不良地质条件下冲孔灌注桩施工技术

1、浅谈不良地质条件下冲孔灌注桩施工技术 摘要 本文主要介绍了泥浆护壁冲孔灌注桩在不良地质条件下施工方法和施工的要点，并对主要的施工环节进行了系统阐述。关键词 不良地质 泥浆护壁 灌注桩 施工 质量 控制深圳市*号线现更名为地铁龙岗线起自*站，终点止于*龙站。线路长32.859公里，其中地下线长8.533公里，高架线长21.727公里，地面线(含过渡段)长2.599公里。本标段施工的里程桩号为YCK26+150.00(区间路基填挖分界点)YCK33+162.00(爱联站端，不含爱联站)，全长7.0126km。本工程不良地质的分布位置主要集中在大运站爱联站区间。笔者结合冲孔灌注桩施工的经验，以大运站

2、爱联站区间施工的194根1200mm桩径施工为例，谈一谈在不良地质条件下泥浆护壁冲孔灌注桩的施工方法、和质量控制，供同行参考。一 工程地质及基础情况本标段场地范围上覆第四系冲洪积（Q4al+pl）淤泥质黏土、粉细砂、残积土层，下伏基岩为泥质砂岩、板岩、变质砂岩、灰岩等。沿线地层分布有不良地质，如：岩溶、岩溶地面塌陷、砂土液化及断层破碎带，给桥、梁桩基施工带来许多不可预测的因素，也加大了施工难度。本区间桩基设计均为嵌岩桩，桩端持力层为微风化岩层。桩孔直径为12001500mm，设计桩长大致为2428m之间如遇到溶洞、断层要穿过溶洞及断层，桩端必须进入设计持力层，入岩深度不小于一倍桩径，单桩承载力

3、设计值为 1100T，混凝土强度等级为C30。二. 不良地质条件下的施工 溶洞处理根据勘察地质资料显示，本工程部分不良地质位置主要集中在奥体新城站爱联站区间，为岩溶地区，桩基础有溶洞，最大洞径高达7.3m。对于存在溶洞的桩基础施工，本工程决定采用CK1800冲孔桩机成孔，桩锤选用68T。1、冲孔桩机成孔 护筒安装，护筒的埋置深度，一般情况下，在黏土中不小于1000mm,砂土不小于1500mm，护筒顶面应高出地面300mm。护筒安装后，先在护筒内投入粘土，用冲击锤以小冲程反复冲击造浆。冲程大小和泥浆稠度应按通过的土层情况掌握。冲击一定时间后，将冲击锤提出，换上掏渣筒，下入孔底掏取钻渣。掏渣后及时

4、向孔内添加泥浆或清水以维持水头高度；冲孔检查与测量，冲进过程中，经常检查成孔情况，用测锤检测孔深及桩孔倾斜度，为保证孔形正直规则，冲进中必须经常用检孔器检孔。还要注意钻渣捞取及判明冲进实际地质情况，并填入施工记录表中，并与超前钻提供的资料和地质剖面图进行核对，发现不相符及时通知甲方、监理和设计人采取对策，保证冲孔正常顺利进行；根据冲进过程中实际土层情况控制进尺快慢和泥浆性能指标。在粘土和软土中，宜采用中冲程冲进；在粉砂土、粗砂、粉砂岩、泥岩、风化岩中采用大冲程冲进；施工作业分班连续进行，施工过程一气呵成，不得中途停顿，如发生故障及时通知区间主管工程师，采取措施解决；若停止冲进时，必须将锤头提起

5、；施工时必须详细填写冲孔施工记录，交接班时要向下一班交待冲进情况及注意事项；在冲进过程中，必须注意补充水量（泥浆），维持护筒内应有的水头高度，防止孔壁坍塌。如发现有漏水现象，护筒内水位缓慢下降，应首先集中力量加浆补水，不得使水位急剧下降，然后再针对漏水原因进行如下处理：属于护筒漏水时，应用粘土在护筒周围填土加固。漏水严重时应返工重埋护筒；如在冲孔时发生孔内水位骤降，很可能是遇到溶洞，必须进行处理，具体处理方法见“溶洞处理方法”。2、溶洞处理方法：施工前准备桩施工前根据地勘资料对可能有溶洞的桩进行超前钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据；对溶洞内的填充

6、物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据；根据地质超前钻探资料和溶洞内的填充物情况,制定出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施；对每种处理方案，进行详细的计算和分析，并在施工前在桥梁基础以外位置进行溶洞注浆及钻孔试桩试验，取得经验数据后再组织指导桩基施工；遇到大溶洞时溶洞高度大于1.5M以上，必须报请监理工程师、业主和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。具体处理方案对于封闭的比较小的溶洞，采取注浆，提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物或填充物不满，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆，若充填物呈松散或软塑状态时，直接注浆固结即可，若充填物

7、已固结呈硬塑状态时，则可以直接冲孔,但需加强泥浆护壁；溶洞内无填充物或填充物较少需向洞内填充砂子的，选择一个合适的孔位，放入并固定钢套管，将注砂管与钢套管相连接，在注浆前灌砂。根据成桩直径、围护体积的最小直径及堆积体成形规律，计算填砂量。用压风机将干砂压入，为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它孔作为减压孔。待达到计算的填充体积,压力稳定时,即可停止。若设计要求灌入碎石则必须钻一个大孔(直径不小于300mm)放入钢管并固定，钢管上置碎石料斗，碎石粒径不大于20mm，投料时振动钢管，以防止堵塞，填充量控制与填砂控制方法相同；对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等，冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土，甚至投入整袋水

8、泥堵塞起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过岩溶区；对于一些较大的溶洞，均采用钢护筒的成孔方式。具体做法是根据溶洞的高度制作钢护筒，将钢护筒用桩锤，打入溶岩至穿越溶洞底层至不透水层。、主要施工方法及检验 1.注浆施工根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔，钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况；用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.51.0范围，具体压力值由现场试验确定。速度为1520/，其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石)，然后固结，渗透最小直径定为3.0，以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充

9、物的底部，然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快，根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆,用32.5级水泥,水泥浆配合比为,水水泥=0.81.0。若需用水泥砂浆，则配合比采用,水水泥砂=110.8，若需要加水玻璃时，水玻璃的含量根据现场试验确定；单花管注浆，管头花管段长度为1000mm，孔眼直径和间距根据现场试孔后确定，注浆管外径为70，比钢套管内径要小。注浆时，通过注浆泵上的仪分析确定注浆的速度和结束时间，压入量根据渗透半径、固结体积来计算，公式为=2(1-)。式中，为渗透半径；为溶洞高度；为填充物的孔隙率；为超灌系数；为地区性经验系数；、为充填率与充填系数。这些参数

10、和系数可根据现场试验确定；为防止浆液流失太远造成浪费,可采用间歇注浆方式,使得先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止；注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场主管工程师根据注浆方案掌握。2.溶洞位置桩的成孔.采用冲孔方式成孔；对于溶洞较大的桩，采用钢护筒成孔，我们的具体做法是根据溶洞的高度制作钢护筒，将钢护筒用桩锤轻锤慢击，打入溶岩至穿越溶洞底层至不透水层。.冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行，一般等待时间为10d左右； .为防止意外，冲孔前备有应急措施，备好材料，一旦泥浆泄漏，及时向孔

11、内投放粘土、水泥和片石，靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使得冲钻顺利进行；.加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆，当缺少优质粘土时，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆胶体率和悬浮能力，其泥浆配合比为黄土水泥烧碱=10.20.4，锯末按黄土体积的10%掺入；.当岩面的倾斜角度较大时，钻头摆动撞击护筒或孔壁，这时，回填片石，可使孔底出现一个平面后再转入正常冲孔；.在接近岩溶地段，采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔，以防卡钻和掉钻。3.桩的成孔检验对于岩溶地区，全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的关键。影响全岩面判定的因素较多，主要从以下四个方面来进行全岩面的

12、综合判断：以桩孔冲孔实际见岩高程开始，,至少进尺500mm后，可申报全岩面检验，超前钻孔柱状图揭示的岩面高程只能作为参考；查阅桩机施工记录，可将基岩进尺速度0.10.2/作为进入全岩面的控制速度；可观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微反弹；使用细目筛网捞取岩渣,岩屑含量50%70%,且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。如出现特殊情况或判断标志不明显，意见分歧较大时，则采用现场钻探揭露的办法来证实，即在桩孔中心四周均匀布设4个5个勘探孔，用工勘钻机俗称百米钻进行钻探，用触探到的各点岩面高程进行比较，判断出全岩面。三. 混凝土灌注过程中特殊情况的处理方法及施工要点在水下砼灌注过程中，一

13、但出现问题，应立即分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救，冷静处理，不宜轻易中止灌注。、导管进水。1.主要原因首批砼储量不足，安置导管距孔底间距过大，砼下落不能埋住导管底口，以致泥浆从底口进入； 导管接头不严或螺杆断折、焊缝破裂，泥浆从接口或焊裂处进入；导管提引过猛或测深错误，导管口提离砼面。2.处理方法及施工要点 对于第一种原因采用提起导管，重新清孔；对于第二种、第三种应进行重新插入导管。、卡管1.原因： 初次灌筑时隔水栓卡管，或由于混凝土的各种原因造成。处理方法和原则：用长杆冲捣和捣动导管，或用附着式振动器振动，如不落下，则必须将导管提出清孔，然后重新安装导管灌注混凝土； 机械故障或其

14、它原因使混凝土已初凝，增大了混凝土混凝土下落阻力，混凝土堵在管内。2.处理方法及施工要点：启动应急设备，实施应急方案。若混凝土已初凝，则拔出导管，停止灌注，制定处理方案，报业主及监理审批后予以实施。、坍孔1.原因：灌注过程中泥浆性能的变化易造成坍孔；2.处理方法及施工要点：对于小坍孔，保持加大水头，防止续继坍孔，若坍孔稳定则恢复正常灌注，加大导管埋深，将坍孔泥砂排出，如坍孔严重应立即中止灌注，将导管提出，用粘土回填，待坍塌稳定后，再商定处理方案。、埋管1.原因：导管埋置过深，或提管过猛，将导管拉断；2.处理方法及施工要点：导管埋深不得大于4.0m，导管埋入混凝土的长度取决于灌注速度和混凝土的性

15、能，任何时候不得小于1米，一般控制在24米内。提升不能过猛，应视现场实际情况由有主管工程师处理。. 混凝土灌注质量控制1.混凝土施工前要有有资质的试验室出具的配合比报告，混凝土要有良好的和易性，坍落度控制在180mm20mm.2.钢筋定位，第二次清孔完毕，检查合格后，下导管，并检查气密性，长度符合要求，保证底端距孔底300500mm，最好在30分钟内开始灌注混凝土，不能停留时间过长，以免塌孔。第一次灌注的混凝土量必须保证封底成功。3.混凝土灌注必须连续作业，不能中断，严禁导管提升过猛或导管埋入过深，造成断桩。混凝土灌注量要有专人记录，混凝土灌注时的充盈系数应控制为1.05.4.灌注桩的顶面标高

16、应比设计标高高出一定的高度，一般为0.51.0m,以保证桩头混凝土的强度，多余部分必须凿除。5.混凝土试块留置，每根桩留置试块不得小于3组9块、且每个工作班不得少于一组。四. 灌注桩质量施工控制、检查及检测 1、灌注桩施工质量检查、检测必须按建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002、建筑桩基技术规程JGJ94-94、深圳地区基桩质量检测技术规程SJG09-99的要求进行；2、抽芯试验时，使用地质钻机取桩身混凝土芯样作抗压强度试验，同时检查桩尖沉淀土实际厚度和桩底土层情况。要求钻进深度超过桩端进入持力层1.2m，钻取芯样直径为110mm。3、对进行超声波检测的桩，预埋超声波检测管

17、，检测管标准长6米，外径57毫米，接头采用焊接，上端应高出桩顶50厘米，下端用钢板焊接，不得漏水，浇注混凝土前在管内灌满水，上口用塞子塞住。每桩设置检测管3根。4、桩身检测，通常检测承载力采用单桩静载试验或高应变动测法、而桩身检测一般通过钻芯取样或低应变反射波法进行检验，由于冲孔灌注桩在地下，质量问题不可能直观地反映出来，抽样检测具有局限性，静载荷试验只能以点带面，数据比较直观，高应变只能对桩的承载力做出估计，小应变只能分析桩的完整性。本区间所有冲孔灌注桩均采用无破损检验方法进行了桩身检测，其中超声波检测58根，低应变检测 194根，钻芯取样15 根，检测结果一类桩179根占总数的92.27，

18、二类桩15根占总数的7.73，桩身混凝土强度全部符合设计要求，平均强度达到35.4MP，桩的承载力大于设计要求的1100T。五 施工质量控制及体会质量控制一般分为三个阶段，即为事前控制、事中控制、事后控制，在工程施工中，笔者认为事前控制尤为关键，时最为有效的控制手段，应该采取主动控制。本工程开工前，我们组织相关人员做了一下几方面工作。1. 熟悉设计图纸，依据设计图纸及相关的施工验收规范和施工组织设计、工程勘察单位提供的地质勘查报告，编制冲孔灌注桩专项施工方案，制定泥浆护壁冲孔灌注桩施工工艺流程，经监理单位审批后组织实施。2. 确定合理的冲孔施工机械设备，以满足冲孔要求。3. 项目技术负责人组织

19、施工技术人员、施工操作人员进行技术、安全交底使施工操作人员充分了解灌注桩的施工工艺特点，熟悉本工程的地质情况，掌握施工质量控制的要点，技术要求、质量标准。4. 施工过程中我们主要抓了以下几个环节：.测量定位，测量班放线后，由现场主管工程师组织相关人员进行复核、校对无误后报监理审批。.冲孔作业，连续进行，检查施工人员施工记录，经常对冲孔泥浆进行检测和试验，不符合要求时及时纠正，注意土层变化，在土层变化处提取渣样，进行对比分析。始终保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度及黏度，成孔达到设计要求后，及时请各方验孔，合格后方可进行第一次清孔。.泥浆制备，在冲孔过程中，为防止塌孔，稳定孔内水位及便于清渣，采用黏土制备泥浆护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差进行护壁，以确保护壁的稳定。在操作中，合理的控制不同岩土层中泥浆的指标显得非常主要，本工程泥浆性能指标详见下表 泥浆参数表性质一般地质松散易坍地质比重1.01.251.21.4含砂率8484粘度(s)16221928.第一次清孔，清孔分两次进行，第一次清