复杂地质条件【冲孔桩在复杂地质条件下的应用】

  在目前城市化快速发展的情况下,复杂地质的地块也被利用建设高层建筑。在成桩困难的情况下,如何利用冲孔桩顺利成孔成为施工的难点。文章通过实际案例利用冲孔桩在复杂地质条件下顺利成桩,为今后相似条件的施工提供参考。

  

  本工程为某市某棚户区改造项目,地层自上而下分别为杂填土、第四系冲积黏土、第四系冲积卵石、奥陶系微风化灰岩。

  

  各地层的厚度情况为:杂填土层1.3m、黏土层5.8m、卵石层2.4m。平均桩长38m。

  

  施工的难点在于部分区域卵石层厚度达9m、岩层倾斜角度大于45°、岩层岩溶发育强烈,岩层中溶洞及夹层的层数多达15 层,岩石饱和抗压强度达146MPa。

  

  如果采用人工挖孔桩,因项目临近河道,卵石层渗水无法抽干,导致无法开挖;如果采用旋挖桩,遇到斜岩很难修正,同时当钻穿夹层后泥浆面急速下落,导致卵石层垮塌,导致需要重新冲孔;二次冲孔时随着卵石层的垮塌,上部黏土层无法承受旋挖桩机械的重量而下陷,导致成桩极其困难;同时下钢筋笼时,卵石层容易掉落,导致桩底成渣厚度无法满足要求;旋挖机成桩时间较长,平均达4.2 天,成本远超定额,造成项目亏损。

  

  该地质条件下施工桩基础,必须解决夹层漏浆时卵石层垮塌、斜岩如何修正的问题才能顺利施工。因此只能选用冲孔桩施工工艺,利用回填狗头石复冲修正斜岩;回填袋装粘土重复造护壁,固定卵石层后,再冲击岩层的办法达到顺利成孔的目的。具体应用如下:1 工艺流程施工前准备工作——定位放线——开挖泥浆池——桩基就位——复核钢护筒位置及桩基垂直度——开孔——卵石层(泥夹石)护壁——冲孔——斜岩修正——溶岩底挤破——夹层(泥夹石)填充——重复斜岩至夹层处理——成孔清孔——钢筋笼安装——二次清孔——混凝土浇筑及泥浆处理。

  

  2 护筒要求(1)卵石层区域护筒长度以4-5m 为宜。

  

  (2)护筒壁厚以8-10mm 为宜,护筒上端外侧焊加劲肋。

  

  (3)护筒埋设应准确、稳定,护筒周边用粘土填实。

  

  (4)护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。

  

  (5)护筒内径应大于设计桩径200mm。

  

  (6)护筒顶部靠泥浆池侧开设1 个溢浆孔。

  

  (7)护筒顶应高出原地面300mm。

  

  (8)护筒四周设置截、排水沟。

  

  3 桩机要求(1)桩机安放场地应垫平、填实。

  

  (2)桩锤钢丝绳位置应与桩心位置一致,偏差小于50mm。

  

  (3)选用适合岩溶地区的功率较大卷扬机及桩锤,直径桩宜采用8t 重桩锤,直径1200 桩宜采用6t 重桩锤,并配备相应的卷扬机。

  

  4 测量要求(1)桩机就位前应对桩进行定位放线,并换手测量复核。

  

  (2)钢护筒埋设后应对护筒位置进行复核。

  

  (3)桩机就位后应对钢丝绳位置进行复核。

  

  (4)每钻进4-5m 应复核一次桩位。

  

  (5)成孔后应再次复核桩位,以便调整钢筋笼位置。

  

  (6)每次复核必须用全站仪进行测量,其他过程测量可采用纵横向护桩进行复核。

  

  5 冲击成孔操作要点5.1 施工准备要点(1)认真分析各桩位水文地质资料,制订适当的施工方案和施工技术保障措施。

  

  (2)根据桩位地质情况确定泥浆制备方案,原位造浆不清满足泥浆浓度要求时,采取回填膨润土或性能良好的粘土造浆。

  

  具体操作要点如下:5.2 卵石层钻孔施工要点(1)卵石层护壁时本工程桩基础施工的关键。

  

  (2)为避免冲孔过程中卵石层塌孔,采用小冲程反复造孔,形成泥皮充分护壁。

  

  (3)必要时,采用袋装粘土回填。选用块状、粘性强、含砂率低的优质粘土装入编织袋;袋装粘土切忌装满,以1/3-1/2 为宜,并将袋口绑扎牢固。

  

  (4)反复冲孔时,应采取小于1m 的小冲程方式进行冲孔。

  

  5.3 溶洞桩钻孔施工要点(1)钻孔前认真分析桩位地质资料,详细掌握溶洞出现的位置,并推断其范围大小。每个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出,发给有关人员,让具体操作者、技术人员、作业队长都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。

  

  (2)钻进过程中反复对比核对地质勘察资料,施工人员勤测量成孔进尺,在距离设计溶洞顶部1m 左右时,提高警惕,通过分辨落锤声音,估算溶洞顶岩层厚度(落锤时岩层厚、薄的声音有区别,作业人员应注意分辨)。

  

  (3)备足成孔用水、粘土、片石等必备材料,确保溶洞钻穿时迅速补水、补浆,预防坍孔,并及时抛填粘土、片石,以恢复正常钻孔作业。

  

  (4)根据溶洞填类型选择洞顶击穿方案:对全填充型深洞,在距设计洞顶1m 左右时,变换冲程,采用1m 短冲程,轻锤慢打,逐渐将洞顶击穿,以防止卡钻;针对无填充或半填充溶洞,洞顶采取挤破方式穿过,严禁击破,即:临近洞顶时,按一层袋装粘土、一层片石的回填方式进行回填(回填厚度不小于1m),用回填泥夹石将岩底挤破,以防止卡钻。

  

  ①粘土选用块状、粘性强、含砂率低的优质粘土,装入编织袋;袋装粘土切忌装满,以1/3-1/2 为宜,并将袋口绑扎牢固。

  

  ②片石应选用小片石,粒径以300mm 左右为宜。

  

  ③钻入卵石层厚应一层袋装粘土、一层片石的回填方式进行回填,回填厚度应不小于1m 厚。

  

  (5)根据钻孔的进尺情况,在击穿洞顶之前,要有专人观测护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,应迅速从泥浆池或中转泥浆池抽泥浆,补入桩内。

  

  (6)击穿洞顶后,在溶洞内钻进时,根据填充物的不同,要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时,向孔内投入袋装粘土、片石,冲砸固壁;当为砂层、卵石层时投入袋装粘土反复造孔。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿过溶洞。

  

  (7)为防止泥浆突然流失,造成孔壁坍塌,孔口宜设4 米护筒。

  

  (8)对小型或多层溶洞,为防止其不与相邻孔窜孔或成孔后孔型有葫芦状,必要时可灌注低标号砼进行填充,等强后再钻进。

  

  5.4 斜岩面钻孔施工要点(1)钻孔时要加强观察和测量。严密观察落锤后钢丝绳是否向一侧晃动,如钢丝绳向一侧晃动,即可认为已发生偏孔,必须采取措施及时纠偏,以免生产严重偏孔。

  

  (2)发生偏孔后,及时在孔内回填高强度的大块片石和袋装粘土,“轻锤快打”,采用小冲程、高频次锤击的方式纠偏,利用提、放锤时钢丝绳的旋转带动桩锤转动,逐步修正斜岩。

  

  一次纠偏不到位,反复几次回填袋装粘土和片石,达到破碎斜面,校正偏孔。

  

  (3)施工时应严格控制提锤时机,应在桩锤与斜岩接触后迅速提锤,避免桩锤滑入溶洞软弱填充层,导致卡锤;(4)落锤时钢丝绳不晃动后,方可加大冲程高度,正常钻进。

  

  6 清孔施工(1)本工程桩长设计严重滞后,开孔后应及时确认桩长。

  

  (2)桩长最后1m 的进尺记录应如实填写,发现进尺过快时应及时通知现场管理人员,以便于设计、勘察单位会商处理。

  

  (3)达到设计深度后,应严格控制冲程,将桩底冲平。

  

  (4)清孔时应严格控制泥浆比重,避免泥浆稠度偏低导致塌孔,如有必要回填粘土造浆清渣。

  

  (5)清渣完成后及时通知管理人员,以便各责任主体单位及时参与验桩,降低塌孔风险。

  

  7 其他措施(1)冲孔桩属于部分挤土桩,桩心距离小于4 倍桩径时,应间隔施工,避免钻进或浇筑混凝土时串孔。

  

  (2)桩基施工时,严格按先大后小、先深后浅的原则规划桩基施工顺序。

  

  (3)配备用桩锤,按总冲孔桩机数量的50% 配置备用桩锤;桩锤使用过程中锤齿损耗较大,避免焊接锤齿时间过程导致塌孔。

  

  (4)钢护筒不宜超过5m,冲孔过程中钢护筒内壁易形成泥皮,浇筑混凝土过程中泥皮掉落易导致断桩。

  

  (5)泥浆箱及泥浆池的沉渣应及时清理。采用水泥拌和固结后及时清运,避免污染场地。

  

  (6)中转泥浆池的泥浆处理应及时,避免处理不及时导致泥浆外溢污染场地。

  

  (7)泥浆池、护筒周边均应设置截、排水沟;避免泥浆外溢污染场地、避免地表水渗入护筒,导致塌孔。

  

  (8)泥浆密度应根据排渣情况进行调整,排渣颗粒与瓜米石粒径差不多时,即认为泥浆稠度适宜;如排渣颗粒过细,即认为泥浆稠度偏低,及时调整泥浆稠度。

  

  (9)斜岩面钻进不及时提锤、岩层底直接击破、卵石层及夹层护壁未做好等3 个因素,是本工程卡锤的主要原因。现场应高度警惕。

  

  (10)夹层、斜岩、岩层底钻进时,桩锤应挂保险钢丝绳。

  

  (11)桩基成孔后应做好准备工作,如修理便道、钢筋笼验收及转运、吊车、泵车、商品混凝土等。

  

  (12)钻进记录表时冲孔桩出现问题后,分析原因、签证的主要依据,作业人员应及时、按实填写。

  

  8 结语采用较长护筒尽可能的避免塌孔,同时避免护筒过长使内壁形成泥块,浇筑混凝土时泥块极易掉入桩内,导致影响桩身质量。利用较大卷扬机及桩锤有利于挤破夹层顶部的岩层、加快提锤的速度,尽量减少卡锤的情况发生。卵石层回填袋装粘土,采用小冲程二次成孔,利用编织袋的纤维及粘土在卵石层面形成护壁,解决夹层漏浆时卵石层塌孔的问题,同时漏浆后需及时回填或补充泥浆,尽量避免水头压力差导致塌孔的情况发生。“轻锤快打”是修正斜岩最有效、最经济的方式,但对卷扬机损伤较大,需要做好作业班组的安抚工作。夹层顶部“轻锤慢打”,采用挤破岩层的方式,能尽可能的避免卡锤,需提醒工人多注意落锤时的声音变化。加强工人教育,督促工人将以上几项要点落到实处,是冲孔桩工艺在复杂地质条件下保证施工进度最有效的办法,通过以上工艺,某市某棚户区改造项目桩基础施工进度达到有效、稳定、快速、高产的目的,为按期交付提供保障。