承压水地层钻孔灌注桩施工工艺浅析

1、收稿日期:2002-10-08作者简介:宁晋生(1963-,山西文水人,山西冶金岩土工程勘察总公司六公司项目经理,钻探工程专业,从事工程技术工作,山西省交城县路南街8号,133*。承压水地层钻孔灌注桩施工工艺浅析宁晋生1,郭建国2,习胜强3(1.山西冶金岩土工程勘察总公司六公司,山西交城030500;2.北京建材地质工程公司,北京100102;3.北京市市政工程管理处机械厂,北京100022摘要:分析了承压水地层施工钻孔灌注桩时承压水地层类型及对钻孔灌注桩施工的危害,提出了预防和处理措施,并通过工程实例说明不注意承压水的危害所带来的后果。关键词:钻孔灌注桩;承压水地层;预防与处理中图分类号:T

2、U473.1+4文献标识码:B 文章编号:1000-3746(200306-0008-02所谓承压水地层施工钻孔灌注桩,是指桩孔穿过或进入承压水地层的钻孔灌注桩工程。因这类工程在施工中较为少见,没能引起施工单位的重视,很多施工单位不能在施工前对承压水地层可能造成的危害采取防范措施,因而在施工中一旦突然出现该情况时,往往手足无措,不能及时、正确地处理,从而造成较大损失。因此有必要对承压水地层钻孔灌注桩施工工艺进行分析、探讨,以便于以后遇到该情况时有所借鉴。1承压水地层类型及对钻孔灌注桩施工的危害1.1承压水水头高度高于地面(图1a 如施工前不明情况,未采取防范措施,当钻孔钻至承压水层后,承压水从

3、钻孔处涌出孔口,承压水层内泥、砂、卵石、砾石流入孔内,造成孔内坍塌。涌水量越来越大,无法成孔。有的钻孔在大量掏出坍塌物后勉强钻至设计孔深,在混凝土灌注时,当混凝土面高于承压水层后,随着混凝土面逐渐上升,承压水不断顺桩周将混凝土中水泥浆及部分砂子冲走或顺着上提的灌注导管上行,将导管周围水泥浆及部分砂子冲走而形成过水通道,直到灌注结束后,混凝土终凝前,承压水形成的过水通道都不断将周围水泥浆及部分砂子冲走,最后形成桩身周围或桩心严重离析、冒水,承压水层上部桩体严重受损,成为废桩。1 .2承压水水头高度高于地面且上部地层有强透水层(图1b 该地层对钻孔灌注桩施工的危害如1.1所述,所不同的是:该地层在

4、成孔施工时先表现为大漏水,而当钻孔进入承压水层后表现为涌水,灌注混凝土结束后,桩顶可能不冒水,但桩周离析严重,顺桩周或桩心上涌的承压水经强透水层流走,承压水层以上桩段严重受损,桩体仍为废桩。1.3承压水水头高度低于水面,但高于地下水位线,且上部地层有强透水层(图1c 图1承压水地层类型该地层施工时常常表现为漏水、坍塌,承压水往往被忽视,尤其当设计以承压水砂卵石层为桩端持力层时,成孔后不会出现大的问题,而当灌注混凝土时,在承压水层至强透水层段,桩周混凝土或桩心混凝土被冲出过水通道,造成严重损害,而灌注结束后不会发现异常,即使凿除桩头后也可能仅仅表现为桩周部分离析或桩头根本无缺陷,不能及时发现下部

5、桩身严重损害,因而可能造成更多的病、废桩,导8探矿工程2003年第6期致更大的损失。1.4承压水水头高度低于地下水位不论其上部是否有强透水层,该情况对钻孔灌注桩施工都无大影响,成孔施工一般表现为漏水,但对混凝土灌注及成桩质量没有影响。2承压水地层对钻孔灌注桩施工造成危害的原因(1勘察单位对承压水给施工钻孔灌注桩可能造成的危害认识不足,许多勘察报告中对承压水的描述仅仅指出某层为承压水层,而缺少诸多如水头高度、涌水量等指标,对施工失去了指导意义。(2施工单位没有承压水地层施工钻孔灌注桩的经验,对承压水地层可能给施工造成的危害一无所知,施工前根本不去查询有关资料,对承压水没有任何防范措施。(3施工中

6、发现承压水涌出孔口或已造成危害后(如1.3情况,不能及时作出正确的分析判断,不能及时采取补救措施而导致危害进一步加重。3对承压水地层可能给钻孔灌注桩施工造成危害的预防与处理措施3.1预防措施首先,在施工前应详细查看勘察报告,进行现场踏勘查访,熟悉地层及施工环境,对含有承压水的情况应了解其水头高度、涌水量等情况,分析对施工的影响,如可能产生危害,则应拟定切实可行的防范措施,并做好技术、物资上的充分准备。当分析承压水地层对施工可能有危害时,在成孔钻机选择上应避免使用循环钻机而选择无循环钻孔的冲击钻机或旋挖钻机,并结合勘察报告与钻机特点,拟定施工方案。防止承压水对施工钻孔灌注桩造成危害的主要方法是平

7、衡其水头压力,使桩孔内稳定水(泥浆面低于孔口或地下水位,防止承压水从孔口溢出或从强透水层泄漏,其具体方法一般有以下3种。3.1.1围堰法即填高桩孔位置,使桩孔孔口位置高于承压水水头高度。3.1.2泥浆平衡法即使用泥浆钻孔,使泥浆柱形成的压力大于承压水压力,使承压水不至溢出孔口并保持015110 m的安全量。即:h浆>H+(015110水式中:h孔口至承压水层深度;浆泥浆密度,应小于钻孔灌注桩施工规范要求;H承压水水头高度;水水的密度,一般取110kg/L。使用泥浆柱平衡法必须使泥浆密度自钻至承压水层前至混凝土灌注完毕始终保持比较稳定,防止钻孔结束后至混凝土灌注期间孔内泥浆沉淀,上部泥浆密

8、度下降较大而造成的泥浆柱压力小于承压水压力。3.1.3综合平衡法当承压水水头较高,用泥浆平衡法无法满足要求,而围堰法又成本过高时,可采用两者相结合的方法来解决。对承压水水头高于地面,且上部含强透水层的情况,应首先考虑对强透水层进行封堵处理,而后可采取上述3种方法处理。封堵方法可根据所用钻机类型确定,如采用冲击钻机成孔,宜采用粘土封堵;采用旋挖钻机成孔则宜采用套管隔离封堵。对于承压水水头低于地面且上部含有强透水层的情况,则可根据实际情况采取封堵透水层或用泥浆平衡法处理,以承压水不向上涌为准。3.2处理措施3.2.1钻进时发现承压水涌出的处理当钻孔过程中发现承压水从孔口涌出时,应立即停止钻进,查明

9、承压水层位置、水头高度及涌水量等情况,同时,采用围堰接高护筒的方法提高孔口位置,使之高于承压水水头。待孔口不再向外溢水时,再采用上述预防措施进行处理。应注意的是:在有承压水从孔口涌出的情况下,用泥浆平衡法处理效果不佳或根本无效,因为在水不断向外涌出时,根本无法在孔内搅出泥浆。因此,用泥浆平衡法必须在孔内涌水完全停止后进行。3.2.2对于承压水层上部含有强透水层的处理对于承压水层上部含有强透水层的情况,最好的方法是采用隔离封堵的方法,将强透水层与承压水层隔开。而采用冲击钻机成孔、粘土隔离封堵的方法是最合理的方法。4工程实例北京顺(义平(谷快速路平谷段某跨河桥辅桥,地处承压水地区,其桥基设计为钻孔

10、灌注桩基础。工程施工前,施工单位技术人员发现一钻孔(勘察孔向外涌水,因此多次向该桥总包单位提出该区承压水对钻孔灌注桩施工可能产生的危害,并多次索要勘察资料或告知承压水水头高度,但因总(下转第12页92003年第6期探矿工程盲沟排水系统和回填。在高填方的拱涵及涵洞与侧墙的相接部位,应尽量使用内摩擦角大的填料填筑,且施工时应注意填料土压的平衡,不得发生偏压,以免造成事故。桥台后选用整体性材料,如石灰或水泥稳定土,填筑时应向距桥台背约10m长,并且远离桥台端与路基相衔接处,采用111512错位台阶填筑,使路堤体的刚度有所提高,以减少竖向变形和刚柔突变;选用摩擦角大、强度高、容易压实、透水性好的填料,

11、如岩渣、砾石、砂砾,可有效处理桥头差异沉降;选用轻质材料可减轻路堤自重,有效降低地基应力,减少沉降并增大稳定安全系数,常用的轻质材料如粉煤灰、新型超轻质材料泡沫聚苯乙烯块等。台背填料应在现场择优选用,采用粗颗粒材料填筑桥涵两端路堤,或者设置一定厚度的稳定土结构层。用粗颗粒材料作为路基的填料不仅改善了压实性能,使其容易达到要求的密实度,而且特别有利于减缓冻融的危害。3.2.4台背填方碾压台背回填应注意结构物两端对称填筑施工。回填材料的粒径和分层填筑厚度要严格,回填区尽可能扩大施工场地,以便充分发挥大型压实机的效用,并认真施工,充分压实,严格控制每层填筑厚度(10 15cm为宜、碾压遍数,并对每层

12、质量实施严格检测;对台背或桥背与路堤拼接部位,应配合使用小型机具或人工辅助夯实。3.2.5施工中的排水与防护做好施工现场的排水工作,桥台处路堤下部设置的排水盲沟系统要完整到位,材料不受污染;排水层与一般填料层同步填筑碾压;边沟排水要保持畅通,不准积水;边沟护坡道桥头锥坡的防护,应在地基沉降基本稳定或预压结束后进行,以免由于沉降使防护变形、破坏,影响加固效果。另外也可以在桥台与填方段结合处及过渡段的路面下设置垫层,防止路面下渗水进入填方体。对中间砂、砾石填料、两侧为土类填料的填方体与加固地基的连接处做3050m纵向集水管和每510 m做横向排水管,以排泄填方体与加固地基之间的下渗水。3.2.6加

13、强初期养护的沉降观测桥头沉降达到24cm,应及时采用路面材料进行补填,使其与桥面接坡顺适,补填长度按沉降坡差4控制。对桥头搭板脱空情况应经常进行检查,发现脱空应及时处理。3.2.7加强施工质量管理,提高桥涵两端路堤的施工质量由于桥涵两端路堤所处的位置和特定条件使其有别于一般地段的路基质量要求,应采用相应的方法以达到较高的施工质量。桥涵端部路堤与桥涵是两种不同性质的结构物,都有各自的设计施工要求,为使沉降差尽量小一些,应将该处路堤的压实度要求在现有的基础上提高,除了路基顶部土层可提高到98%或更高外,整个路堤的压实度都相应提高。为此,必须完善施工工艺、方法和强化施工质量管理,如压实土层厚度可以减

14、薄以及增加压实遍数。为适应桥涵端部路堤施工场地窄小、压实区域形状不规则而工期又紧迫的特点,应使用专用的压实机械,以确保压实度。4结语公路桥头不同于一般的路段,如处理不当容易引起差异沉降,造成桥头跳车。通过合理设计,同时施工中采取适当的岩土工程方法,是可以减轻或尽量避免桥头跳车的。(上接第9页包单位对此危害认识不足,只说没有这方面的资料,也不可能有承压水会影响施工,如发现承压水问题由总包单位负责,并签字认可。该桥基桩设计桩径112m,桩长2835m不等,采用冲击钻机成孔。当施工河谷段某桩孔至31m左右时,发现承压水从孔口大量涌出,孔内严重坍塌。因总包及施工单位经验不足,在此情况下,错误地采取强行钻孔的方法