岩溶地区钻孔桩成孔施工技术

章鸿祥

【摘 要】通过对溶岩地区桩基钻孔施工技术的探讨,可以加深溶岩地区钻孔桩成孔技术的认识,从中得到有益的参考和帮助。

【关键词】岩溶 钻孔桩 冲击成孔

【中图分类号】TU7【文献标识码】A

岩溶、溶隙等是一种形态奇特且分布的自然现象,宏观上虽有特定的发育规律,但在不大的施工场地上,其分布则是无常的,这无形中就给桩基施工增加了难度。冲击钻孔对不均匀地层具有良好的适应性,钻进时易及时发现和处理因地层软硬不均而引起的钻孔偏斜;对于溶洞地层能很好地冲填加固孔壁,并能及时造浆,防止和纠正偏斜孔。

一、施工准备

冲孔桩施工时,在穿越松散地层、溶洞、陡岩面等地层时,如施工工艺不当会导致孔壁失稳坍塌、斜孔和卡钻埋钻等事故,故施工前要充分做好以下几方面的技术准备工作:

1、全面熟悉设计图纸和技术规范,掌握详尽的桩位地质资料,制订适当的施工方案和施工技术保障措施,报监理工程师审批;

2、设计要求每根桩必须用地质钻机钻探,详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型,绘制地质柱状图,为制定相应的施工方案提供详实的依据;

3、根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案及施工措施;

4、设计要求施工前在桥位处进行钻孔桩成孔试桩试验,以取得经验数据,完善施工方案,指导施工;

5、遇到与地质勘探资料不一致的特殊溶洞时,必须请监理工程师和设计单位核查,明确处理方案,并报监理批准后实施。

二、冲击钻孔成孔

1、埋设护筒

在桩基定位并经复核无误后方可进行护筒埋设,护筒中心的位置要准确,倾斜度小于1%,长度根据不同的地质而定,顶面需高于地面0.5m～1.0m,以便提高孔内水头压力。护筒长度不短于3m～4m,护筒周围换填粘土。为尽量减少成孔作业过程中钻机底座偏压力对孔壁稳定性的影响,可采用钢轨支架垫起钻机以分散冲击力。

2、泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨胀土)和添加剂组成,有悬浮钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力并在孔壁形成泥皮、隔断孔内外渗流、防止坍孔的作用。钻孔泥浆选用水化快、造浆能力强的粘土制备,泥浆比重取规范高限1.2～1.4,泥浆稠度、含砂率、失水率按规范要求控制。

3、覆盖层钻进

覆盖层钻进时,每进2m要进行一次抛片石粘土填料冲砸固壁。上下填料搭接长度不小于0.5m。钻进时采用1.5m～2.0m的中小冲程,并加大泥浆稠度,持续反复冲击使孔壁坚实。钻至离溶洞顶部约1.0m左右时,在1m～1.5m范围内变换冲程,逐渐将洞顶凿穿,随时防止卡钻。

4、击穿溶洞顶板

首先,击穿溶洞顶板后,孔内水位迅速下降,钻机司机应提起钻头,置放在距离钻孔4～5m的地面上,离开钻机;同时另一人将大水管放入孔口,对孔内补水,保持孔内水头高度;装载机向孔内填土石,土石的比例是1∶1,回填高度超出溶洞顶不小于2m,若此时仍在漏水,继续回填土石,高度超出溶洞顶4m左右,等待2h,观察地面有无塌陷迹象,若无安全隐患开始下步工作。

第二步,钻机重新冲孔,直至漏水止,开始第二轮回填,如此反复多次,直到溶洞内的挡土墙不漏水为止,进入下步工作。

第三步,挡土墙不漏水不能说明它能承受混凝土灌注时产生的压力。实践说明,当完成第二步堵漏工作后,必须反复回填土石,冲孔3次以上,提高挡土墙的抗倾覆能力,满足灌注混凝土时的压力。

穿越溶洞后,按正常速度继续钻孔直到设计桩底。

三、终孔检查

终孔桩端全岩面现场应主要从四个方面进行综合判断:

(1)以桩孔实际见岩高程始,至少进尺50cm后,可申报全岩面检验,超前钻孔柱状图揭示的岩面高程只作为参考;

(2)查阅机台施工记录,可将基岩进尺速度0.1m/h～0.2m/h作为进入全岩面的控制速度;

(3)可观察井口钢丝绳的摆动情况,锤头触岩面时会出现轻微的反弹;

(4)使用细网筛捞取岩渣,岩屑含量为50%～70%,且含泥、含砂量小于4%时,认为已入岩。

四、清孔

清孔紧接在终孔检查后进行,避免隔时太长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。采用换浆法清孔,通过向孔底压注泥浆,让钻渣上浮并随同泥浆流入泥浆池沉淀。为加速清孔,施工人员可用滤网捞出钻渣。当孔内钻渣清除干净、砂率<2%时方可下钢筋笼。钢筋笼下完后在灌注混凝土前要进行二次清孔,主要防止沉淀,降低砂率,并向孔内注入稀浆循环流动降低泥浆相对密度至1.1左右,对于易塌地层,泥浆相对密度可保持在1.2～1.25左右。

五、水下混凝土灌注

1、准备工作

⑴ 钻孔直径和孔形、清孔工作须满足规范及设计要求。

⑵ 灌注和处理故障所需各种机械设备必须准备齐全,需要特别注意的是导管连接拼装的水密性检验,升降机械设备、隔水提板等必须符合要求。

⑶ 水下混凝土的配比经试验确定,一般坍落度应控制在18～22cm。

⑷ 首批灌注混凝土的数量计算,要确保第一次埋管达到1.0m以上。

2、灌注施工技术要点

⑴ 首批混凝土的灌注是全桩混凝土灌注成功的关键,必须严格控制。首批灌注的混凝土的质量和数量,必须满足混凝土导管一次连续下落后能将导管埋入混凝土的深度<1.0m。

⑵ 根据施工经验,漏斗下口与导管顶口相接处改变过去的栓阀,采用提板软垫法。提板可用比导管口径稍大的钢板焊上耳扣,下面的软垫可采用塑料布或水泥袋纸,不会阻碍混凝土下落而且很经济。灌注开始时,保持导管下口距孔底25～50cm不动,用副卷扬机提出提板,使漏斗底口完全敞开,隔水塑料布托住混凝土降至孔底,用手电筒照射导管内检查,如没有被堵塞下不去的混凝土拌合物,也没有泥浆水充满导管内,则首批灌注成功,可继续进行灌注。

⑶ 在继续灌注混凝土拌合物的过程中,要重点控制导管的最大、最小埋深。控制导管最大埋深的目的是防止埋深过大,导管拔不出来;控制导管最小埋深的目的是防止导管拔出混凝土表面以致导管内进水,而且还容易使后灌混凝土冲破先灌注的混凝土表面而覆盖在原混凝土表面沉淀的泥渣层上,形成夹层断桩。

⑷ 混凝土灌注到桩基上部时,由于落差变小、压力减小,为保证混凝土密实,应上下抖动导管或增大漏斗底口高度,产生较大的超压力将首批灌注的混凝土全面顶托上升。由于首批灌注混凝土覆盖底层从桩孔底顶托到桩顶,长期与钻孔中的泥浆接触,清孔时泥浆中未清除干净的泥砂、钻渣逐步沉淀在首批灌注的混凝土表面,因此灌注到顶时应比设计高程超出0.5～1.0m。

六、结语

岩溶地区钻孔桩施工由于地质复杂和有许多不确定性,为钻孔带来许多难度,因此要求事先多钻孔,做到每根桩都钻,绘制每根桩的地质剖面图,了解溶洞走向,为确定施工方案提供依据。溶洞的处理方法不是一成不变的,应根据覆盖层地质情况、溶洞填充情况等选择适合本地区的方法。

参考文献

【1】刘汉龙,武广客运专线新广州站岩溶地区钻孔桩成孔施工技术,《铁道标准设计》,2007年第6期

【2】蒋景顺,溶洞区钻孔桩成孔施工关键技术,《交通标准化》,2007年Z1期

【3】姚军军;姚辉,钻孔桩穿越溶洞地层的施工,《铁道建筑》,2005年第5期

【4】张震,钻孔灌注桩穿越溶洞地层的施工,《山西建筑》,2004年4月