岩溶地质钻孔桩施工技术

钻孔桩施工中的岩溶处理本文将以铜陵东站无站台柱雨棚工程中桩基础施工为例，详细论述钻孔桩施工中遇到溶洞时，如何应对岩溶处理。一、施工概述。铜陵东站基础采用冲击钻孔灌注桩，钻孔桩直径1.5m。根据岩土工程勘察报告发现有岩溶现象，但岩溶为浅层溶洞为主，水填充，建筑荷载较大，桩基应打入石灰岩层中，桩基打入岩层深度应2m。三叠系中统石灰岩，节理裂隙较发育，溶沟、溶槽、溶洞普遍分布于场地内，溶洞最大揭示高度达23.3m，除少量充填流塑状粘土外，其余均为空洞，溶洞发育以垂向发育为主，属埋藏型岩溶，勘察钻孔见洞率77%，岩溶发育程度强烈发育，地下水埋深浅，活动强烈，大量抽取地下水易引起地面塌陷。场地属可能产生岩溶塌陷的危险区。二、桩基钻进施工方法1、桩位放样先实地测放定出桩中心平面位置，在实地桩位处打入1根木桩，然后在桩顶钉入小钉子，用钉帽标定桩中心平面位置，之后用细线采用“十”字交会法将桩位引出护筒外不小于100cm处的4根护桩上。桩位护桩采用木桩，要求打入地面不小于40cm，木桩顶钉入小钉子，木桩用混凝土包裹加固，护桩连线后要求细线相交于1点，该点即为桩位中心，护桩连线尽量正交，且护桩顶应高出护筒10cm左右。2、护筒埋设护筒采用8mm的钢板卷制加工，内径1.8m，上部开设1个溢浆口。根据现场地质情况护筒的埋设深度不宜小于1.5m。埋设护筒前，先标出护筒的位置和开挖范围，然后由人工开挖至确定的标高，埋入护筒，四周用粘土夯实。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差不大于50mm。平整场地碾压桩位放样护筒埋设钻机就位钻孔泥浆池清孔成孔检孔钢筋笼安装及定位导管安装检测孔底沉渣厚度钢筋笼制作吊装沉渣厚度符合要求沉渣厚度不符合要求二次清孔桩身混凝土灌注商品混凝土拌合运输桩身混凝土检测图1 钻孔灌注桩施工工艺3、泥浆的调制和使用要求钻孔泥浆采用含粘性成分高的黄土、膨润土配制而成，其性能指标应满足下表。表1 泥浆性能指标选择表钻孔方法地层情况泥浆性能指标相对密度粘度(s)含砂率()冲击易坍地层1.201.40192844、钻孔对位钻孔机对位时应将钻头拉起，使其在自重作用下悬垂，然后徐徐下落，不能触地，保证钻头垂直，使其重心轴线在平面上的投影位置与单桩中心偏差不能超过50mm，否则，应重新对位，直至满足要求为准，钻机对位后，钻机的顶端和底座应平稳，保证在钻进过程中钻机不发生位移和沉降。5、对勘探证实无溶洞的钻孔施工此处施工范围内，地质复杂，勘探证实不存在溶洞但是并不能确保钻孔进行中不会遇见溶洞，所以钻孔施工时也要严加小心，随时关注浆面动态。（1）钻孔施工前，应对各项准备工作进行全面细致地检查，同时复核钻机及钻头位置是否正确，开孔位置是否准确，确认合格并经监理工程师审批后方可展开施工。（2）刚开始时应采用小冲程缓慢钻进，待导向部位或钻头全部进入地层后，才能加大冲程加速钻进，钻进时，为保证钻头的竖直，采用减压钻进即钻机的主吊钩始终要承受部分钻具的重力。钻进过程中，应勤松强和适量松强，不得打空锤；勤抽碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松强量应按地质情况、钻头形式、钻头重量决定。（3）作业必须分班连续进行，不能中断，同时必须详细填写钻孔施工记录，每班交接时应向下一班人员交接钻进情况及应注意的事项。（4）现场技术员应经常对钻孔的泥浆进行检测和试验，并做好详细记录，若发现泥浆质量不符合要求时，应随时改正。（5）在钻孔施工中，应经常注意地层变化，每钻2小时和地层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。（6）在钻孔排渣、提取钻头除土或因故停钻时，应保证孔内具有规定的水头，泥浆相对密度和粘稠度。处理孔内事故或因故停钻时，必须将钻头提出孔外。（7）钻孔工地应有备用钻头，检查发现钻孔钻头直径磨耗超过15mm时应及时更换修补。（8）钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者，安全系数不应小于12。钢丝绳与钻头间须设转向装置并连续牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。（9）在钻孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定。6、对勘探证实存在溶洞的钻孔施工根据勘探结果，本场地石灰岩发育强烈，溶洞基本为空洞，混凝土灌注桩坐落在岩层上，熔岩对混凝土灌注桩基础影响较大。钻孔施工的主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔，如何堵住泥浆渗漏及混凝土流失，如何让保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。针对以上情况，采用如下的解决方法。（1）采用优质泥浆，保证有效护壁在施工过程中采用优质泥浆，或在泥浆中参入适量的水泥、烧碱和锯末，提高泥浆胶体率和悬浮能力，使其渗透于孔壁内凝固，加强孔壁的防护。（2）对有填充溶洞的处理1）对有充填的溶洞，充填物较好时，一般不需要特殊处理，可直接钻进，填充物为流塑性粘土时，采用抛片石、粘土等挤密填充。2）对有填充的侧壁溶洞，钻进时钻头容易跑偏，成孔困难，可先向孔内抛填片石、粘土等，稳定后再向下钻进，如此循环，直至成孔。如果反复抛填片石无效或效果不大时，为保证桩基垂直度满足规范要求，在溶洞处增加超前注浆措施，即对桩底软弱部分用水泥浆掺加水玻璃溶液等进行注浆加固，提高其强度，使孔底土层间强度差距减小，便于冲击成孔。3）对于地质钻探以标明的小型溶洞及溶槽、溶沟、小裂隙等，或者钻孔过程中泥浆泄露，及时向孔内投加粘土、碎石夹粘土、片石、甚至整袋水泥，以加大泥浆质量和密度，并依靠冲剂在桩侧形成片的石夹粘土维护墙，保证泥浆不流失，保持孔内泥浆高度，使得冲钻顺利进行。（3）对无填充或半填充空溶洞的处理1）对较小的溶洞，凿穿溶洞顶板前，用低冲程、轻锤钻进，钻头选用前端突出的钻头，凿穿溶洞后，泥浆下降较慢时用粘土回填，泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进，同时，采取41的比例投入片石和硬粘土，必要时加入部分水泥，待其凝固到一定强度后再依次往下钻孔压浆。2）对较大的溶洞，凿穿溶洞顶板前，先跟进护筒至溶洞顶部，采用低冲程、轻锤钻进，泥浆损失很快，必要时可采用掺加速凝剂或水玻璃的水泥砂浆、混凝土等进行封堵，并及时补浆，待浆面稳定，填充物达到一定强度后在进行钻进。3）对串珠状溶洞、连续溶洞群，凿穿溶洞顶板前，先跟进护筒至溶洞顶板，用低冲程、轻锤钻进，泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进，如果泥浆面持续下降，泥浆比重降低，采用抛填片石、粘土、石灰、水泥等充填，必要时可掺加速凝剂或水玻璃水泥砂浆、混凝土等进行封堵，基本稳定后再进行下道工序。当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时，重复上述工作，直到完成一个桩孔为止。4）对特别困难地段，可考虑多层钢护筒递进，护筒间隙间用水泥浆注满，防止出现隔离层，溶洞处抛填片石、粘土、掺加水玻璃的水泥砂浆、混凝土等进行填充处理。7、清孔（1）达到设计深度后，必须核实地质情况，当与设计不符时，必须及时上报监理或设计方，等待处理方案。（2）经检查确认钻孔合格（孔的中心位置偏差小于50mm，桩径不小于设计桩径，孔深比设计深度超深不大于50mm，桩孔倾斜度小于1%）并经监理工程师批准后开始清孔，清孔采用掏渣法清孔。当孔内无2mm以上的钻渣且沉淀厚度不大于设计，泥浆相对密度1.031.10和粘度1720s、含砂率2时即可安装钢筋笼和导管。导管安装完后应对孔底沉渣厚度进行检查，如果孔底沉渣厚度符合设计要求即可准备开始灌注水下混凝土，否则应进行第二次清孔，符合要求后再进行混凝土灌注。（3）在清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定。8、钢筋笼制作及安装此处将不对钢筋笼的制作及安装进行论述。三、桩基水下灌注施工方法1、导管安装（1）导管安装前应做水密承压试验，压力不应小于孔内水压的1.5倍。（2）导管密试验合格后对各节段进行编号，标明长度，安放时逐节拧紧吊放，做好记录。（3）应根据孔深配置导管长度，安装导管不得放到孔底，导管下口距孔底距离应控制在2030cm内。（4）导管各节间管箍丝扣连接连接，并加密封圈，防止每节导管的接头部分漏水漏浆。2、水下混凝土灌注（1）灌桩混凝土采用水下C35商品混凝土，混凝土运输车运输，导管水下灌注。（2）灌注水下混凝土时，在导管和漏斗之间设置活动阀门。先将阀门关好，并将导管提离孔底2030cm左右，然后将漏斗和储料斗内装满混凝土，打开阀门灌注首批混凝土。（3）对于混凝土灌注桩，施工前要做好充分的准备，采取切实可行的措施，保证水下混凝土灌注顺利进行。应注意以下几点：1）所有机械设备要认真检查，使其处于良好状态，关键设备还要有备用数量。2）技术人员工作必须认真细致，记录好混凝土灌注数量复核混凝土深度，经常测量混凝土顶面标高，每次测量时沿桩周均匀测三点，最低点处的埋管深度必须满足要求。3）导管埋深控制：灌注混凝土时，导管埋入混凝土的深度一般宜控制在24m范围之内。拨管前需仔细探测混凝土面深度。用测深锤测深时，需由2人用2个测锤深并相互校对，防止误测。A、将首批混凝土灌入孔底后，立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。B、灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工，否则易出现断桩现象。在灌注过程中，要防止混凝土拌和料从漏斗外掉入孔底，使清水内含有水泥而变稠凝结，致使测深不准确。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高层，正确指挥导管的提升和拆除。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管卡挂钢筋骨架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，逐步移到钻孔中心。C、拆除导管动作要快，时间一般不宜超过混凝土的初凝时间（一般初凝时间为45分钟，具体时间以商品混凝土发货单为准）。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。在灌注过程中，防