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浅述防波堤抛石层地质钻孔灌注桩施工技术

2015-06-25 10:52:51  字体:   打印 收藏 

摘 要:1引言 近年来随着港口经济建设的高速发展,钻孔灌注桩施工技术已广泛应用于港口建设中。但在防波堤抛石层这种特殊地质上大规模采用冲击钻成孔灌注桩施工比较罕见,施工难度非常大,施工质量和施工安全也难以控制。根据我们在某港口码头改造工程一期综合管廊

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  1引言

  近年来随着港口经济建设的高速发展,钻孔灌注桩施工技术已广泛应用于港口建设中。但在防波堤抛石层这种特殊地质上大规模采用冲击钻成孔灌注桩施工比较罕见,施工难度非常大,施工质量和施工安全也难以控制。根据我们在某港口码头改造工程一期综合管廊基础工程施工中的一些经验和体会,现就防波堤抛石层地质钻孔灌注桩施工技术进行一下探讨。

  2工程概况及工程地质条件

  2.1工程概况

  某码头改造工程一期综合管廊基础工程,管线全长约1108m,主要内容包括钻孔钢筋混凝土灌注桩、承台、连梁及预埋件的安装。其中钢筋混凝土钻孔灌注桩共419根,桩径为800 mm,桩长L=30 m,超灌850 mm,混凝土强度等级为C30。

  2 .2地质情况

  本工程勘察最大揭露深度40.20m范围内地层主要为:素填土、冲填土(Q42 ml )、第四纪全新世海相沉积(Q4m)形成的淤泥质粘土、粘土、粉土,第四纪上更新世海陆交互相沉积(Q3mc),陆相冲积(Q3al)形成的粉砂、粉土、粉质粘土及粘土层;本工程管廊基础施工的桩位大多座落于原南防波堤的压脚棱体石上,地面下约2m深处有2~5m厚的块石,块石规格为150~200kg,少部分桩位座落于防波堤堤身上,石层厚约8 m。

  3工程特点及主要施工方法

  本工程不仅桩位座落在原防波堤抛石层上,而且施工区域陆域部分原属海洋水下滩坡,后经航道疏浚土吹填造陆及回填整平至现有高程,地基较软。同时桩位离海边较近,海水的涨潮落潮对施工也带来一定的影响。因此桩基施工受影响因素众多,施工难度非常大,国内尚无可供借鉴的同条件施工经验。通过认真研究和实践,成功摸索出了一套切实可行的施工方法,现着重从以下几个方面进行介绍。

  3.1桩机选择

  由于本工程桩基施工要穿过防波堤抛石层,结合以往类似工程的施工经验,本工程采用冲击钻机冲击成孔,该钻机适用于卵石、积岩石、块石层、风化岩石等复杂地层的施工,但在冲孔过程中,容易塌孔和漏浆,成孔时间较长,混凝土超灌量较大,施工时要加强控制。经从质量、进度及经济方面对多种机型的方案比较,本工程采用了CZ-8型冲击钻机成孔,锤重3~4 t,动力75kw。

  3.2冲击钻成孔施工工艺

  (1)防波堤护底抛石层中钻孔

  根据地质资料及试桩钻孔的情况显示,防波堤一侧为5~6 m的吹填土层,在此土层钻进成孔速度较快,在进入2~5m抛石层时,冲击钻降低冲程,放慢进尺速度,同时向孔内填入粘土,提高泥浆比重,确保抛石层的稳定,以防坍塌和造成石层串孔漏浆。在穿透抛石层进入放泥质土层后2~3 m,钻机适当加快进尺的速度。粉砂土层在地面下18~20 m,层厚在9~10 m,当钻机进入粉砂土层后要适当的向孔内加入粘土,确保泥浆护壁的完整性,并再次调整冲程,放慢速度,此时要严格监控泥浆指标,以防粉砂层坍塌,在此层施工中冲击锥要不间断的在孔内上下提拉,保证泥浆均匀及孔壁的完整性,同时防止在此处由于震动,使上部抛石层的活石松动下落发生卡钻的现象。

  (2)防波堤堤身抛石层中钻孔

  本工程有22根桩落在堤身上,其中有8根为密集的群桩,且此段堤坝又被当作主要的交通道路,上部为30 cm水稳层,1.5m灰土层,9~10 m的堤心抛石层,8~10 m淤泥质土层,10~ 15 m的粉砂土层,堤心抛石块体规格不一,钻孔施工难度较大,施工时将上部的水稳层及灰土层用挖掘机清除,埋设1.5~2 m的护筒,开始钻孔时向孔内填入粘土开孔,在抛石层中要加强泥浆比重控制,在钻孔过程中控制好进尺的速度和钢丝绳的垂直度,以防抛石卡钻及孔倾斜,发现倒锥时要及时向孔内抛入片石和粘土,并采用低锤密击的小冲程冲进方式修正。在穿透抛石层后1~2 m,提钻,将孔内浮渣清理后,向孔内投入水泥,在孔内造浆,在抛石层处形成水泥浆护壁,待24 h后重新钻孔,保证了堤身上桩基成孔的质量。

  (3)未真空预压冲填区钻孔

  本工程防波堤一侧有420 m未做真空预压的冲填区,有166根桩,冲填泥沙土层距防波堤抛石层面厚约6 m,且此深度内的建筑垃圾、桩头、硅块等较多,地质情况较复杂,给钻孔施工带来了极大的难度。首先对施工区域进行了硬化处理,采用回填60 cm素土挤放,面层再回填80 cm灰土。同时采用钢板铺设在钻机的下面来保证钻机在施工过程中的稳定性,并采用了6~9 m的加长钢护筒辅助成孔。此段施工中要对冲程、进尺速度、泥浆比重严格控制,以防串孔漏浆。

  3.3冲击钻孔泥浆配制

  钻孔泥浆一般由水、优质粘土或膨润土按适当配合比配制而成,其性能指标:泥浆比重1.25~1.5;粘度18~24 S;含砂率不大于4%;胶体率不低于95%;PH值7.5~9。

  在钻进到抛石层时,适当提高泥浆的比重达1.5和粘度达24 S,以保证钻进成孔时孔壁的稳定。待穿过抛石层后泥浆比重控制在1.25~1.4,粘度为18~22S。在进入粉砂层时,泥浆比重控制在1.30。

  3.4钻进成孔过程中的问题探讨。

  (1)串孔、漏浆

  由于桩位离海比较近,且桩位处有2~8 m厚的石层,不均匀,多为活石,很容易产生串孔漏浆 (泥浆顺着石层缝跑浆)现象,漏浆后孔内泥浆面与海平面基本相平,二次清孔难度比较大。

  采取措施:针对出现的问题,采取隔孔施工,孔的最小间距>6m,要控制清渣频率,根据地层特点合理调配泥浆比重和粘度。在整个冲击成孔过程中密切关注水头和控制好泥浆的比重非常重要。

  在钻孔过程中泥浆比重控制在1.3~1.5之间,泥浆粘度达到22~24 S。每进5~6 m检查钻孔直径和垂直度,在地层变化处捞取渣样,判明后记入记录表中并与地质剖面图核对,注意地层变化,根据实际地层变化采用相应的钻进方式。

  (2)塌孔

  在进入抛石层和粉沙层时,由于进尺慢且震动大,易导致塌孔。

  采取措施:钻进过程中,升降锥头时要平稳,不得碰撞护壁和孔壁。钻孔作业必须连续,详细作好钻孔施工记录,钻孔泥浆要随时调整,现场随时回填粘土加大泥浆比重,并间隔30 min测一次泥浆比重,且经常上下提钻保证上下泥浆比重一致。钻进时起落钻头速度要均匀,不得过猛或骤然变速,以免碰撞孔壁或护筒,或因提速过快而造成负压引起塌孔。

  在未真空预压冲填区域钻孔过程中,我们在原粘土泥浆中加入5%的膨润土,同时严格控制泥浆比重在1.25~1.4之间,并不断调整粘土及膨润土的掺量,保持泥浆比重稳定在1.3左右。

  (3)卡钻

  在防波堤堤心抛石层上钻孔,由于石层较厚,且在地面下20 m后进入粉沙层,冲击振动力大,很容易造成上部护壁松动,有抛石掉落卡钻。

  采取措施:在此处钻进时首先要密切注意孔内泥浆液面的变化,保持孔内泥浆压力,每层地质均要测定泥浆的各项指标(包括泥浆比重、粘度和含砂率)。在抛石层中钻进时除要及时向孔内加填片石外,还要及时向孔内加入粘土,使片石和粘土被逐渐挤入抛石层的间隙,以加固孔壁。穿透石层后,将约2t水泥倒入孔内用钻头在孔内造浆护壁,均匀后放置24 h后继续开钻,可起到很好的护壁效果。

  卡钻处理:本工程部分桩a13、a69施工时也发生了掉石卡钻现象,卡钻基本是在进入粉沙层后,地面下25~28 m的位置,发生卡钻后,要控制好孔内泥浆的循环和泥浆的比重,防止沉渣过厚,泥浆比重要适当的加大到1.4~1.5,然后钻机松绳,使冲锥自然下落,同时用陶渣筒装满石块轻轻冲击锥顶,使冲锥下落一段距离后,再用钻机反冲卡钻部位。要点是不能急,要有耐心,一般是轻触卡钻部位后,钢丝绳不能硬拉,反冲锥法在本工程中成功的处理了卡钻事故。

  在上述方法还未能解决卡钻,或锥被孔内活石埋入过深,可用套锥法进行处理。套锥是利用钢板卷成比孔径小2 cm的空心圆筒,在筒下口内铡焊加强钢板和锥齿,重约2.5 t。在用套锥进行冲孔时,要设置大泵和排浆管,保证孔内泥浆能循环,在接近卡锥部位时要用小冲程施打,在打到被卡锥底时,冲击锥起动,要是仍不能提钻,利用钻机顶部加滑轮施加外力提升冲击锥。

  (4)清孔

  钻孔桩的泥浆指标与孔底沉渣厚度是直接影响浇注质量与单桩承载力的关键因素。本工程采用二次清孔,第一次为终孔时清孔,第二次为灌注混凝土前清孔。清孔采用掏渣、换浆正循环方法进行。

  4结束语

  (1)钻孔时泥浆要随时调整,泥浆指标控制是关键。采用加粘土和膨润土造浆护壁,能有效地防止孔壁坍塌及孔底沉渣过大等问题,确保成孔质量和速度;

  (2)冲击钻在穿过抛石层施工时,通过加强对清渣频率、进尺速度及冲程控制,保证了孔径、孔壁的完整性和垂直度;

  (3)在防波堤堤心抛石层采用水泥浆护壁成孔,改变了以往跟钢护筒的施工工艺,保证了工期,节约了材料,降低了施工成本,取得了良好的效益;

  (4)未真空预压冲填区施工采用了简单的场地硬化及加长钢护筒,缩短了地基处理的时间及费用,保证了施工工期及灌注桩的施工质量;

  参考文献:

  [1]JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范[S].

  [3]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

  [3]道路桥梁工程施工手册.中国建筑工程出版社[S].

  [3]JTJ248-2001.港口工程灌注桩设计与施工规程[S]

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