机械泥浆钻冲成孔与水下灌注桩技术监控措施

机械泥浆钻冲成孔与水下灌注桩技术本文简述桩基础：桩是深入土层的柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础，简称桩基，其作用是将上部结构的荷载，通过较软地层或水传递到深部较坚硬的压缩性小的土层或岩层。一般房屋基础工程中、桩主要承受垂直的轴向荷载，在河港、桥梁、高耸塔型建筑、桩基通过作用于桩尖（或称桩端、桩底）的地层阻力和桩周围土层的摩阻力来支承轴向荷载依靠桩土层的侧向阻力支承水平荷载。但是在各类大口径机械成孔桩基础施工工艺中，在不同的地区及不同地质构造和复杂地层的地质成因，在施工中常遇到的技术难度及质量，安全事故处理。复杂地层的地质成因：地质因素是产生复杂地层的内在因素，岩石受地质构造运动，风化作用，地下水等的影响，而使岩石的稳定性质是由组成岩石的矿物成分和结构所决定的。对未遭受地质破坏的岩层来讲，岩石组成的矿物成分硬质高，结构越致密，胶结程度越好，强度越高，岩石也就愈坚硬，稳定性也越高，相反，组成岩石的矿物质较软，结构强度很低，岩石均比较松散，例如：素填土、杂填土及第四系的冲积层、复盖层等、这类地层主要是由水（或风）的搬运沉积而成，是由粘土、砂、卵砾石，碎石等组成，其特点是松软无胶结具有良好的透水性（粘土除外）稳定性差，在这类地层中钻进冲击，易出现孔壁坍塌、掉块、探头石、漏水、漏失泥浆等现象，故在这类地层钻进冲击成孔过程中，正确地选择泥浆冲洗液类型和泥浆的比重及粘度，维护孔壁稳定，防止缩径、坍塌、掉块、漏失（或漏水）的重要措施。机械冲击成孔灌注桩1.适用范围及原理：冲击钻成孔施工法是采用冲击式钻机或卷扬机带动一定重量的冲击钻头，在一定的高度内使钻头提升，然后突放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩石形成桩孔，再用淘渣筒或其它方法将泵送泥浆至孔底进行循环将钻渣岩屑排出孔外。每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。其优缺点：优点：用冲击方法破碎岩土，尤其是破碎有裂隙、溶洞、溶槽的坚硬岩土，所消耗的功率小，破碎效果好。同时在冲击土层和破碎地层时所产生的冲击挤压作用，形成的孔壁较为坚固，相对减少了破碎体积，对裂隙、溶洞、溶槽充填从而节省了大量的砼。在冲击过程中为确保桩基质量，在裂隙、岩溶地层钻进时，做到下列事项：冲击钻头操作平稳，尽可能少碰孔壁；先用较圆形冲头，冲程宜小不宜大于0.5m；遇到裂隙，漏失泥浆时，可边冲击边投入粘土，碎石、毛石，直至穿过裂隙，漏失泥浆地带，能有效避免了垮孔、卡钻事故；遇溶洞时，可减少冲程和悬距进行边冲边向孔内投入小毛石或碎石，以冲挤到溶洞内充填物中作骨架，慢慢穿过溶洞地带，当遇到易垮塌地层时，能迅速将钻头提离孔底及孔口外。缺点：在利用钢丝绳牵引冲击钻头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头、掏渣、孔桩纠斜上、钻进效率较低。随着孔桩的加深，掏渣时间和孔底清渣时间均增加，而且在内冲头遇到溶槽、溶洞、造成冲头倒锤、卡锤、梅花孔的控制能力较低，从而对孔桩的垂直度及孔。2.泥浆调制及泥浆护壁携渣原理：=1\*GB3①、在孔桩附近挖宽2.00米长3.5米深1.00米的泥浆池一个,并安装泥浆专用泥浆搅拌机一台，并使用膨润土或优质粘土再添加聚炳烯酰胺(PH)和火碱羚甲千维素(CMC),CMC为羚甲基，（caboxymethyi）与千维素（cellulose）以及乙醚化合成的钠盐，是具有水溶性与电离性能的高分子物质，与水泥几乎不发生作用，但这样的泥浆成本过高。=2\*GB3②、在孔桩内填入粘性好、含砂量少的优质粘土，通过冲击钻头反复冲击形成搅拌原理，让新投入的优质粘土和孔内原生土水的混合物制成密度大于1.4以上的粗糙泥浆，在不抽水的情况下，泥浆在孔内对孔壁产生一定的静水压力，可抵抗作用在孔壁的侧向土压力和水压力，防止坍孔。同时失水量小的孔，泥浆会在孔壁上形成薄而坚韧的泥皮可防止泥浆漏失，防止渗入孔壁的自由水，从而对孔壁具有良好的保护作用。泥浆具有一定的粘度和包裹性，它能将孔内因冲击孔底而产生的土渣、岩屑、在泥浆泵的作用下悬浮起来，并通过泥浆循环置换出孔桩外完成泥浆对孔桩清渣工作。施工工艺流程：施工程序：=1\*GB3①、桩位测定：桩孔经放样效对后进行护筒埋置，或人工挖孔砼支护。=2\*GB3②、设置护筒：（或人工砼支护）。护筒内径应比冲击钻头直径大200至300㎜，如直径大于1.00m的护筒如果钢硬度不够时，可在顶端焊加强环，在护筒外壁焊竖向加肋筋，护筒过于太大,可改用人工支护砼。=3\*GB3③、安装冲击钻机:冲击钻进、清除沉渣（用掏渣筒或泥浆泵循环），冲击钻进在钢丝绳冲击过程中，最重要的问题是如何保证冲击钻头在孔内以最大的加快速度下落，以增加冲击功能，故应在不同地层选择合理冲击头的重量：冲击钻头的重量一般按其冲孔直径每100㎜/㎡取100-140㎏为宜，对于硬岩石层或刃脚较长的钻头取最大值，相反取最小值，选择合理的冲击悬距，最优悬距是保证钻头最大切入深度而使钢丝绳没有悬距正常之间。悬距过大或过小钢丝绳抖动剧烈，悬距正常，钻机运转平稳，钻进效率高。冲击行程和冲击频率是指冲击梁在下死点钻头提至最高点时钻头底刃面距孔底的冲击次数，一般冲击频率为40-48次/分为宜，冲击钻进孔桩施工总的原则是根据地层情况，合理选择钻进技术参数。少松长绳，勤松短绳，（指次数）勤掏渣，或泥浆正循环时、勤清理泥浆槽和泥沙沉淀池。冲击钻机冲击进尺原理见示图：图1控制合适的泥浆比重：施工时，要先在孔口埋设护筒，或人工砼支护，然后钻机就位，使冲击锤中心对准桩孔中心，开始应低锤密击，在松散、松软土层中应及时加片石，砂砾石和粘土夯实及泥浆护壁，使孔壁被挤压密实直至孔深达护筒底以下3-4m后，才可加快速度，将锤提高至正常高度进行冲击，并随时测定和控制泥浆比重，各娄土层中的冲程和泥浆比重关系：在护筒中及其刃脚下3m,低冲程1m左右，泥浆比重1.2至1.5,土层松软时投入片石和粘土块将造成坚实孔壁。粘性土.粉土层用中.低冲程1至2m,加清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块，防粘钻.吸钻.提高钻进效率。粉.细.中.粗砂层用中冲程2至3m泥浆比重1.2至1.5，投入粘土，勤冲，勤掏渣将孔反复冲击造成坚实孔壁，可以防止坍孔。砂卵石层用中.高冲程2至4m，泥浆比重1.3左右，多投粘土，减少投石量，这时可以加大冲击能量，提高钻进效率。基岩用高冲程3至4m，加快冲击频率8至12次/min，泥浆比重1.3左右，加大冲击能量，提高钻进效率。软弱土层或塌孔回填重钻就用低冲程反复冲击，加粘土夹小片石，泥浆比重1.3至1.5将造成坚实孔壁。淤泥层用低冲程0.75至1.50m增加碎石和粘土投量，边冲击边投入，碎石和粘土挤入孔壁，增加孔壁稳定性，当泥浆达到泥浆泡和度时，需及时外排稀释，否则严重影响冲击进尺。水下混凝土灌注灌注水下混凝土的方法主要有以下几种：预填骨料的灌混凝土。箱底张开法灌注混凝土。用混凝土泵送法。用导管法。在泥浆护壁钻孔灌注桩施工中几乎都用导管法。故本节只讲介导管法灌注水下混凝土的施工。1、导管或注混凝土的基本原理所谓导管法是将密封连接的钢管作为水下混凝土的灌注通道,其底部以适当的浓度埋在灌入的混凝土拌合物内,在一定的落差压力作用下,形成连续密实的混凝土桩身.导管法灌注混凝土的优缺点=1\*GB3①、优点：能向水深处迅速地灌注大量混凝土，不用排水、利用有利的地下条件对混凝土进行标准养护（即养护条件接近于标准养护，作业设备和器具简单，能适应各种施工条件。=2\*GB3②、缺点：由于是水下混凝土，故每立方米混凝土的水泥量比一般混凝土要多，在桩顶形成混凝土浮浆层较厚，要精心的管理，否则稍有疏忽，就会出现断桩，不易保证混凝土的质量，灌注量大时，作业时间和劳动强度都比较大。导管灌注的主要机具：主要机具有：向水下输送混凝土用的导管，导管送料用的漏斗；初灌量大时，还应配备储料斗；首批混凝土填充导管的隔离混凝土与导管内水所用的器具，如滑阀、隔水塞和漏斗拉盖、导管底盖，但是，大口径桩所用的导管口径相应较大，用底盖隔离水，大口径导管因泥浆浮力大而无法将导管下至孔底，故采用漏斗拉盖法，就是在漏斗底处设置，用钢绳连接，拉盖当储料斗储满混凝土后将用机具拉开拉盖。根据不同需要进行套管选择参考表1：表1套管内径（mm）适用桩径（mm）通过混凝土能力（m3/h）导管壁厚（mm）连接方式备注无缝钢管钢板卷管200600-12000108-94-5丝扣或法兰导管的连接或卷制制焊缝必须密密封，不得漏漏水230-255800-1800015-179-105法兰或插接300≧15002510-116注：本表大多数参数摘自江西省地矿局“钻孔灌注桩施工规程”1989年4月。漏斗拉盖法示意图2、3：安全与孔内事故及处理：冲击钻机施工时，根据不同地层，使用不同冲头，，是确保安全施工和提高效益有着直接关系的，但是在任何地区施工中，孔内事故都是无法被免除，例如贵阳医学院学术交流中心工地，在施工过程中所遇到的几个典型事故：ZKB11，设计桩径1.6m，设计孔深11.06m，在孔深进入10.70处，操作人员将机具正常提下钻头，对孔桩的过厚泥皮进行机械式剥蚀，突然出现严重卡钻事故，经分析是严重的下卡事故，其该地区地层属于典型喀什特地层，溶洞、溶槽、裂隙、特别严重，在事故处理中，非常困难。①、该地区地下水特别丰富进行人工护壁挖掘处理时，又不能抽地下水。②、由于在闹市及居民住宅区，又不能采用爆破震动冲头底部。初步方案有两个：①我们在原有的一期工程中，我们曾经处理过ZKX56#孔桩，桩镜径1.3m，在孔深14.5m处冲头被卡，采用了加大提升能力，（吊车协助），后又采用钩链式吊锤上打无果，最后采用GQ12回旋钻机，采用保径1.3m铜状钻头切钻到冲头底部，但是反复切钻十七次，才进入到钻头底部，虽处理好了该事故，但是花费了大量的人力、物力。当时处理该事故见示图：图4所以在处理ZKX11#孔时，就改用处理方案，用压力千斤顶50吨2个，在孔口上架设钢轨4-6根，用12mm厚，