粉质砂性土地质情况下的钻孔桩施工

粉质砂性土地质情况下的钻孔桩施工粉质砂性土地质情况下的钻孔桩施工 江苏润扬交通工程集团有限公司 王伟 徐斌 摘摘 要要 本文针对大丰港南港路海堤复河桥工程粉质砂性土地质情况下钻孔桩施工 如何防止塌孔 缩颈 卡钻等现象的发生 以及出现以上情况后的处理措 施 关键词关键词 粉质砂性土 钻孔桩 防止 塌孔 缩颈 卡钻 处理 措施 大丰港南港路海堤复河桥工程地质为淤积海砂 经长期积压后稍有密实性 属粉质 砂性土 遇水极易液化 且桩长一般在 42m 71m 之间 这种地质情况进行超长钻孔桩施 工 孔壁极易坍塌和缩颈 在钻孔桩开始施工前 我们技术人员和机组人员一起根据以 往的施工经验 结合当地的地质情况 研究针对粉质砂性土的钻孔桩施工方案 讨论可 能出现问题的预防和处理措施 方案形成并经监理和业主批准后 挑一台机组人员熟悉 当地特殊地质情况的钻机进行钻孔桩首件施工 试桩 按照既定的施工方案进行施工 试桩很顺利 从试桩的情况看 原定的施工方案是可行的 但如果机组人员不严格按施 工方案进行操作 或稍不认真就会造成塌孔 缩颈 卡钻 断钻杆 掉钻头和掉导管的 现象 在前期钻孔桩施工过程中 以上各种情况都遇到过 但都及时采取了有效措施进 行处理 未造成质量问题或隐患 下面就施工中需注意的几个问题和出现塌孔 缩颈 卡钻 断钻杆 掉钻头和掉导管后的处理方法 一 粉质砂性土地质情况下钻孔桩施工应注意的几个问题 一 粉质砂性土地质情况下钻孔桩施工应注意的几个问题 1 1 护筒埋设 护筒埋设 采取有效措施埋设护筒防止孔口坍塌是防止塌孔的最重要一步 现采取的措施是先 开挖护筒基坑 直径较护筒大 60cm 护筒底周围先采用稻草填塞 然后用粘土和袋装 粘土 或水泥土 填筑夯实至护筒顶 钻机开始钻进时 速度应适当控制 在护筒刃脚处 应低档慢速钻进 使刃脚处有 牢固的护壁 钻至刃脚下 1m 后可按土质以正常速度钻进 升降钻头时必须平稳 钻头提出井口时 应防止碰撞护筒 孔壁和钩挂护筒底部 采用这种方法处理的护筒 在钻孔桩全过程施工中基本没有出现孔口坍塌的现象 2 2 泥浆质量 泥浆质量 采用符合规范要求的粘土制备泥浆 制备泥浆时 先将粘土浸透 采用人工拌制放 入制浆池中 然后用高压水流冲洗制浆 在钻孔过程中可以直接将粘土投入孔中进行制 浆 泥浆的各种性能指标要求如下 泥浆比重 1 2 1 45 粘度 19 28 Pas 含砂率 8 4 胶体率 96 失水率 15 ml 30min 泥皮厚 2 mm 30min 静切力 3 5 Pa 酸碱度 PH 8 10 其中 泥浆比重和胶体率为两大主要控制指标 胶体率 在钻孔桩施工全过程中 胶体率应保持在 95 以上 否则钻孔清孔时钻渣不易浮出 下钢筋笼时 泥浆中悬浮的砂粒在短时间内会沉积至孔底 增加沉渣厚度 泥浆比重 在施工过程中泥浆比重过小 会因泥浆护壁不够而造成塌孔 且钻渣不易浮出 泥 浆比重过大会造成护壁泥皮过厚 降低了钻孔桩的桩侧摩阻力 从而降低了桩的承载力 给工程质量造成极大隐患 在粉质砂性土地质情况下 钻孔过程中泥浆比重控制在 1 25 1 35 之间 清孔后灌 注砼前泥浆比重控制在 1 15 1 2 之间 则孔壁不至于坍塌 钻孔施工产生的钻渣 粉 砂或细砂 也能随泥浆浮出 也不会造成过厚的泥皮而降低自身的承载力 在砼灌注过 程中随着砼的上升 泥皮会被砼上升产生的强大摩阻力带至孔口 但在钻孔施工过程中 一定要保持适当的泥浆比重 钻孔作业时现场人员要经常检查钻孔泥浆比重 不符合要 求时 随时对泥浆比重进行调整 同时应经常注意土层变化 在土层变化处捞取渣样 判明土层 然后根据土层情况调整泥浆比重 钻孔完成后不停钻 不进尺 继续循环换 浆清渣直至达到规范要求 换浆法清孔完毕后 孔口和孔中部以及孔底提出的泥浆的平 均值应符合质量标准要求 3 3 扫孔 扫孔 我们发现 在实际的钻孔过程中 所有钻孔桩在钻孔完毕或钻孔过程中 地面以下 20 30m 处亚粘土和亚砂土层会出现缩颈现象 在钻孔完毕或钻孔过程中需加大钻头直径 直径加大到 1 53m 进行 1 2 次自上而下的扫孔 自孔口向孔底中速扫孔 扫孔时钻 头转速和进尺都不宜过快 否则容易因过大的扭矩而折断钻杆 扫孔完毕后将钻头上提 15 20cm 直接用钻头进行清孔 清孔完毕后迅速下钢筋笼 并用导管进行二次清孔 最后灌注水下砼 4 4 沉淀控制 沉淀控制 在扫孔后和灌注砼前 要探测孔底沉淀层厚度 如果不符合设计要求 则应使用泥 浆泵正循环再次清孔 但应随时注意孔壁的稳定 防止塌孔 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 规定桩长 40m 或土质较差的摩擦桩 孔底沉淀厚度 50cm 本工程以 从钻头锥底起算的沉淀厚度 50cm 进行控制 如图 1 所示 如果以钻头锥顶起算 则 无法保证桩底质量 50cm 图 1 5 5 扩孔率的控制 扩孔率的控制 在粉质砂性土地质情况下钻孔桩的扩孔率要控制在 1 04 1 08 之间 如扩孔率过大 在钻孔桩多的情况下 将极大地增加了施工生产成本 如扩孔率过小 将会隐含局部缩 颈的可能 给施工造成质量隐患 调整钻头直径 保证扩孔率 一般在钻孔桩施工时都存在一定的扩孔率 设计孔径 1 5m 钻孔桩 在粘土或其 它不易缩孔的地层施工时其钻头直径一般 1 45m 左右 其成孔直径即可达 1 52m 1 53m 在钻孔桩开工初期 大部分机组采用平常的习惯做法 钻头直径采用 1 45m 成 孔后放验孔器时 发现在孔口下 20 35m 间发生缩颈现象 孔径仅达到 1 45m 1 49m 验孔器无法正常下放至孔底 于是将钻头直径加大至 1 49m 1 53m 从孔 口向下扫孔 直到验孔器能顺利自由下放至孔底 才能下钢筋笼 部分钻孔桩在成孔后 钻头无法提出孔口 只有采取反扫孔措施 从孔底向上扫孔 将钻头提出孔口后 再将 钻头直径加大 从孔口向下扫孔 目前大部分钻头直径调整至 1 53m 才能保证成孔 并首次清孔后能顺利下钢筋笼 且到砼灌注时不至于扩孔率降至 1 0 以下 扩孔率 1 0 以下的钻孔桩隐患为严重缩颈 缩短成孔至砼灌注前的时间 保证扩孔率 粉质砂性土地层桩成孔后极易缩颈 随着时间的推移 局部可能会发生严重缩颈的 现象 其扩孔率将降至 1 0 以下 因此 在成孔后必须尽快报监理工程师检验 迅速进 行首次清孔 下钢筋笼 下导管二次清孔 并尽快灌注砼 在下钢筋笼前发生较大的缩 颈现象 要重新扫孔 清孔 如在下钢筋笼后发生较大的缩颈 必须将钢筋笼提出后再 进行扫孔 清孔和下钢筋笼 如此将造成较大的生产成本 且对孔本身的安全极为不利 以下为钻头直径和成孔后时间与扩孔率的对照表 以 1 5m 钻孔桩为例 成孔后 小时 备 注 成 孔 时 间 扩 孔 率 钻 头 直 径 13681218243648 1 45m 1 031 021 010 99 1 47m 1 051 041 031 021 000 97 1 49m 1 091 081 071 061 041 010 96 1 53m 1 121 111 101 091 071 041 010 96 一般成孔后至砼灌注前的时间宜控制为 7 小时 含一次扫孔 每增加一次扫孔过程 将增加 2 5 小时 因此采用 1 53m 钻头进行钻孔 具备砼灌注条件后 6 8 小时内必 须安排砼灌注 否则会产生较大的局部或大范围的缩颈现象 6 6 导管的安全措施 导管的安全措施 鉴于前期部分钻机机组人员思想上麻痹大意 不认真按操作规程进行钻孔桩施工 在钻孔桩水下砼灌注过程中对导管没有采取足够的安全保护措施 造成导管丝扣松脱 导管掉入孔中 由于导管上又没有打捞装置 给打捞工作造成很大的困难 也给钻孔桩 施工造成了极大的质量隐患 更不利于今后顺利地展开钻孔桩施工 因此要求各钻孔桩 施工单位在水下砼灌注过程中必须采取安全措施 具体要求如下 进行钻孔桩施工的钻机 必须在导管上焊接打捞装置 每隔 8 10m 一个断面 每 断面 3 4 片 焊接方式可参考下图 350 35 25 4025 40 350 55 6055 60 坡口钢板 穿钢丝绳 15 20 单位 mm 安全绳环示意图 打捞装置示意图 进行孔深大于 60m 的钻孔桩施工 在进行水下砼灌注时除设打捞装置外 还必须 在导管的底节和中节两处设安全绳 底节设在钢筋笼底口以下位置 安全绳另一端固 定于钻机上 以防导管在水下砼灌注时脱落 建议孔深小于 60m 的也设安全绳 要求所有钻机机组人员在钻孔桩施工全过程中 必须严格按操作规程进行施工 认真细致的完成每一项操作 特别是装拆导管 二 钻孔桩施工过程中出现问题后的处理措施 二 钻孔桩施工过程中出现问题后的处理措施 在前期钻孔桩施工过程中 出现过因护筒没有按要求埋设 在钻孔过程中孔口坍塌 的 有在扫孔过程中因速度过快而卡钻 断钻杆和掉钻头的 各种情况都遇到过 都采 取有效措施进行了处理 未造成质量问题或隐患 因扫孔时钻杆承受的扭矩最大 其中 数在扫孔过程中因速度过快而卡钻 断钻杆和掉钻头的处理方法最具代表性 1 1 卡钻的处理 卡钻的处理 在钻孔桩施工过程中 其中 1 根桩 直径 1 5m 桩长 71m 在钻孔完毕扫孔至孔底 时 钻头被卡住 钻杆从孔口下 15m 处被扭断 此时技术人员和机组人员一起研究对策 认为要先打捞掉入孔中的钻杆和钻头 但钻头被卡住 又找不到钻杆 且此时钻杆无法 承力 后来有人提出将钻杆用炸药炸断 打捞出钻杆后直接浇筑水下砼 有的人又担心 孔被炸塌 但大部分人认为此法可行 可以试一试 决定下来后 先用较细的钢管找到 被扭断的钻杆上口 用夹具稳住钻杆并测量好孔深后 将防水炸药 计算好药量 放入 钻杆中靠近钻头的位置 作好必要的地面安全措施后引爆炸药 一声闷响 孔口水花冒 过后 没有出现塌孔的现象 接着提出被炸断的钻杆 重新接钻杆下钻扫孔 清孔 直 至孔底钻头处 然后下钢筋笼 二次清孔 浇筑水下砼 此孔处理完毕 如图 2 所示 另外一根桩 直径 1 5m 桩长 66m 在钻孔完毕扫孔至 35m 时 笼式钻头被卡住 通过钻机自身的力量上提下钻都不行 接着用吊车起吊和用挖掘机下压都没有成功 后 经研究决定采用罩形空心钻头 直径 1 52m 配大口径钻杆套在原小口径钻杆上 放入 孔中扩孔下钻 钻进至 15m 时大口径杆因不能承受过大的扭矩而从孔口下 5m 处断开 罩形空心钻头带部分大口径钻杆一起掉入孔中 于是决定采用炸药炸断钻杆的方法处理 本孔钻杆完整未断 直接将防水炸药 计算好药量 放入钻杆中靠近钻头的位置 作好 必要的地面安全措施后引爆炸药 提出被炸断的钻杆 打捞掉入孔中的罩形空心钻头和 口径钻杆 重新加大罩形空心钻头采用钻孔用钻杆下钻扫孔 将被卡住的笼式钻头周围 的孔壁扩大 使笼式钻头掉入孔底 然后提罩形空心钻头 打捞笼式钻头后 继续下笼 式钻头钻孔 清孔 然后下钢筋笼 二次清孔 浇筑水下砼 如图 3 所示 50 炸药 引线 钻杆 内14 8 外16 8 钻杆 内18 8 外20 8 单位 cm单位 cm 护筒 炸 药 钻杆 罩形空 心钻头 被卡住 的钻头 160cm 钻头 炸药安放位置示意图 图2 罩形空心钻头示意图 图3 2 2 砼灌注过程中堵管的处理 砼灌注过程中堵管的处理 施工时 1 根直径 1 5m 钻孔桩在砼灌注至第二车时 料斗下 1 3m 处导管因滑丝脱扣 导管落入孔中 无法继续进行灌注 在征得监理工程师同意的情况下 迅速拆除导管 将直径 80cm 小钻头下放至砼中向下钻进 将孔底 6m3砼捣碎 并投入粘土和纯碱 加大 泥浆比重和胶体率 因孔中未凝固的砼被捣碎后 水泥浆进入泥浆 使泥浆比重进一步 加大 钻头至孔底后继续转动钻头不进尺 将捣碎后的部分碎石摩碎 同时将部分碎石 挤入周围孔壁中 因泥浆比重较大 进行扫孔和清孔时 孔内砼中的砂和部分碎石被清 出孔外 在征得监理工程师同意的情况下继续下钢筋笼 二次清孔 灌注砼 至此处理 完毕 该桩经质量检测为 类桩 3 3 塌孔的处理 塌孔的处理 钻孔桩施工时 因护筒没有按照技术交底的要求进行埋设以及清孔时未保持泥浆的 胶体率 而产生孔口坍塌 经技术人员和监理工程师现场研究决定迅速采用粘土直接回 填至孔口 并在孔口堆载粘土预压 直至沉降稳定后才可重新上钻机钻孔 三 结