块石、漂石地层钻孔灌注桩施工技术总结

aa块石、漂石地层钻孔灌注桩施工技术总结块石、漂石地层旋挖钻孔桩施工技术总结(中铁二局第四有限公司北京磁浮项目部向兵兵)摘要：一直以来，钻孔桩施工是各大工程项目施工中的一项重要组成部分，使用旋挖钻孔的理论技术也日趋成熟，但对于某些特殊地质情况的施工仍面临许多问题。本文就北京磁浮交通示范线(S1线)车辆段与综合基地项目在综合办公楼钻孔桩施工中遇到块石、漂石地层等特殊地质情况的施工进行了详细的阐述，分析并总结了钻孔桩施工遇到的各类特殊难题，以此扩充钻孔桩施工的理论技术宝库。关键词：钻孔桩技术总结特殊地质块石、漂石地层1工程概述1.1工程简介本工程为北京市中低速磁浮交通示范线(S1)线西段工程车辆段与综合的大型轨道交通车站。图1北京磁浮S1线西段工程车辆段与综合基地鸟瞰效果图-1-层层，局部五层；综合办公楼钻孔灌注桩采用旋挖钻孔施工，桩基受力类型为端承桩(共计桩基174根)，端承桩设计桩径1.0m，设计桩长要求进aa入中风化岩层不小于一米，设计灌注桩采用钢筋笼及混凝土灌注而成，混aa图2综合办公楼局部鸟瞰效果图1.2场地地质特征1.2.1水文地质特征总述车辆段施工场地属北京地区第四系地层，厚度一般约小于50m，无断裂层经过。本标段场地无滑坡、泥石流、岩溶及不稳定斜坡等不良地质作用，也无地面塌陷、地面沉降、地裂缝和活动断裂等地质灾害。场地除有填土和混合土分布外，无软土、湿陷性土及膨胀土分布。承压性较小，对桩基施工影响较小。地下水对砼结构及砼结构中的钢筋具有微腐蚀性。场地范围内地下管线较少，仅分布有少量居民生活用上水、下水管线和电线。-2-1.2.2特殊地质特征介绍径孤石块(圆砾、卵石)粒径大、分布随机性较强，石块强度高、不易破碎，对旋挖钻孔施工影响较大。综合办公楼基岩面(中风化岩层)起伏较大，基岩顶标高变化从71.2m到100.7m，当同一建筑物需要采用多种地基形式时，相邻桩基之间可能会产生较大的差异沉降，不利于变形控制。aa5.5m图4土方换填挖出粒径孤石、块石2工程数量不小于一米，实际桩长范围为7.17~34.73m，平均桩长17.65m，总桩长2030m。3施工重、难点及安全与质量控制要点-3-表1施工重点、难点表2安全控制要点-4-4施工方案比选4.1钻孔施工方案比选针对本工程施工场地的实际特殊地质情况，拟定以下几种方案，以解决钻孔桩施工中存在的难题。(1)方案一：人工护壁法采用旋挖钻机开挖，每次进尺0.8~1m，人工分节支模现浇混凝土护壁至原状土层，起护筒导向、稳固松散层的作用，人工护壁层一旦穿过块本方案施工工艺较繁琐，施工安全隐患大，人工护壁有凝结期使施工进度受影响较大，钻孔遇大块漂石、孤石时人工不易取出；本方-5-案优点在于可有效解决块石、漂石地层的坍孔问题，成本较高。aa(2)方案二：挖方换填法使用挖掘机，挖除表层以下6m范围内的碎石杂填土及块石、漂石地层直至挖到原状土层，而后运送粘土分层回填至原地面标高。换填对象：承台桩基宜以承台为单位挖方换填，筏板桩基宜全范围挖方换填；统计换填量为：G轴~M轴需换填1170㎡，A轴~F轴需换填3010㎡。本方案施工工艺简单，安全可靠性高。采用此方案可完全清除表层块石、漂石地层，保证旋挖钻能正常施工，且换填范围成孔质量好，扩孔和塌孔较小，不影响施工进度，但此方案工程量较大，成本略高，(3)方案三：回填粘土法浅埋护筒，干孔钻进至块石漂石土层塌孔后，向孔内干抛粘土，再采用钻筒反转挤压，粘土可通过钻筒挤压至附着于孔壁，形成护壁。本方案钻进穿透块石漂石土层后，因钻孔振动及提升钻筒时的扰动，桩周挤压粘土护壁层开始塌落，直至护筒悬空。因块石漂石土层渗水严重，钻机过程中若坍孔严重，因旋挖钻机自重较大(约65t)，松散地层极易发生钻机周边土体下沉，易造成钻机倾翻。且在水下混凝土灌注前、灌注过(4)方案四：孔内回填混凝土护壁法按常规方法浅埋护筒，钻进过程中若塌孔，清除孔内塌方后及时回填护直至粉质粘土原状土层。元/m3=510000元。aa(5)方案五：旋挖钻机全套管工艺旋挖钻机全套管工艺可采用搓管及振动埋设套管法穿过卵石填-6-土层，但此钻机本身数量较少，进出场及钻孔费用较高，综合办公楼桩基仅115根，施工成本较高，估算约增加投资120万元。4.2选定方案结合本施工场地特殊性，经过以上几种备选方案的比较，决定启用方案二(挖方换填法)。施工效果好，能有效去除场地原地面下的漂石、孤石，回填粘土能达到有弥补了工程量大、延误工期的缺点。综合现场施工效果、生产进度、生产成本、工程质量几方面考虑，选择方案二(挖方换填法)更适宜。5工艺流程本工程桩采用泥浆护壁法旋挖钻孔，成孔灌注施工。艺如下：施工准备→测量放线→土方换填→测量放线→埋设护筒→钻机就位对中→复核桩位、测量护筒顶标高→调正桩位→钻进→成孔、验孔→清孔→安装钢筋骨架→下导管二次清孔→灌注混凝土→钻机移位拔护筒→基坑开挖aa6实际作法1、经过综合办公楼这115根钻孔灌注桩的施工，将施工中的重难点(1)地勘报告中的杂填土层、碎石填土层、粉土层中含有大量块石、漂石层，大粒径的块石严重影响钻孔正常钻进。(2)孔内坍孔严重，造成混凝土超方严重。(3)成孔后孔壁塌孔较严重，造成沉渣较厚，常规换浆法清孔难以满足要求，桩基承载力不易达标。(4)施工场地面积小，机械操作空间有限导致施工工期延长。-7-(5)进入中风化岩层后，难以继续钻进，耗费时间较长。(6)干钻孔遇深水层地下水时，孔内坍孔较严重。2、本技术总结只针对施工中存在的与普通旋挖钻孔施工不同的重难点、安全质量控制要点进行实际作法的说明，我们经过分析讨论后归纳为(1)以一个承台或两颗桩基为单位，采用PC300型挖掘机对桩位原地面以下6m范围的块石、漂石层进行土方换填，回填土质来源于外运进运来的粉土。换填后将其压实，待12h以后再进行钻孔作业。(2)控制钻进速度和钻头提升速度，避免因为钻头抖动迅速、剧烈。(3)对于进行了土方换填的钻孔桩，为了减少混凝土超方量，钻孔aa改用1.5米埋深护筒替代之前的4.2米和5米护筒，减少护筒范aa合格)，增加泥浆护壁效果，减少因为孔内扩孔、坍孔现象的混凝土(4)为了保证沉渣厚度符合要求，实际施工中采取下列措施：下放钢筋笼前量取实际孔深，并与成孔深度对比，若实际深度比成孔深度小其孔深，直到沉渣厚度满足5cm以内为止。同时在下放钢筋笼时，准确对中孔中心，绑扎牢固混凝土垫块，以减少钢筋笼擦碰、挂靠孔壁而增加的沉渣。下完导管后测量沉渣厚度，沉渣厚度不符合要求时，可采用换浆法清孔，使沉渣厚度在规定范围，保证桩基承载重力时不会大幅沉降。(5)对于施工场地面积小的问题，结合桩基布臵平面图，决定使用两台钻机同时作业，钻孔顺序根据桩位平行钻进。既保证了足够的作业空间，又避免了钻孔间距不足的现象，这种施工作业方式在保-8-证安全质量要求的同时更能有效地提升施工进度。(6)对于中风化岩层难以钻进的问题，我们讨论决定更换钻头，将原来的尖型截齿取土钻头更换为直筒截齿旋挖钻头，若岩层石块硬度、强大超过直筒截齿钻头的最大扭矩，则使用截齿单锥两瓣螺旋钻头钻进。(7)对于某些孔内杂填土层、碎石填土层、粉土层含有较大比例沙泡而发生塌孔现象，还能大大缩短钻孔花费的时间。当干钻孔在孔内9米左右深度处遇地下水层时，混凝土超方较严重，讨论决定采用加膨润土及a烧碱进行泥浆护壁，但泥浆深度宜控制在原状土以下(原状土约7米左右深)，以保证上层沙土卵石层的孔壁不会被浸泡而发生塌孔现象。aa7适用范围本施工技术总结适用于以下几种类型的钻孔桩：(1)原地面以下6m内，孔内遇块石、漂石层旋挖钻孔桩；(2)干钻孔遇深水位地下水的旋挖钻孔桩；(3)钻孔受阻而无法钻进或灌注混凝土超方严重的钻孔桩；8资源配臵8.1人员配臵表3施工人员配臵表-9-8.2机械配臵表4施工机械配臵表-10-8.3材料设备配臵表5主要材料及附属设备配臵表-11-8钻孔施工中的问题及分析8.1坍孔8.1.1造成坍孔现象的主要原因aa(1)施工时钻进、提升速度过快，对孔壁扰动较大，造成坍孔；(2)钻进过程中遇见大粒径漂石、块石；(3)泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮；(4)出渣后未及时补充泥浆；(5)吊装钢筋笼时未对中，钢筋笼碰撞孔壁造成坍孔；(6)水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔；(7)清孔时换浆太快；(8)成孔后，未及时灌注混凝土，搁臵时间太长，导致孔壁长8.1.2发生坍孔的特征现象(1)孔内水位突然下降又回升；(2)孔口冒出细密水泡；(3)出渣明显而不见进尺；(4)成孔后，孔内有明显的土石跌落水声。8.1.3避免坍孔的控制要点(1)控制钻杆钻进、提升速度，减小钻杆摆动幅度；(2)调制合适泥浆比重的泥浆，在钻进过程中随时监控泥浆指标，一旦不合格应及时处理更正，保证泥浆质量，孔内水头下降后及时补浆；-12-(3)按要求给钢筋笼绑扎混凝土垫块，下放钢筋笼时准确对中，防止因为钢筋笼与孔壁碰撞摩擦导致坍孔；aa(4)成孔后及时灌注混凝土，防止搁臵时间太长导致坍孔。8.2钢筋笼上浮8.2.1钢筋笼上浮的主要原因(1)灌注时速度太快，孔内悬浮砂粒较多；(2)导管埋入太深；(3)混凝土上升到钢筋笼底时提升导管；(4)钢筋笼制作不规范。8.2.2避免钢筋笼上浮的控制要点(1)控制灌注速度，计算出导管埋深，控制埋深在2~6m范围内；(2)在混凝土高于钢筋笼底2m后再提升导管；(3)规范钢筋笼制作安装。8.3漏浆8.3.1漏浆的主要原因(1)泥浆性能差；(2)钻进至透水层时护筒周围透水。8.3.2解决漏浆现象的控制要点(1)适当减小孔内水头；(2)增加泥浆相对密度和粘度。8.4堵管8.4.1造成堵管的原因(1)混凝土坍落度指标不合格；(2)导管水密性不合格，有漏浆现象；aa(3)灌注速度太快，导管内混凝土不能及时上翻。-13-8.4.2解决堵管现象的控制要点(1)控制灌注速度;(2)灌注前检测混凝土坍落度是否达到要求；(3)定期检测导管水密性；(4)灌注时采用“慢提快降”导管的方式来让灌注更顺利；(5)若因其他原因造成灌注中断，应定时升降导管，防止堵管。(6)计算并控制导管埋深，边灌注边拔管，保持导管埋深在砼面以下2~6m，以避免堵管现象。8.5未入中风化岩层8.5.1未入岩的主要原因：(1)将强风化岩石误认为中风化岩石。(2)钻孔过程某一深度遇到类似于中风化岩层的硬壳层，而误认为已经到达中风化的基岩顶面。8.5.2进入中风化岩层特征表现(1)钻杆有明显抖动声，钻进速度明显减慢，钻斗取出的渣样含有大量新鲜石块，且石块呈青灰色、有明显断裂痕迹。(2)测得的孔深与地勘报告中风化顶标高的深度相差不大，且与地质柱状图描述相符合，且现场渣样被地勘相关人员确认为中风化岩石块。8.5.3判断是否入岩的控制要点(1)钻杆是否发生明显抖动；aa(2)钻机仪表显示钻进速度，钻机操作人员的施工经验；(4)测量孔深并与地勘报告数据对照，确认深度是否足够；(4)钻斗取出的渣样是否被确认为中风化岩石块8.6中风化岩层难以钻进8.6.1难以钻进的可能原因(1)岩石硬度太大，不易被破碎。-14-(3)基岩顶面坡度过大，钻头钻进过程打滑而不能正常钻进。边仍为强风化层，确认入岩深度较晚，一边入岩过深而导致钻头卡钻。8.6.2难以钻进的特征表现(1)钻杆剧烈抖动，孔内钻进声响较大。(2)钻杆常发生瞬时下滑，尖形截齿取土钻斗不能取出渣土，进尺几乎为零。(3)钻头旋转受阻，最大扭矩时不能正常转动。8.6.3解决中风化岩层难以钻进办法(1)遇到硬度大的基岩时，选择使用截齿单锥两瓣螺旋钻头钻进，(2)基岩面坡度过大时，不宜使用尖形截齿钻头，宜选用直筒截齿旋挖钻头进行钻磨，下钻速度不宜过快。(3)对照地勘报告，以及现场渣样成分，把握控制好进入基岩顶面的孔深，避免因为确认基岩顶面较晚而使后期无法钻进导致卡钻的情况。a8.7孔内出现孤石块8.7.1孤石出现的原因及影响(1)钻孔过程遇到孔壁某侧有孤石块时，若强行钻进或钻斗提升不但均会导致孤石块跌落孔底。(2)孔内泥浆液面以下孔位正中心下出现较大孤石块。(3)孔内孤石块为导致钻机无法正常钻进，不能继续进尺，无法满8.7.2遇孤石块的解决办法(1)使用密度、质量较大的工字钢焊接成一个倒三角状，直径须不大于孔径1/2，使用吊车提升足够高度并快速下落，利用工字钢-15-的重力和强度强行破碎孔底孤石块。(2)钻孔遇到孔壁有孤石块时，在孔位偏差允许范围内可适当挪动钻杆，避开孤石块一侧；钻斗提升时须控制提升速度，避免因提升过快而挂靠孤石块，导致跌落孔底的情况。(3)更换钻头，尝试使用截齿单锥两瓣螺旋钻头磨碎孤石块，若磨仍难以钻进，则可考虑使用冲击钻破除孤石块。8.8砼超方严重8.8.1超方原因分析(1)泥浆护壁效果不好导致孔内坍孔、孔壁扩孔，进而导致孔径增(2)孔内有特殊地质层，比如砂土层、泥流层，导致混凝土流失。aa(3)浇灌砼速度过快导致孔壁受压力而扩孔，增加了混凝土的实际(4)护筒直接大于孔径，因埋深过长而导致混凝土的超方。(5)量测砼的超灌面不准确，导致超灌高度过大而使混凝土超方。8.8.2减少超方量的控制要点(1)制备合格的泥浆，保证泥浆护壁效果。(2)控制合适的钻进速度和提升速度，减小孔壁扩孔率，从而减少(3)成孔后需要及时灌注混凝土，减少因为等待而发生的坍孔、扩(4)浇灌混凝土时宜慢下快提，减少孔壁压力，从而减小扩孔系数，减少孔径增加量，以控制减少混凝土超方量。(5)对于经过土方换填的钻孔桩，尽量使用埋深较小的护筒(1.5m至2.5m)，减少护筒以内的超方量；同时随时精确测量砼面顶-16-高度，从而减少因超灌过多的超方量。10结论本次旋挖钻孔灌注桩施工在原有技术经验上增添了很多新工艺、新方法、新设备，克服了旋挖钻孔无法钻进、混凝土超方严重等现象，使得钻孔桩施工能正常有效的进行，并在原有基础上减少了混凝土的超方量，降低了施工成本的同时大大提高了工程质量，加快了施工进度。本文通过现场施工经验并结合理论技术，对旋挖钻孔灌注桩施工技术aa进行了简单阐述和总结，以此提倡对新技术、新工艺、新材料的应用和推广，并为后期其他场地的旋挖钻孔灌注桩施工提供可靠有力的技术支持，并期待与其他项目类似工程相互探讨、交流改进，从而不断扩充旋挖钻孔灌注桩施工的理论技术。aa11案例剖析通过对试桩及采取措施后浇筑的桩基进行实际案例剖析，分析实际施工中的关键工序卡控以及数据比较。案例一：综合办公楼试桩米，设计桩长为进入中风化岩层不小于一米，混凝土浇筑要求超灌50cm。采用十字线护桩法埋设护筒，经测量复核桩位后开始钻进。钻至原地面以下2m处遇漂石层，钻杆出现明显抖动，钻斗取出渣样还有大量土石块，原地面以下7m左右进尺艰难，约上午11:30穿过块石、漂石地层，钻孔开始正常进尺，观察孔内情况发现孔壁扩孔较严重，受块石地层影响，孔壁凹凸不平，且每次钻斗提升时有块石跌落现象。下午2点成孔，成孔深案例二：综合办公楼66#灌注桩施工-17-场地内路基开挖的粉土