长江下游地区巨厚砂层中钻孔灌注桩施工技术

1、长江下游地区巨厚砂层中钻孔灌注桩施工技术摘要:根据张家港、扬州等地砂层中施工钻孔灌注桩的实践,论述了巨厚砂层对施工的影响,指出必须采取配制优质泥浆、建立科学的泥浆循环系统、选择合适的钻具及钻进参数、进行孔径检查、提高灌注效率等技术措施,介绍了在砂层施工中应注意的问题和有效处理埋钻事故的方法。关键词:巨厚砂层;钻孔灌注桩;坍孔;泥浆;孔径测量;埋钻;长江下游0引言长江下游地区广泛分布巨厚砂层,在此地区施工大规模钻孔灌注桩,往往事故发生率高、速度慢。作者在组织施工张家港东海粮油筒仓、江苏油田扬州基地综合楼等多个工程的基础上,试论述砂层中施工钻孔灌注桩的有关技术问题。1砂层特点及对工程的影响砂土的内

2、聚力为零,只有内摩阻力1,靠内摩阻力来保持稳定。在地下水位以下,砂土含水量和湿化程度增高,内摩阻力和抗剪强度降低。由于钻孔的形成,应力向孔内释放,最初表现为孔径总体变小,砂层中的粉质粘土夹层部位明显缩径,最终表现为砂层孔壁的坍塌2。由于砂层的以上特点,决定了其对施工钻孔灌注桩有以下影响:(1诱发钢筋笼下不去;(2孔壁不完整,充盈系数难以控制;(3砂粒沉淀快,易引起孔内沉渣厚及埋钻事故;(4施工速度慢。2主要施工技术211泥浆技术21111配制优良泥浆保证在巨厚砂层中顺利施工的关键是护好孔壁,而泥浆的优劣直接关系到护壁的效果。试桩阶段可采取优质膨润土制浆,其护壁效果好。大规模施工阶段,如用优质膨

3、润土制浆,虽然护壁效果好,但如操作不当,不但会造成孔壁的泥皮过厚,减少桩周摩阻力,降低桩的承载力,而且施工成本高。我们均选用当地高塑性粘土作为主要制浆材料,优质膨润土作悬浮剂,碳酸钠作为分散剂,并进行优化配制。配1m3比重为1125的泥浆需当地优质粘土400kg、膨润土50kg、碳酸钠015kg1kg、其余为水800kg,以上配比根据实际情况适当调整。每台钻机挖一个15m330m3的泥浆池,配备一台电动搅浆桶,坚持不制好泥浆不准开孔制度,并不断补充泥浆。泥浆指标:比重1125,漏斗粘度18秒22秒。21112加长泥浆循环沉淀槽,设置科学的循环系统巨厚砂层中的钻渣极易沉淀。如孔位距泥浆池近,泥浆

4、池在较短时间内会被钻渣填满,泥浆在循环过程中得不到优化,含砂率高、胶体率低,泥浆指标满足不了钻进要求。必须利用场地条件,有意识地加长循环沉淀槽长度,其长度可达50m80m,其中的钻渣用人工清除。加长了循环沉淀槽长度,砂粒在泥浆循环沉淀槽中逐渐沉淀,泥浆在循环过程中得到优化,形成了良性循环系统。经过优化的泥浆进入泥浆池继续使用,既能保持泥浆的性能,又降低了制浆的成本。循环沉淀槽中隔一定距离设置一定数量的小沉渣池。小沉渣池应比循环槽深,应跳开桩 图1泥浆循环系统示意图位因地制宜设置。总泥浆池宜设置沉渣池、废浆池、泥浆池,中间设有一定高度的砖墙,其作用为简易过滤和隔离(图1。进入泥浆沉渣池中的砂用泥

5、浆泵挖塘机组排送到甲方指定的低洼处,以填高洼地,也可用机械捞渣运出,废浆用泥浆罐外运,性能好的泥浆可重复利用。212钻进成孔技术成孔应采用全孔泥浆护壁正循环回转钻进,既要确保优质泥浆用于成孔,又要选用适合砂层钻进的钻头,还要摸索并确定合适的钻进参数。21211通过试验确定钻头形状与直径应选用双腰箍三翼合金钻头,钻头的鱼尾宜尖不宜钝。双腰箍对保持钻孔的孔径十分有利,尖鱼尾有利于钻头在机械力和重力作用下刺入破坏砂层,提高钻速。在砂层中钻头磨损大,应在重要的易磨损构件上加焊合金,以提高钻头的使用寿命。根据在其他土层的施工经验,选用钻头的直径一般比设计的孔径小20mm左右,就能保证达到设计要求。但在砂

6、层中施工钻孔灌注桩,钻头的直径需根据不同地区不同砂的状态,通过摸索试验确定。张家港东海粮油筒仓场地内为松散的全孔砂层,成孔后的孔壁整体向孔内收缩。用<580mm的钻头成孔,经孔径检测达不到设计<600mm的要求,并有局部坍塌,诱发钢筋笼下不去。为此将钻头直径加大到<620mm,解决了孔径小的问题。江苏油田扬州基地场地内0m1315m为稍密中密的粉砂夹粉土,其下为粉质粘土。施工时,先采用<710mm的钻头施工<700mm的桩,经孔径检查,孔径达到730mm 750mm,充盈系数过大。经分析认为,该地上部砂层密实程度高,下伏地层又是自造浆较好的粉质粘土,成孔时的护壁条

7、件好,钻头应调小到<685mm <690mm。经调小钻头直径,孔径和充盈系数满足了设计要求,可见,钻头的直径应在施工试桩时认真研究确定,并在正式施工阶段逐台验证。此外,钻头的直径还与钻机性能、钻机的平稳程度、钻速、钻杆的垂直度有关。严禁使用不直的钻杆,应经常检查钻杆的垂直度。21212选择适应地层特性的钻速钻进速度是全孔砂层钻孔灌注桩施工值得重视的内容。成孔速度太快,则泥浆在孔内循环时间短,护壁不好,而且造成沉渣太多,不但孔径达不到要求,而且诱发孔内事故。钻进速度太慢,则工作效率低,难以保证工期。所以,选择合适的钻进速度尤为重要。通过摸索总结,开孔5m内应慢慢进尺,此后钻进速度以6

8、m/h 8m/h为宜。如按此钻速,用好泥浆,可避免扫孔,一次顺利成孔。213井径仪抽测钻孔直径,检查指导施工在不同的施工阶段,对不同机台施工的不同钻孔,应进行有目的的抽测孔径。检测仪器选用上海地质仪器厂生产的JJ Y-3型井径仪、JJC-1A灌注桩孔径检测系统。抽测数量在10%15%左右,开工初多安排一些机台和钻孔,以摸索孔径与地层、钻头直径、钻进参数等之间的关系。在张家港、扬州施工时,分别抽测了26个孔、14个孔的孔径。通过对孔径测量资料整理分析,了解孔径垂直方向的变化;分析工程地质条件与孔径之间的关系及工序对孔壁的影响;比较不同性能泥浆对孔壁的护壁效果;了解不同钻头、钻具与孔径之间的关系,

9、通过孔径与灌注量的对比,检查了解灌注质量。图2反映:某地539 #孔经扫孔后虽孔径达到了要求,但由于种种原因孔壁不平整,易造成坍塌。718#孔未经扫孔,孔壁较平整。该图指导我们必须做到一次成孔达到要求,避免扫孔;在不同土层界面附近及透镜体中更要用好泥浆,防止坍孔。214配足人力和机械,提高灌注效率采用导管法水下砼灌注成桩工艺。成孔后至灌注完成间的间隔越短,则孔壁完整的概率越大,有利于保证桩的质量。所以,缩短成孔后至灌注前的时间,加快灌注速度,是巨厚砂层钻孔灌注桩施工中重要的措施。缩短时间间隔的主要途径有:成孔符合要求后,一次清孔彻底,以减少二次清孔的时间;在成孔结束前,做好灌注的各项准备工作,

10、减少灌注的辅助工作时间;利用吊机安置较长的钢筋笼,以减少孔口对接钢筋笼的时间。提高灌注速度的主要途径有:机具完好,准备工作充分;配备足够的劳动力;配备具灌注经验的人员;砂、石料堆放尽量靠近搅拌机或用商品砼;采用吊机灌注。 图2孔径测量剖面与工程地质柱状对比图护筒直径800mm ,经扫孔,539#孔孔壁不平整,与层界面处坍塌。718#孔在层细砂透镜体中有扩径现象,未经扫孔,孔壁平整。素填土;青灰色粉砂,夹粉质粘土透镜体;黄灰黄绿色粉砂夹细砂透境体;粉砂夹粉质粘土。3施工中应注意的问题311按规范埋设护筒施工前一定要按规范要求埋设好护筒,并用铁丝吊到机架下。如不认真埋设护筒,孔口可能会造成塌方,甚

11、至使护筒掉入孔内,给施工带来困难。312停电或泵坏立即提钻施工中如发生泥浆泵损坏或遇停电时,应想方设法将钻头提上或提到孔外,防止钻渣快速沉淀、坍孔而造成埋钻事故。313及时清理循环系统中的钻渣施工中往往忽视清除循环槽、小沉渣池中的钻渣,这将大大弱化循环系统优化泥浆的功能,造成因泥浆质量差而形成的孔内事故。314经常检查钻头和导管砂层对钻头、导管的磨损是迅速有力的,必须经常检查钻头的外径及鱼尾的形状变化,以确保孔径和钻进速率。必须经常检查导管的密封程度,防止导管在灌注时漏水,而造成堵管、断桩等事故。315前道工序为后道做充分准备合理安排工序,做好各工序之间的衔接工作,前道工序为后道工序做好充分准

12、备,是在巨厚砂层地质条件下,对钻孔灌注桩施工的必然要求。如一次清孔不彻底,二次清孔的难度就更大,沉渣厚度将达不到设计要求,难以进行下道工序。所以,施工中应制订工序检验表格,经质检员验收合格后,才能进行下道工序。这些措施,可加快施工速度和提高施工质量。4有效处理埋钻事故的方法缩径、坍孔、钢筋笼下不去、充盈系数难以控制等问题通过采取有效的技术措施是可以预防和处理的,但如发生埋钻事故,往往处理难度较大。必须根据砂层沉淀快、易板结的特点去制定处理方案。常用的上拉下顶、钻杆冲孔等方法,可能会延长处理事故的时间,效果一般较差。作者在张家港施工中摸索了简易导管清渣装置3,即在导管底部焊接钉耙状钉子,在上下提

13、升导管凿动板结砂层的同时,启动3PN 泵送优质泥浆,用泥浆携带凿松用被悬浮的砂子到孔外,逐步清除埋在钻头上的钻渣,达到处理事故的目的(图3。此方法对处理砂层中埋钻事故有较好的功效。5结语在巨厚砂层中施工钻孔灌注桩,有其施工的特殊性。采取了上述一系列措施,孔径、孔深、沉渣厚度、充盈系数等指标均能达到设计要求,质量得到控制,减少或杜绝了工程事故,消除了巨厚砂层对钻孔 图3导管清渣器工作原理图12废浆溢出孔口方向;223PN 泵送浆时导管中的流向;32导管;42清渣盘及耙钉;52泥浆在沉渣面上的流向;62沉渣面;72孔壁;82沉渣;92钻杆;102钻头灌注桩施工的影响。张家港工程结束后,中外业主随机

14、抽了5%的桩进行了高应变检测,43根桩均为A 类桩,优良率100%;余下的95%的桩全部进行了低应变检测,优良率达到99%以上,质量等级优良。江苏油田扬州基地综合楼桩基进行了静载荷试验3组、高应变12根、低应变124根,其中131根为A 类桩,5根B 类桩,优良率为9613%,桩基工程为优良,被国土资源部评为文明工地,主体工程获得国家“鲁班奖”。长江下游地区多个工程的成功施工,为砂层中施工大规模钻孔灌注桩积累了丰富经验。参考文献:1秦春芳.安全生产技术与管理M.北京:中国环境科学出版社,1995.81.2黄跃进.张家港巨厚砂层对钻孔灌注桩施工影响及对策J .江苏地质科技情报,1996(5:18

15、.3黄跃进.简易导管清渣器及其应用J .探矿工程,1998年增刊(169岩土工程施工专辑:154-156.4郑会俊.高压旋喷法在镇江市南徐路软基处理中的应用J .江苏地质,2003,(273:179.T echnology of Pre 2bored Piles Applied in Mega -heavy Sandy Layersin Lower Reaches of Y angtze RiverAbstract :Distributed widely in Lower Y angtze River Reaches ,the mega 2heavy sandy layers form a p

16、oor construction foundation with pre 2boredpiles and are considered to be frequent accident scenes and slow drilling.According to the operations of pre 2bored piles in the sandy layers of Zhangjiagang and Y angzhou regions ,the author thinks it is necessary to carry out technical measurement includi

17、ng the formula of high 2grade slurry ,perfect circulation system of slurry ,suitable drilling tools and parameters ,inspection of the bore diameter and enhancement of grouting ef 2ficiency for an ideal construction process.As an imperfect groundw ork ,the effect of the mega 2heavy is explained.The main operations and ef 2fective treatment for the drilling accidents are introduced for the construction in sandy layers.K eyw ords :Mega 2heavy sandy layers ;Pre 2bored piles ;S lump hole ;S lurry ;