超厚砂层钻孔桩成孔过程易塌孔现象技术研究

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:韩畅
[导读] 控制好开钻前的护筒埋设深度和成孔过程中的泥浆性能,这两项关键因素,对提高低超厚砂层旋挖成孔质量,减少塌孔率方面至关重要。

(武汉市轨道交通建设有限公司,湖北,武汉,430000)
  【摘  要】本人仅想通过亲自施工管理的武汉地铁8号线徐家棚站K9地块配套综合楼的工程实例,在遵循国内相关规范及专业文章的结论基础上,对钻孔穿越超厚砂层施工中容易塌孔现象进行分析研究并提出有效措施,希望对今后类似的地质条件下的旋挖钻施工有所借鉴。
  【关键词】超厚砂层钻孔桩;塌孔;泥浆配合比
  1、工程概况
  武汉市轨道交通8号线徐家棚站K9地块配套综合楼位于武汉市武昌区长江二桥武昌段下桥处,场地距离长江大堤最近距离约600m,地下富含第四系全新统河流冲积土层(Q4al),地下砂层厚度达50m。根据其它相似工程地质钻孔桩成孔的经验,本项目工程桩钻孔深度达71m~82m,在穿越砂层段钻孔桩成孔过程中极易发生塌孔现象。
  本标段钻孔桩成孔需穿越地下砂层厚度达50m,确保工程的整体工期、质量及施工成本实现的关键在于钻孔桩成孔的质量,而本工程钻孔桩成孔施工过程受地质环境条件影响较大,如何减少钻孔桩成孔的塌孔现象,将有利于缩短工程工期,减少施工成本,提高施工质量显得尤为重要。
  2、前期调查及主要因素分析
  (1)前期调查
  结合本项目地质条件,本人对徐家棚附近相同地质条件的一处项目工地进行了调查,对桩基钻孔桩成孔过程的施工记录进行归类,对超厚砂层地质钻孔桩成孔过程塌孔率数据进行统计分析如下:
  XXX项目超厚砂层钻孔桩成孔塌孔率统计表
  
  从表中发现,在超厚砂层钻孔桩成孔施工中,钻孔桩成孔塌孔率较高,最高值为13.33%,平均值为7.84%。
  钻孔桩成孔塌孔率和工人操作水平低、泥浆性能差、护筒埋设浅、钢筋笼吊装变形有很大关系。小组针对上述四个因素分别对每个塌孔的桩进行原因调查,对造成钻孔桩成孔塌孔的因素做出调查分析表:
  钻孔桩成孔塌孔因素调查表
  
  由上述调查表情况统计,泥浆性能差、护筒埋设浅这两个不合格因素所占的频率最高,它们是造成超厚砂层钻孔桩成孔塌孔的主要因素。
  (2)主要因素分析
  其一泥浆性能差:泥浆在成孔过程中的起到护壁、携渣、冷却和润滑作用,其中以护壁作用最为重要。泥浆具有一定密度,如孔内泥浆液面高出地下水位一定高度,在孔内就产生一定的静水压力,相当于一种液体支撑,可以稳固土壁、防止塌孔。此外,泥浆还能将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实,形成一层致密的透水性很低的泥皮,避免孔内壁漏水并保持孔内有一定水压,有助于维护孔壁的稳定。此外泥浆还具有较高的黏性,通过循环泥浆可将切削破碎的土石渣屑悬浮起来,随同泥浆排出孔外,起到携渣、排土的作用。
  结合本项目,由于钻孔需要穿越约50m的砂层,对泥浆的性能要求尤为重要,为此特邀请了武汉市深基坑委的专家一起根据相关规范结合施工经验,对超厚砂层旋挖钻的泥浆性能提出了要求配置优质泥浆,粘度在26s,相对密度1.3,防止塌孔。
  其二护筒埋设浅:根据地质资料,场地内由地表往下依次为1-1杂填土层厚度在0.50~4.00m,下部由碎石、灰渣、砼块及生活垃圾组成,含少量黏性土、砂土,硬质物含量约60%-80%,再往下为3-2层淤泥质黏土厚度1.60m,灰色、灰褐色,饱和,以流塑为主,受道路施工及路面荷载影响局部已成软塑状黏土,再往下依次为3-4粉质黏土层、3-5粉砂层、4-1细砂层。如果护筒埋设在1-1或3-2层时由于地质及施工荷载影响,加上遇到下雨等不利因素时容易造成护筒下沉,造成孔口塌孔。因此将护筒加长直接穿过1-1及3-2层落至3-4粉质黏土层上,能有效的不扰动孔口范围的杂填土及软塑状黏土,产生孔口塌孔现象。
  3、对策措施
  对策措施表
  
  对策实施一:通过试验确定合理的泥浆配合比并指导现场施工
  按照制定的措施,项目部试验室到现场根据泥浆性能要求并结合施工规范及泥浆拌制要求,对拌制泥浆用的原材料:水、膨润土、纯碱、CMC进行配合比试验,试验一共进行7组,通过对7组泥浆进行性能指标检测,得出:
  当膨润土:纯碱:CMC:水=60:2:0.02:100时,泥浆性能最好,经检测此配合比条件下的泥浆比重为1.3g/cm3,泥浆粘度26s,符合专家会要求。
  项目部将配合比下发给泥浆拌制作业班组,要求其按照此配合比进行泥浆拌制并用于超厚砂层钻孔桩成孔施工。
  经检测,采用试验后拌制出的泥浆性能满足施工要求,粘度26s左右,比重1.30g/cm3,钻孔过程中大大减少了塌孔现象的发生,达到了预期的效果。
  对策实施二:采购6m以上的护筒
  按照制定的措施,采购6m长的护筒并运至现场,局部地质较弱的孔位采用了6m+3m两节护筒,用于钻孔施工,有效的解决了护筒埋设浅的问题,大大减少了孔口塌孔现象的发生。
  4、取得的经验和效果
  根据分析制定的措施,项目部对本工程2015年5月19日~2015年6月19日期间施工的共103根工程桩钻孔桩成孔塌孔率数据进行了分析:
  超厚砂层钻孔桩成孔塌孔率情况统计表
  
  通过试验及现场控制,超厚砂层钻孔桩成孔塌孔率降低至1.94%,扣除偶然因素,项目部采取的控制措施是可行有效的。
  超厚砂层钻孔桩成孔塌孔率从7.84%降低至1.94%,施工过程顺利,减少了塌孔对成本的损失,在保证质量的同时也相应节约了不少工期。
  通过本次活动,不仅取得了良好的经济效益,也取得了良好的社会效益。本项目工程桩施工比预定工期提前32天完成,确保了工期,赢得了质量,获得了业主及监理的一致好评。
  结论:
  通过对超厚砂层钻孔桩成孔易塌孔现象技术研究,本人认为在钻孔桩成孔施工时,控制好开钻前的护筒埋设深度和成孔过程中的泥浆性能,这两项关键因素,对提高低超厚砂层旋挖成孔质量,减少塌孔率方面至关重要。
  参考文献:
  [1]王小平.超厚砂层旋挖扩孔灌注桩施工技术的工程应用[D].石家庄铁道大学. 2015:18

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