 8 糊钻 在粘土层中冲击成孔时 由于冲程太大 泥浆粘度过高 钻头被粘糊住或被 埋起 预防及处理方法 适量加入砂 卵石 勤取渣 向孔底射水 六 桩基施工过程中在煤矿踩空边的处理 原则上可参照溶洞处理法 首先应探明坑道至地面的厚度及其地质强度 勿将 机械沉落坑内 1 遇探头石 煤矸石 填平再钻 石 粘土 1 1 2 遇坑道可填大片石加粘土造壁 坑道有水可注浆 3 套筒跟进 钻头不要放在护筒顶上 应设法吊住 七 桩基施工中沉渣厚度的控制 桩基沉降观测技术 1 分次投泥 勤投泥 少投泥 每次投泥 0 3m 桩径体积 2 准确把握每次投泥的时间 其目的在于使泥浆能及时的浮起钻渣 使钻头能 经常地冲击岩层 凭听冲击声 声钝时则前次泥浆已经饱和 应及时投泥 3 每钻进 1 2 1 5m 时取渣一次 4 填充水下砼前孔底沉渣超标处理 1 换浆清孔 2 导管吸泥机补水清孔 可不拆导管再装吸泥机 3 下次提高泥浆指标 其四项主要指标 比重 粘度 含砂率 胶体率 一 定要好 胶体率高的泥浆 可防止较长的时间不沉淀 不要贪贱 图近 得不偿失 5 沉降观测 1 单根桩可接钢筋或型钢作沉降观测点 2 整体可与承台或墩身侧作沉降观测点 3 采用高科技手段进行沉降观测 第 10 页 大断面高墩柱无拉杆模板的设计与施工控制大断面高墩柱无拉杆模板的设计与施工控制 武广公司要求 20m 以下实体桥墩无拉杆一次浇注 此为提高砼外观质量而定 表面光洁 色泽一致 线条流畅 棱角分明 一 模板的设计 1 模板本身刚度能抵抗砼侧压力 即立柱 横带与模板成为一体 可满足受力 要求 月亮岛 30m 2 活动立柱和横带 立柱可用钢轨 工钢 槽钢等型钢临时安装 横带可用 2 2I 军用梁 拆装梁 贝雷梁等既有桁架两端用拉杆拉紧 这样模板可做得轻 巧些 3 抽动模板仅作 1 2 1 5m 高即可 但仅限于圆角墩 4 仅作一节边打边拆边装恐怕来不及 5 桥台可用打支撑的办法解决 但应注意 支撑一定打在立柱和横带上 不能直 接顶住模板 以免影响模板的表面平整度 二 施工控制 自动减少砼对模板的侧压力 1 减小砼陷度 2 加速凝剂 但要根据浇注进度能保证两层重塑 3 降低浇注速度 第 11 页 墩台大体积砼施工控制 在什么墩台大体积砼施工控制 在什么 情况下应通水降温 管道怎么布置 情况下应通水降温 管道怎么布置 一 大体积砼的定义 1 日本建筑学会标准 JASS5 的定义是 结构断面最小尺寸在 80cm 以上 水化热引起砼内部的最高温度与外界气温之差超过 25 的砼 称为大体积砼 2 我国现行国家标准 GB50204 92 砼结构工程施工及验收规范 条文说明第 4 5 3 条 大体积砼在硬化过程中水化热不易散发 施工中如不采取措施 会由于 砼内外温差过大而出现裂缝 因此必须使温差控制在设计要求之内 当设计无要求 时 温差以不超过 25 为宜 是适用于建筑物的基础体积砼 即最小边尺寸在 1 3m 范围内 这温差值与我国 钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程 JGJ3 88 要求相一致 3 GB50164 92 砼质量控制标准 条文说明第 4 6 5 条 大体积砼在硬化 过程中 产生的水化热不易散发 会由于内外温差过大而出现裂缝 因此必须采取 措施 使温差控制在