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复杂环境下钻孔灌注桩施工方法的选择

    时间:2020-08-24 16:11

项目管理二公司   韩国良

摘  要:针对太原市东山湿陷性土质及河道附近等复杂的施工环境及地质情况,选择人工挖孔、旋挖钻机、反循环钻机、冲击钻机4种施工方法进行施工,并作监理工作总结。

关键词:复杂环境、钻孔灌注桩、施工方法


 

钻孔灌注桩目前在桥梁桩基施工中广泛采用,在各种复杂的环境下正确选定成孔方式至关重要。特别针对湿陷性土结合砂卵石地质以及沿河地段、地下水位较高、杂填土等复杂地质条件下的钻孔灌注桩施工,采取相应的施工方法,不仅能保证桩基质量,又能加快施工进度,节约施工成本。

根据公司监理的太原市胜利东街东延工程、北排洪沟道路快速化改造工程第三标段两个工程地质情况,以及现场施工环境,结合施工过程中遇到的各种情况的处理及钻孔施工方法的比选,总结了如下几种情况中如何选择钻孔灌注桩施工方法。

一、较小施工场地内湿陷性土质,钻孔灌注桩施工方法的选择

胜利东街东延工程的跨东环高速公路跨线桥工程,桩径为1.2米,桩长为44米。桩基位置距高速公路防护边坡约7米,且距桩基28米处有一座220KV高压铁塔,桩基正处在220KV高压线下面。上层4米土质为后期回填土,下层为湿陷性粘土及砂卵石,整体施工环境复杂,距高速公路较近,且周边受影响的障碍物较多,施工场地较小。

根据施工现场情况,考虑施工场地较小,且为湿陷性土层,初步考虑干作业法成孔,其中包括旋挖钻钻进、机动洛阳铲钻孔以及人工挖孔。因周边影响因素较多,且在高压线下施工,排除了大型旋挖钻及机动洛阳铲等钻孔方式。最后经过比选确定了采用人工挖孔的施工方法。

1、人工挖孔施工工艺流程

平整场地、放线→挖第一节桩身土方、支模、浇捣第一节砼护壁→在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线→安装孔口护栏、活动井盖、设置垂直运输架和卷扬机(吊机)吊土、通风设备、照明设施等→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径→拆上节护壁钢模板、支第二节护壁模板、浇捣第二节砼护壁→重复第二节桩身挖土、支模、浇砼护壁工序,循环工作直至设计深度。

2、人工挖孔控制要点

(1)桩孔护壁:护壁采用钢筋混凝土,护壁内径为设计桩基础直径,壁厚15cm,混凝土强度为C25,模板采用拆上节、支下节重复周转使用。为保证桩孔稳定,桩孔深度30m以内每节护壁支模高度为1m,30m以下每节护壁支模高度为0.5m。护壁混凝土每挖完一节以后应立即浇筑混凝土,待混凝土强度不低于1.2MPa以上后开始拆模,进行第二节开挖。

(2)挖孔及吊运:挖孔桩采取分批分段开挖,一般土层及砂卵石层工人采用镐和尖锹开挖,岩层采用风镐开挖。第一节开挖深度为0.7米,护壁支模1m(高出地面0.3m),浇后的护壁砼形成高出地面0.3m为砼井圈,以防地表水流入和地面物体坠入孔内发生事故,井圈厚度0.2m。土方(石渣)从井孔内采用铁桶、定制提升架进行提运,弃置于井口1.0m以外临时堆放,再用小型车运出场地外。

(3)通风照明、孔口防护:孔深超过5米时增加通风设施及照明设施,孔内施工人员必须佩戴安全帽,控制孔内施工时间,不宜超过2小时;桩孔上口架设垂直运输支架要求搭设稳定、牢固,支架搭设好后在上方搭设防水雨棚,确保雨水不进入桩孔内。

(4)桩孔的垂直度及孔径控制:每节桩孔护壁做好以后,必须将桩位十字轴线和标高测设在护壁的上口,然后用十字线对中,吊线坠向井底投设,以半径尺杆检查孔壁的垂直平整度。随之进行修整,井深必须以基准点为依据,逐根进行引测。保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

二、河道内杂填土质,钻孔桩施工方法的选择

北排洪沟道路快速化改造工程的桥梁桩基工程,大部分是在现状河道内施工,河道经过多年的冲积及后期回填,上层土多数为杂填土、生活垃圾、建筑垃圾,下层主要为河道淤泥、砂性土及砂卵石等,且地下1.5米至3米可见地下水。

根据施工现场情况,因地下水位较高,初步选定为湿作业法成孔,其中包括旋挖钻机钻进、正反循环钻机钻进、冲击钻机钻进等方法,所有方法全部需泥浆护壁。

1、针对河道内土层较好,无大块河卵石的一般土质情况,可采用旋挖钻机钻进的成孔方式,如上层土土质较差,可调适当整护筒长度。北排洪沟道路快速化改造工程大部分桩基均采用该方式进行钻孔施工,该方法主要适用于回填土、淤泥、黏土、粉土、砂土等地层,效率较高。

(1)旋挖钻机钻进施工工艺流程:桩位放线→埋设护筒→钻机就位→制备泥浆→开始钻进→成孔、清孔→下放钢筋笼→灌注混凝土→凿除桩头。

(2)旋挖钻机钻进控制要点

①护筒埋设:护筒一般采用16mm钢板卷制而成,其内径比桩径大20cm,长度一般不小于2m。护筒埋设采用挖埋式方法,先采用挖掘机在桩位位置开挖至大约1.7m深度后将护筒安放在开挖基坑内,护筒顶面需高出地面30m,调整好护筒位置及垂直度后对其四周进行回填夯实。

②泥浆护壁:泥浆一般由水、粘土(膨润土)和添加剂组成,具有浮悬钻渣、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。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地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,降低钻进速度。

③钻进:旋挖钻机就位后,调整钻杆垂直度,然后进行钻孔。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于地下水位(河流水位)2m左右,保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁,反复循环钻进直至成孔。

④清孔:在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。

⑤浇筑水下混凝土:混凝土采用钢导管灌注,导管内经为30cm。导管接口应连接牢固,法兰盘间垫有胶垫,保证接口严密、不漏水。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验。首批灌注混凝土数量应满足导管首次埋置深度1.0m以上的需要,首批混凝土入孔后,混凝土连续灌注,不得中断。在灌注过程中保证导管的埋置深度控制在2~6m。

2、针对河道内地下水位较高,施工环境受限高影响,土层中含有生活垃圾、砂土、淤泥的情况,可采用反循环钻机成孔的方式,如上层土土质较差,可调适当整护筒长度。北排洪工程部分桩基在110KV、220KV的高压线下,受限高的影响,且上层土大部分为含有生活垃圾的杂填土,下层未发现块石,该情况下的桩基工程全部采取了反循环钻机的成孔方式。反循环钻机施工工艺与旋挖钻机施工工艺流程基本一致。

反循环钻机施工控制要点:

①钻机反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。当钻头穿过护筒底1m以下后,再以正常钻速、钻压钻进。

②在施工中要不断添加泥浆和抽渣,还要随时检查成孔是否有偏斜现象。钻进时应认真仔细观察进尺情况和砂石泵的排水出渣情况;排量减少或出水中含钻渣较多时,应控制钻进速度,防止因泥浆比重太大而中断反循环。

③加接钻杆时,应先停止钻进,将钻具提离孔底80~100mm,维持泥浆循环1~2min,以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净,然后停泵加接钻杆。

④钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况,应立即将钻具提离孔底,控制泵排量,保持泥浆循环,吸除坍落物和涌砂,同时向孔内输送性能符合要求的泥浆,保持水头压力以抑制继续涌砂和坍孔,恢复钻进后,控制泵排量不宜过大,避免吸坍孔壁。

3、针对河道内土质为卵石土或有块石、岩层等坚硬地质时,可采用冲击钻机成孔的方法,如上层土土质较差,可调适当整护筒长度。北排洪工程的部分桩基在使用循环钻钻进时发现个别桩位上有大量块石,循环钻机钻进困难,施工进度极度缓慢,后调整为冲击钻进行施工,避免了块石对钻进施工的影响,有效的提高了施工效率。冲击钻施工工艺与旋挖钻施工工艺基本一致。

冲击钻施工控制要点:

①开始钻孔时应采用小冲程开孔,并应使初成孔的孔壁坚实、竖直、圆顺,能起到导向的作用,待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后,方可进行正常冲击钻孔。

②钻进过程中,应始终保持孔内水位应高于护筒底口500mm以上,掏取钻渣和停钻时应及时及时向孔内补水,保持水头高度。

③在砂及卵石类土等松散层钻进时,可按1∶1投入粘土块和小片石(粒径不大于15cm),用钻头以小冲程反复冲击,使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2~3次。若遇有流砂现象时,宜加大粘土减少片石比例,按上述方法进行处理,力求孔壁坚固稳定。

④每钻进2m或地层变化处,应在泥浆槽中捞取钻渣样品,查明土类并记录,及时排除钻渣并置换泥浆,使钻锥经常钻进新鲜地层。同时注意土层的变化,在岩、土层变化处均应捞取渣样,判明土层并记入记录表中以便与地质剖面图核对。

⑤钻孔过程中应观察钻机所在地面变化情况,发现沉降现象及时停机处理。

三、结语

根据不同的环境及地质,提前选择合适的灌注桩施工方法,可避免施工过程中因钻进方式的不当而导致的塌孔、断桩等质量问题。选择恰当的钻孔方法既提高了施工效率,又降低了施工成本,为保证灌注桩的施工质量奠定了基础。

                             (本文刊登于《中国建设监理与咨询》2020年第2期



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