胡雄飞 姜锐 梅弢
摘 要:本文以汕头某挖入式港池码头工程灌注桩施工过程中,冲击钻孔时遇到10m厚块石层,由于块石空隙太大无法形成泥浆护壁,难以成孔的问题,通过多方案比较和尝试,最后采用水泥混合泥浆护壁、分层固结法有效解决这一问题。
关键词:块石层填土;灌注桩;水泥混合泥浆护壁;分层固结;成孔
中图分类号:U655 文献标识码:A 文章编号:1006—7973(2018)9-0060-02
灌注桩施工技术已经非常成熟,但在施工过程中,由于地质复杂多变,以及场地条件限制,经常采取非常规施工工艺。如遇到较厚块石填层时,因块石直径较大,分布无序,间隙大,无法形成泥浆护壁,容易造成漏浆、塌孔,甚至造成安全、质量事故,下面结合工程实例,探讨解决这一问题的技术方法。
1工程概况
本工程位于汕头市礐(que)石塔头的北侧,为挖入式港池,港池总尺寸为260×80m,码头总长度700m。
码头采用钻孔灌注桩梁板结构。
码头桩基采用Ф1000灌注桩,持力层为基岩,桩长平均45m, 共计336条。
本工程为挖入式港池,港池内码头采用陆上施工灌注桩及码头上部结构,再开挖港池的施工顺序。
2灌注桩施工方案
结合现场地质情况,灌注桩施工采用冲击钻孔、泥浆护壁的施工方法,施工工艺如下:
平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平臺→安装桩机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→检查验收。
港池位置为原码头后方回填区域,表层土体下有回填的块石且厚度较大,块石层厚度约10m。在该位置进行灌注桩施工时,冲孔钻头穿过表层土体,泥浆便顺着块石的空隙流走、无法回流,导致钻渣堆积在孔底,无法继续成孔。为解决灌注桩冲孔施工在块石层成孔的问题,施工中考虑并尝试了多种施工方案:
2.1换填法
挖除空隙较大、无法成孔的土层结构,重新换填成孔性能较好的黏土,再进行灌注桩施工。
但实际施工过程中存在以下3个问题,该方案未被采用。
(1)施工场地狭小,宽度不足20m,在保证施工安全的情况下,能够开挖、换填的深度有限;
(2)施工位置水位较高,块石层在水下,受海水冲刷,换填效果不理想;
(3)块石层厚度过大,不能完全换填,无法达到改善土体成孔性能的目的。
2.2增大泥浆稠度法
在成孔过程中,泥浆具有悬浮钻渣、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,防止塌孔的作用,是施工正常成孔的关键。
泥浆稠度的控制在灌注桩成孔过程中起着非常重要的作用,要根据底层变化或操作要求机动掌握。泥浆太稀,排渣能力小、护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低冲孔速度。泥浆密度控制在1.15~1.25t/m3,粘度控制在20~30s之间较为合理。
前期灌注桩冲孔施工中曾遇到过厚度较大的砂层,也存在因泥浆流失导致无法成孔的情况。后来通过增大泥浆的稠度,增强泥浆的护壁效果,完成灌注桩成孔。当灌注桩钻孔遇到较厚块石层的时候,首先采用的处理方式就是增加泥浆的稠度。
施工时在现有钻孔的基础上回填黏土,重新进行灌注桩钻孔施工。再次进入块石层时没有马上因为泥浆流失而停止成孔,而是冲孔一小段距离后才因泥浆流失而停止成孔。经分析认为,增加泥浆稠度的方法是有效的,但是泥浆在块石层中形成护壁的能力有限,无法形成一定高度的护壁,泥浆形成的护壁能力需要进一步增强。
2.3水泥混合泥浆护壁法
为了进一步增强泥浆护壁的能力,在增加泥浆粘度仍然不能满足成孔要求的情况下,在泥浆中添加水泥,利用水泥的固结特性进一步增加泥浆形成护壁的能力,以确保泥浆除渣功能得以实现。
施工过程中,等桩机冲孔穿过表层土体进入块石层时,向泥浆中添加袋装水泥,形成水泥混合泥浆。混合泥浆形成泥浆护壁的能力进一步增加,进入块石层后未出现因泥浆流失而无法钻孔的情况。
2.4分层固结护壁法
当桩机冲孔至块石层5m左右深度的时候,再次出现泥浆流失无法继续冲孔的情况。经分析,掺有水泥的混合泥浆形成护壁的能力增强,可在块石层中维持5m左右的高度,随着冲孔深度增大,超过泥浆护壁能维持的高度后边会失去护壁的作用,从而再次使泥浆从块石的缝隙中流失而无法冲孔。
泥浆中掺有水泥,混合泥浆有一定的凝结能力,经过初凝后可形成有一定强度的护壁结构。结合施工现场桩机钻孔取得的成果,总结掺有水泥的混合泥浆护壁可以维持的高度,采用分层固结护壁的方式进行钻孔。
施工时按水泥混合泥浆护壁法进行施工,冲孔至块石层时添加袋装水泥增强泥浆形成护壁的能力。待桩机冲孔至块石层厚5m时,停止钻孔施工,让已形成的混合泥浆护壁初凝固结。护壁固结具有一定强度后,再继续按泥浆水泥护壁法进行施工。反复几次,直至桩机穿透块石层。
水泥混合泥浆护壁固结后,掺有水泥混合泥浆护壁的高度可以重新计量,桩机可以继续向下冲孔,直至达到下一个临界高度。通过混合泥浆分层固结,将10m厚的块石层分成多个区段进行钻孔施工,每一区段的高度都在混合泥浆护壁极限高度内(控制在5m高度内),分层使难度较大的厚块石层冲孔施工得以实现。
2.5冲孔钻头的选择
随着块石层深度的增加,钻头冲击力逐渐下降,钻孔施工进度缓慢。
经分析,现有桩机钻头为花瓣形,前端粗大,钻头上的齿片圆滑,适合一般地质条件钻孔施工,并不适合穿透块石层。为了提高施工效率,施工及时调整桩机钻头,新钻头整体细长,前端收口,并附有尖锐的齿牙,穿透块石层效果较好。经实地施工实践,更换钻头后桩机冲孔效率有所提高,基本满足进度要求。
3结语
本工程经过工程验收及近三年的使用,灌注桩未出现任何问题,说明施工当时采取的措施是合理的。
水泥混合泥浆护壁法利用水泥的固结特性增加泥浆形成护壁的能力,解决块石填土层灌注桩施工成孔难问题是有效的;分层固结护壁法可以解决大厚度块石填土层成孔问题。
另外,选择合理的冲击钻头可以加快块石填土层灌注桩的成孔速度、提高效率、减少工程费用。
参考文献:
[1]港口工程桩基规范(JTS 167-4-2012).