钻孔灌注桩冲击钻成孔施工要点简析

钻孔灌注桩冲击钻成孔施工要点简析本文将结合笔者工程实践详细论述冲击钻成孔的施工要点及常见问题预防及排除措施，由于笔者水平有限，欢迎大家批评指正。标签：钻孔灌注桩；冲击钻；成孔引言冲击钻成孔灌注桩是用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击，将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用淘渣筒掏出成孔，然后再灌注混凝土成桩。冲击钻成孔灌注桩的特点是：设备构造简单，适用范围广，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定，塌孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响等，因此被广泛地采用，本工艺标准适用于工程中的黄土、粘性土或粉质粘土和人工杂填土以及含有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层地基采用冲击成孔灌注桩的工程。1、工程地质情况笔者参与的斯里兰卡汉班托塔海港发展一期项目油码头桥墩基础灌注桩直径为1.2m，深度在50～60m，其主要地质情况如下：（1）淤泥层，厚度10～15m，深灰色，饱和流塑状。（2）亚粘土层，土层与砂层交错，层厚3～17m，主要为花岗岩风化土，有较好的造浆性能。（3）砂层，主要为砂砾层，与亚粘土层交错，层厚5～6m，饱和、密实。（4）强风化层，层厚4～8m。（5）弱风化及微风化层，弱风化花岗岩层厚1.5m～7.7m，风化较强，裂隙发育，强度一般；微风化花岗岩，一般岩石完整，强度高。2、钻孔机械选用根据本工程的地质特点及工期要求，大部分采用了旋挖钻成孔，少部分地质复杂，基岩强度高，旋挖钻成孔困难的孔位采用冲击钻成孔。冲击钻成孔是本文主要介绍内容。3、冲击钻成孔施工要点3.1孔壁保护在钻孔灌注桩施工中，为预防钻孔及关注过程中孔壁的坍塌和缩径，采取有效措施对孔壁进行施工过程中的防护是极为重要的，因此我们针对复杂地质条件，尤其是在松散流沙层和有承压水处，采取了一些有效措施，使钻孔得到有效保护，顺利完成了砼灌注桩的施工。3.1.1泥浆护壁泥浆在钻孔灌注桩中起护壁、排渣、冷却钻头的作用，泥浆的护壁作用是因为泥浆液柱压力作用在孔壁上，除平衡水压力土压力外，还给孔壁一个向外的作用力，部分水渗入底层，在孔壁表面形成一层固体颗粒的胶结物，泥皮。性能良好地泥浆失水量小，泥皮薄而密，具有较高的粘结力，对维护孔壁稳定、防止塌孔起很大作用。地层主要为粉砂土层，一般不适合原土造浆，必须外借粘性黄土或增加化学处理剂（纯碱和CMC）处理，各项指标经调制后检测合格后才能正式开钻。（1）纯碱（Na2co3的作用。在泥浆中加入纯碱，是除去粘土中部分钙离子，将钙质土转变为钠质土，使土颗粒水化作用增强，加速粘土的分散，提高粘土的造浆率。（2）CMC的作用。CMC为大分子化合物，处理泥浆时主要用作失水剂和增粘剂。由于水分子的作用，使泥皮致密而坚韧，同时CMC溶于水中能增加泥浆的粘度，促使泥浆失水量下降。泥浆配置及性能指在地址条件较好、桩顶标高距自然地面较浅的桩在冲孔时未产生大的坍塌，此时我们采用泥浆护壁，简化了施工工艺，降低了施工成本，并确保了成孔质量。3.1.2钢管筒护壁某些桩位因桩顶距离自然地面较深，土质松散，承压水较大，开孔2m后，孔壁坍塌严重，故采用与孔径相同直径，壁厚为8mm的钢管，2m长一节，在钻孔时逐步放入孔内，随着钻孔进尺到设计要求深度，以此来保护钻孔时的孔壁，确保造孔质量及成功率。其特点为不使用泥浆，成孔速度快但在砼灌注时拔出护壁钢管的难度较大。钢管护壁投入较多，且在上拔钢管时有一定难度，但却解决了地质条件差，孔壁坍塌严重而无法成孔的问题，而且确保了成孔桩的质量。3.1.3钢管护壁与泥浆综合护壁钻孔时采用加大泥浆稠度及相对密度进行护壁，由于出现流沙和较大承压水，泥浆护壁效果不良，产生局部缩径和坍塌，对此及时采用了钢管护筒，躲过了薄弱层。在6m以下采用大稠度、大密度泥浆护壁，未发生塌孔。若以钢管护筒和大密度大稠度泥浆护壁按孔壁不同条件程度进行综合使用，是机械成孔的一个良好途径，既确保成孔质量，又降低了全部使用钢护筒的成本，同时省去了多道工序，提高了施工效率。3.2冲击成孔冲击法施工一般要点如下：（1）钻机对位准确，钻架平稳牢固，不摆动，不沉陷；选择合适钻头，对于砂砾层等以选择十字冲锤为宜，较硬岩层选用六爪冲锤，钻头重量与钻机起重能力要匹配。（2）注意控制冲程，在开孔初期及覆盖层、强风化岩层必须使用小冲程，以不超过2.0m为宜，在强度较高的岩层应尽量使用较高冲程，一方面提高破岩能力，加快冲孔速度，另一方面使钻头有充分旋转的空间，以保证孔壁圆顺，但冲程不宜超过4.0m。（3）做到五勤，即勤测量（主要检测冲锤对中情况、冲锤直径、孔深、孔径、倾斜等）、勤检查（检查钻头情况、冲绳、连接环等）、勤投片石和粘土、勤排渣、勤换钻头（钻头磨损时要及时修复更换，以保证钻头直径和冲孔速度）。3.3不同地质层冲孔时应注意事项（1）杂填土、淤泥层。其土层松散，成分复杂，此层冲进速度在0.30m～0.40m/h，冲孔时应注意控制冲程和冲孔速度，冲程应控制在2.0m以内，并每进尺2.0m左右投入适量粘土和片石，以便成孔和造浆。（2）亚粘土、粘土、强风化岩层。这类土层均为塑性，粘性大，冲孔时易粘锤和吸锤，此层冲进速度在0.13m～0.21m/h，因此，在冲孔时要严格控制冲程并经常适量投入适量小片石及废旧钢丝绳头等，一方面可以有效地防止吸锤，同时还可以很好的制造泥浆（这类土层的主要成分为粘粒，是较好的造浆材料，利用这类土层可以很好的节约成本）。（3）沙砾土层、砾石层。此层冲进速度在0.08～0.10m/h，冲孔施工时主要注意排渣和造避，一方面用高比重、大粘度、浮渣能力强的泥浆，采用大流量的泥浆循环，及时排出沉渣；另一方面要经常投入适量粘土和小片石进行造壁和造浆，特别是砾石层，岩石松散，透水性强，要经常抛投粘土造壁。（4）弱风化、微风化岩层。这一层岩石强度高，一般为20～50MPa，高的可达80MPa以上，此层冲进速度在0.03～0.05m/h，冲击施工时，首先要求钻头要有足够的强度和耐磨性，一般在钻头底部加焊耐磨、耐冲击合金块，同时要求采用大冲程（一般4.0m左右），一方面可以增强破岩能力，提高成孔速度；另一方面使钻头有足够的旋转空间，使孔圆顺，保证成孔质量，并防止卡钻。另外，每冲1.0m左右须投入一定量片石和粘土，起排渣和防卡钻作用。3.4清孔根据工程地质条件，在冲孔时要穿越15m以上的粉砂土层，其泥浆的含砂率高，造成泥浆表面表观密度高，而粘度降低，沉於增加，影响泥浆护壁效果和桩身砼质量，所以在泥浆循环使用时，应对护壁泥浆及时净化，降低泥浆中的含砂率。在本工程中采用抽筒掏渣法，掏渣过程中，不断注入红土球及清水，及时将孔内残渣排除孔外。在终孔时清渣及时，并不断注入清水，保持孔内残渣排除孔外。在终孔时清渣及时，并不断注入清水，保持孔内水面接近孔口高。在终孔后搅动孔底沉渣的同时，也会使泥浆比重及粘稠度下降，因此，在终孔清孔时孔内必须保持有较充足的水，并且清孔要及时检查验收，及时进行下一道工序，下钢筋笼、浇筑砼，否则停留时间长将会导致孔缩径和塌孔现象。4、故障及其预防在砂层钻孔桩的施工中，极易出现的故障有掉钻、缩径、螺旋孔、斜孔、漏浆、塌孔和断桩，这些故障对钻孔桩的成孔成桩造成困难，甚至严重影响灌注桩的质量。因此，对之必须进行妥善处理，重点在于预防。（1）掉钻：对于砂层的钻孔桩，发生掉钻主要是由于操作人员对钻杆和钻头连接部位检查不周密，或在钻孔平台上拆装钻杆时不小心造成的。因此，掉钻事故应以预防为主，而预防掉钻主要从加强操作人员的责任心抓起，严格按照操作规程。另外，应备好打捞工具，以备万一发生掉钻时能尽快将钻头打捞上来。（2）缩径：在砂层中发生缩径的原因主要有两个，一是遇到软弱地层（如淤泥），二是在钻进过程中钻头直径受摩擦而变小。对缩径应以预防为主，主要措施有：调查清楚地址情况，重点在于查清有无软弱夹层存在，如有软弱层，需要会同监理设计一同制定对策。经常检查钻头直径，看其是否严重磨损，有则及时更换。一般情况下，钻头设有0.5m高的护圈后产生缩径的可能性就很小了。（3）斜孔、螺旋孔：斜孔和螺旋孔是由于钻机位置不正、钻杆不直、钻台中心和钻杆中心不在同一垂直线上造成的。预防此类的措施：检查钻机的就位情况，确保钻杆垂直，钻机稳定（一般情况下钻杆垂直式容易保证的）。成孔过程中应注意检查桩孔的情况，如发现桩孔不直，则应分析其成因，制定相应对策，对已形成的孔，不要粘土填实后重钻。（4）漏浆和塌孔：这是孔壁出现问题造成的。如果护壁（泥皮）较薄，出现裂隙，终孔后发现孔内水位下降，此时便会有向孔外漏浆或向孔内涌浆现象发生，直至孔壁塌孔。另外，在埋设护筒时若其底部处理不好，也会发生塌孔，因此，护筒与土层相接处须用粘土夯实，护筒外面与原土之间须用粘土填满、夯实，严防地表水顺该处渗入。预防塌孔的措施主要有：护筒埋设一定要按规范执行，挖完基坑后应立即埋设护筒（振动打桩除外）；做好泥浆护壁，经常测试泥浆的各项指标，随时掌握泥浆状态；控制好冲击速度，因为冲击速度与泥浆壁效果在一定程度上成反比。万一发生塌孔，不要用粘土回填密实，然后重新钻孔。5、结束语1）击法施工的优点：设备简单灵活，不需要大型起重设备配合，机械投入少，施工成本低。对施工现场要求不高，根据需要可以同时安排多台钻机，便于工期把握。适应性强，冲击法施工几乎适应各类地层和任何复杂的地质情况（如有抛石、孤石的地层，卵石层，熔岩地层，坚硬岩层等），具有独特的施工特点。2）护壁是维护孔壁稳定，保证钻孔施工顺利进行的先决条件，尤其是遇到松散地层，优质泥浆的保证只管重要。3）工程钻孔施工时，根据地层以及设备的性能选择适宜的成孔工艺，选择合理的钻具设备和破岩刀具。深孔施工，要注