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浅谈岩溶区桩基冲击钻机施工

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  摘 要 岩溶地区桩基施工时,应根据现场的具体地质条件和工程的总体情况,选择合适的施工方法。同一施工现场的不同桩基,有时也会因为具体情况的不同,而采用不同的施工方法。本文介绍了采用冲击钻机施工时钻机的选择、泥浆的配置、施工工艺以及技术措施。
  关键词 岩溶区桩基;冲击钻机;施工
  引言
  岩溶地区桩基施工时,应根据现场的具体地质条件和工程的总体情况,选择合适的施工方法。同一施工现场的不同桩基,有时也会因为具体情况的不同,而采用不同的施工方法。主要注意以下三點:①岩溶桩基的施工,宜采取以冲击成孔为主,其他成孔方式为铺的施工工艺组合,以适用于情况各异的岩溶地区;②冲击成孔工艺适合于处理岩面倾斜、半边岩溶、串珠式溶洞等复杂岩溶形态;③岩溶区段桩基施工时每个墩台应仅考虑1台钻机进行逐桩成孔施工。
  1 冲击钻机的选择
  (1)钻机型号应根据桩基直径、钻孔速度要求、钻头重量、冲击频率、覆盖土层及岩溶发育情况进行选择。目前使用的冲击式钻机均配备有钻架、起吊及冲击等全套设备。冲击钻机按清渣工艺可分为泥浆正循环和反循环两种工程钻机。常用的冲击钻机有CZ系列和GCF系列。
  (2)宜选用配备了钻塔液压起落,整机液压步履技术的工程钻机,钻机移位便利,对孔方便,可大幅度提高施工效率。
  (3)冲击成孔关键在于冲锤的选择和改进,为加快冲击进尺,避免卡钻、掉钻事故发生,对冲击钻头的选择及改进应做特殊要求。
  2 泥浆的配置
  (1)岩溶桩基泥浆配制数量宜为非岩溶地质条件下数量的2~3倍,以防成孔过程中大量漏浆。
  (2)配制的泥浆应具有泥皮薄、护壁稳定、悬浮钻渣效果好等优点。泥浆宜选用优质黏土拌制。当优质黏土紧缺时,也可在泥浆中按适当的比例掺入水泥、烧碱和锯末,以使泥浆达到同等效果的悬浮能力。
  (3)岩溶地质复杂,覆盖层较厚的大直径桩基所用泥浆,宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆。
  (4)岩溶水一般呈酸性,与泥浆相遇后会因发生反应而产生沉淀。钻孔过程中,如遇溶洞,宜及时监测泥浆pH值,可通过投入小苏打改善泥浆的过酸情况以消减沉淀。
  3 冲击成孔施工工艺
  3.1 钻机就位
  钻机一般采用吊车安装就位,保证钻头中心与桩中心重合。
  3.2 护筒的埋设
  (1)护筒直径根据桩径而定,内径宜比桩径大20~40cm,采用8~12mm厚钢板卷制,设置多层护筒时,应预先估算好每一层的护筒直径。桩径大于2.5m时,可用12~14mm厚度钢板卷制。
  (2)护筒顶面标高宜高出地下水位2m,且高出地面30cm。
  (3)护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定,一般底面埋置深度在原地面以下至少2m,并应穿过淤泥、软土、沙类土等土层,进入不透水黏质土层。若考虑岩溶桩基漏浆坍孔的危险或无上述合适的埋置土层,宜穿过全部覆盖土层到达基岩面。
  (4)护筒埋设方法可依据覆盖层的具体情况,采用挖坑埋设法或填筑法安设护筒。长护筒应采用边冲孔边跟进方法,用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的方法打入埋设。
  3.3 冲击成孔
  (1)冲击钻孔作业应分班连续进行,不宜停留。为使钻锤的冲程提升正确,应在钢丝绳上涂刷醒目颜色油漆或绑扎红线以标志提升长度。认真填写钻孔记录,并在交接班时将钻进的情况相互交接清楚。
  (2)在开孔时应低锤密冲,反复冲击造壁,成孔清渣等过程中必须保持孔内浆面稳定,孔内浆面始终要在地下水位1.5~2.0m之上,为防止溢出,孔内浆面要比护筒顶面低30cm;在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时,可按1:1比例投入粘土和片石,用冲击锤小冲程反复冲击,使泥膏、片石挤入孔壁。
  (3)正常钻进时,应根据土层岩石的实际情况选择合适的冲程:①采用大冲程穿过坚硬密实卵石层或基岩等地层;②采用中冲程穿过松散砂、黏质土层、砾类土或卵石夹土层;③采用小冲程穿过易坍塌或流沙地段,此时,泥浆的黏度和相对密度,也要相应提高。
  (4)遇基岩面时,宜采取短冲密击的“吊打”法,当因为岩面不平或出现倾斜岩层而导致桩孔偏斜时[1],应立即抛填片石至偏孔上方30~50cm,采用低锤密击使其紧实平整后,再按“小冲程、反复打密”的方法进行冲击,直到钻头全断面进入岩层。
  (5)进入岩层后,应根据地质条件,严格控制钻机的冲程和进尺。当条件较好,岩面较平时,可适当加大钻进速度;当岩面倾斜或半边溶洞、岩石导致半软半硬时,则应降低钻机的钻进速度并监测垂直度。
  (6)遇溶洞(槽、隙)时,适当减小冲程,缓慢穿过,当发生漏浆及坍孔现象时,应及时抛填黏土及片石,充分填充溶洞、加固孔壁(或槽裂缝);穿过溶洞(槽、隙)进入完整灰岩后,恢复正常冲程。
  (7)终孔处采用轻冲,当孔底标高将要达到设计要求时,严禁强烈冲击,以避免桩底岩基因受到扰动而承载力达不到要求。过程中,应及时采取岩芯样并与地质资料进行核对检查。
  3.4 清渣的要求
  (1)冲击成孔清渣一般采用正循环或反循环清渣工艺。
  (2)正循环泥浆清渣工艺的泥浆循环系统主要由泥浆池、泥浆泵、进浆管和出浆管四大部分组成。主要工作流程是:泥浆泵将泥浆从泥浆池中吸入,沿进浆管送达孔底,孔内泥浆沿出浆管带着钻渣一起进入泥浆池进行沉淀,人工及时将泥浆池内钻渣进行清除。
  (3)反循环清渣工艺适用于易坍塌地层,从孔底直接吸取钻渣,沿导管排至泥浆池再进行沉淀及人工清除,其钻进与排渣效率较高,但极易发生钻渣堵管的现象,且因为泥浆是从上向下流动的,故需要较高质量的泥浆以避免孔壁坍塌。
  3.5 终孔判断   (1)钻孔至设计标高以后,应根据岩样特征、钻孔记录和钻进速度等进行综合判断,以确认嵌岩深度已达到设计要求,否则应报设计采取相应措施。当缺乏详细勘探资料的情况时,应采用超前钻等方法查明桩端基岩性状,包括岩石强度、溶洞大小及顶板厚度等,超前钻应钻入桩端以下不小于5m。桩端下岩层厚度不能满足设计要求的持力层厚度时,不能终孔,应穿过溶洞或进入连续稳定的基岩中[2]。
  (2)从四个方面来进行综合判断桩底岩面完整性和嵌入深度:①从实际见岩位置开始,至少进尺50cm后,才可以申报全岩面检验[3],超前钻孔柱状图只可作为参考;②观察井口钢丝绳的垂直与摆动情况,钻头触岩面时会出现轻微反弹,要求钢丝绳垂直、摆动不明显;③根据施工记录计算基岩的进尺速度,一般作为进入全岩面的控制速度为10~20cm/h;④使用细目筛网捞取钻渣,若岩屑含量大于80%,且溶面岩屑小于5%,认为嵌入完整基岩;⑤若出现判断标志不明显或其他特殊情况时,应采用钻探揭露的办法来证实,即在桩孔周围均匀布设2~4个勘探孔,用工勘钻机进行钻探,可准确、直观判断是否全岩面。
  4 岩溶区钻孔桩施工技术措施
  (1)技术人员应熟悉设计图纸和地质钻探资料,有针对性的编制交底书,对司钻人员进行交底,并及时核查标高渣样。
  (2)钻孔过程中,始终要保持孔内外既定的泥浆指标和水位差,以起到护壁、固壁的作用,防止坍孔。钻孔应连续进行,不得中途停钻以避免坍孔[4],严重坍孔时需要回填重钻。
  (3)钻头接近溶洞顶板时,应控制进尺,采取低尺钻进,轻捶慢打,以避免打穿溶洞时卡钻,并要注意控制泥浆的质量和比重。
  (4)岩面的倾斜较大时,会导致钻头偏移,进而造成偏孔或坍孔。需回填黏土及片石,以低冲程反复冲砸,使孔底密实平整后,再采用正常冲程进行钻进。
  (5)漏浆、坍孔的预防与处理措施
  ①司钻人员与技术人员应根据交底资料和地质钻探资料,随时检查孔内浆面高度、泥浆稠度是否正常。当孔内浆面急速下降时,说明发生了漏浆现象,要加大往孔内抽送泥浆的流量,并往孔内投入黏土、水泥及片石,回填高度要超过漏浆位置,再采用小冲程冲击,使裂隙被充分填充。确认裂隙被填充且无漏浆后,再恢复浆面至孔口和正常冲程。
  ②為防止坍孔,快钻至溶洞顶扳时,要小冲程进尺,泥浆也要比重大、黏度较稠且胶体率高。如已发生坍孔现象,确定位置后,往孔内回填黏土、水泥及片石1~3m,根据泥浆稠度反复抛填、冲击。
  5 结束语
  岩溶地区桩基施工,具有一定的复杂性和不确定性,施工方案要结合地质钻探资料、设计蓝图、工程的总体情况和现场实际,充分考虑到过程中可能发生的一些状况,并提出相应的应对措施。现场施工布局、机具情况以及钢护筒、黏土、片石、水泥和泥浆泵等物资设备以及人员配备,也应充分考虑应急情况时的需求,以求做到有备无患、应对自如。
  参考文献
  [1] 高卫兵.冲击成孔灌注桩在隐伏岩溶区地基处理中的应用[J].西部探矿工程,2005,17(7):3-5.
  [2] 李赞勉,杨飞强.覆盖型岩溶区的基础选型及施工措施[J].岩土工程界,2006,9(3):55-56.
  [3] 谢丰年.灰岩地区钻孔与冲孔灌注桩成桩质量的控制[D].湖北:华中科技大学,2005.
  [4] 刘华.浅谈岩溶地区桥梁钻孔灌注桩施工技术[J].黑龙江科技信息,2014,(19):222-222,224.
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