复杂地层桩基成孔工艺在复杂地层中的应用

复杂地层桩基成孔工艺在复杂地层中的应用

随着国家西部伟大开发战略的实施，西部大规模的基础设施建设开始增多，各种道路建设也越来越增多。其基础主要采用开放孔和灌注桩。由于受复杂地层限制,在桩基成孔过程中,单一成孔方法存在着成孔速度慢、孔内事故多、施工成本高的弊端。我院在多个工程的施工中,根据地质条件,应用多种成孔手段获得成功,总结出复杂地层桩基成孔的多工艺施工方法,取得了较好的经济效益。下面以实例说明该方法的应用。1洪水爆发期施工宝兰铁路增建二线某大桥横跨渭河的一条支流,该河属季节性河流,每年6～9月常有洪水爆发,其余时间河道干枯暴露,安全施工期短。基础采用钻孔灌注桩,8墩2台,桩数60根,桩身直径1250mm,桩孔深28～36m,桩端进入泥岩微分化层3m。2充填质结构根据地质勘察报告,该区地层为第四纪冲、洪积卵石、漂石和砾砂、泥质堆积物及上覆风成黄土堆积和第三纪临夏组内陆湖相沉积层,自上而下分别为:①层黄土状粉土:黄褐色,松散,属中压缩性土,具湿陷性,主要分布于兰台,西厚东薄,厚度为2.8～6.2m。②层粗砂:杂色,中密,微湿,多呈圆～亚圆形,粗砂含量约55%,另含约20%的粉土。偶见3～15mm的角砾,局部夹厚度<30cm的粉细砂,全场均有分布,厚度为2.0～3.6m。③层卵石:杂色,中密,饱和,颗粒磨圆度较好,多呈圆～亚圆形,卵石含量达60%,最大粒径约为150～220mm,并含有漂石,其含量约5%,卵石、漂石间充填砾、砂。全场均有分布,层厚7.9～8.7m。④层泥岩:砖红色,分为强风化、中分风化和微风化三个亚层。强风化亚层:泥质结构消失,呈现粉质粘土的特性,厚度为10.0～11.6m。中风化亚层:呈现泥质结构,层状构造,岩石风化裂隙发育,裂隙间充填粘土,层厚3.8～4.6m。微风化亚层:泥质结构明显,层状构造,岩石面呈新鲜状。3成孔方法组合该项目先由某单位采用冲击钻进方法施工,在漂石层常发生孔斜、掉钻头等事故,强风化层进尺很慢,严重影响了工期,甲方希望我院进场施工。我院技术人员认真研究了勘察报告认为,该区地层复杂,冲击钻进方法适合卵石层,但不易对付强风化泥岩层,单一的成孔方法无法按期完成合同。只有多种成孔方法组合起来,才能保证按期完工,经调查附近水井水位,得知由于当地近年持续干旱,地下水位降深较大,而地质勘察是在洪水过后不久进行的,其确定的地下水位已发生变化。通过综合分析,决定采用人工挖孔+冲击钻进+回转钻进组合的多工艺施工方法,即先对未施工的桩孔由人工全部开挖,重点穿过漂石层直至见地下水,然后用混合土(黄土+粘土,其比例为3∶1)回填至卵石层顶板(以防冲击钻进和回转钻进时孔壁不稳造成塌孔),然后冲击钻进到强风化带,换用回转钻机施工。3.1分层填充料定位安装多工艺施工方法由于对一个桩孔进行多个成孔手段,工序繁杂,工序之间衔接十分重要。其流程如下:测量定位,埋设钢护筒→人工挖孔至地下水位处→检查孔径及垂直度,混合土回填至卵石层顶板→冲击钻机就位,复测孔位→冲击钻进至强风化带,移冲击钻机到新孔位就位→回转钻机就位,复测孔位→正循环清孔,调整泥浆指标→正循环正常钻进→钻进至设计孔深,清孔→移回转钻机到新孔位就位。3.2桩孔的制作(1)施工前对挖孔作业人员进行技术培训,对可能出现的流沙、涌水等情况制定出切实可行的安全防护措施。(2)施工现场所有设备、安全设施等必须由专职安全员经常检查,确保使用安全。(3)埋设的孔口钢护筒规格为Ø1.4m×2.0m×8mm,四周用粘土夯实,护筒要高出地面15cm,以防杂物滚入孔内。(4)根据当地村民挖井情况介绍,该区第四纪地层较稳定,挖孔不需护壁,挖穿漂石层至见地下水时,立即停止施工。(5)技术人员对已挖好的桩孔要进行孔径和垂直度检查,不符合要求的,应及时修正。验收合格的桩孔用混合土回填至卵石层顶板,并用2m×2m×20mm钢板覆盖。3.3调整准导管(1)冲击钻机就位时,冲击锤中心要对准护筒中心,钻进过程中,要经常复核,若有偏离,应及时调整对准。(2)冲击钻进人工开挖孔段时,孔内注水应适量,并低锤、密击,以使孔壁挤压密实。(3)钻进卵石层时,使用高粘度、高比重的泥浆,并保持孔内水头高度,防止孔壁因泥浆漏失而坍塌。(4)钻进到强风化带时停止钻进,检查孔径和垂直度,合格后移至新孔位。3.4钻头钻进控制要点(1)安装钻机时复核孔位,并使转盘中心与游动滑轮中心在同一垂直线上。(2)为在泥岩层中获得较高钻进效率,专门设计了刮刀式钻头,避免强风化层易发生的糊钻现象。(3)钻具下入孔后,钻头应距孔底0.8～1.0m,开动泥浆泵泥浆循环5～8min,随后将钻具缓慢下至孔底,轻压慢转冲孔15～20min,以便孔底沉渣返出,同时逐渐调整泥浆参数,使其符合正循环钻进要求。(4)钻进第四系与基岩的接触带,要轻压慢转,待钻头全部进入强风化层后再按正常钻进要求钻进,以防桩孔发生偏斜。(5)正常钻进时应根据泥浆检测情况随时调配泥浆性能,及时调整和掌握钻进参数,不得完全放松钢丝绳,以免进尺太快,岩屑无法及时排出而发生糊钻。(6)钻进至设计孔深后,将钻头提离孔底50～80mm,用合格泥浆大泵