不良地質(zhì)條件下沖孔灌注樁施工技術(shù)

1、淺談不良地質(zhì)條件下沖孔灌注樁施工技術(shù) 摘要 本文主要介紹了泥漿護(hù)壁沖孔灌注樁在不良地質(zhì)條件下施工方法和施工的要點(diǎn)，并對主要的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。關(guān)鍵詞 不良地質(zhì) 泥漿護(hù)壁 灌注樁 施工 質(zhì)量 控制深圳市*號線現(xiàn)更名為地鐵龍崗線起自*站，終點(diǎn)止于*龍站。線路長32.859公里，其中地下線長8.533公里，高架線長21.727公里，地面線(含過渡段)長2.599公里。本標(biāo)段施工的里程樁號為YCK26+150.00(區(qū)間路基填挖分界點(diǎn))YCK33+162.00(愛聯(lián)站端，不含愛聯(lián)站)，全長7.0126km。本工程不良地質(zhì)的分布位置主要集中在大運(yùn)站愛聯(lián)站區(qū)間。筆者結(jié)合沖孔灌注樁施工的經(jīng)驗(yàn)，以大運(yùn)站

2、愛聯(lián)站區(qū)間施工的194根1200mm樁徑施工為例，談一談在不良地質(zhì)條件下泥漿護(hù)壁沖孔灌注樁的施工方法、和質(zhì)量控制，供同行參考。一 工程地質(zhì)及基礎(chǔ)情況本標(biāo)段場地范圍上覆第四系沖洪積（Q4al+pl）淤泥質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、殘積土層，下伏基巖為泥質(zhì)砂巖、板巖、變質(zhì)砂巖、灰?guī)r等。沿線地層分布有不良地質(zhì)，如：巖溶、巖溶地面塌陷、砂土液化及斷層破碎帶，給橋、梁樁基施工帶來許多不可預(yù)測的因素，也加大了施工難度。本區(qū)間樁基設(shè)計(jì)均為嵌巖樁，樁端持力層為微風(fēng)化巖層。樁孔直徑為12001500mm，設(shè)計(jì)樁長大致為2428m之間如遇到溶洞、斷層要穿過溶洞及斷層，樁端必須進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層，入巖深度不小于一倍樁徑，單樁承載力

3、設(shè)計(jì)值為 1100T，混凝土強(qiáng)度等級為C30。二. 不良地質(zhì)條件下的施工 溶洞處理根據(jù)勘察地質(zhì)資料顯示，本工程部分不良地質(zhì)位置主要集中在奧體新城站愛聯(lián)站區(qū)間，為巖溶地區(qū)，樁基礎(chǔ)有溶洞，最大洞徑高達(dá)7.3m。對于存在溶洞的樁基礎(chǔ)施工，本工程決定采用CK1800沖孔樁機(jī)成孔，樁錘選用68T。1、沖孔樁機(jī)成孔 護(hù)筒安裝，護(hù)筒的埋置深度，一般情況下，在黏土中不小于1000mm,砂土不小于1500mm，護(hù)筒頂面應(yīng)高出地面300mm。護(hù)筒安裝后，先在護(hù)筒內(nèi)投入粘土，用沖擊錘以小沖程反復(fù)沖擊造漿。沖程大小和泥漿稠度應(yīng)按通過的土層情況掌握。沖擊一定時間后，將沖擊錘提出，換上掏渣筒，下入孔底掏取鉆渣。掏渣后及時

4、向孔內(nèi)添加泥漿或清水以維持水頭高度；沖孔檢查與測量，沖進(jìn)過程中，經(jīng)常檢查成孔情況，用測錘檢測孔深及樁孔傾斜度，為保證孔形正直規(guī)則，沖進(jìn)中必須經(jīng)常用檢孔器檢孔。還要注意鉆渣撈取及判明沖進(jìn)實(shí)際地質(zhì)情況，并填入施工記錄表中，并與超前鉆提供的資料和地質(zhì)剖面圖進(jìn)行核對，發(fā)現(xiàn)不相符及時通知甲方、監(jiān)理和設(shè)計(jì)人采取對策，保證沖孔正常順利進(jìn)行；根據(jù)沖進(jìn)過程中實(shí)際土層情況控制進(jìn)尺快慢和泥漿性能指標(biāo)。在粘土和軟土中，宜采用中沖程沖進(jìn)；在粉砂土、粗砂、粉砂巖、泥巖、風(fēng)化巖中采用大沖程沖進(jìn)；施工作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，施工過程一氣呵成，不得中途停頓，如發(fā)生故障及時通知區(qū)間主管工程師，采取措施解決；若停止沖進(jìn)時，必須將錘頭提起

5、；施工時必須詳細(xì)填寫沖孔施工記錄，交接班時要向下一班交待沖進(jìn)情況及注意事項(xiàng)；在沖進(jìn)過程中，必須注意補(bǔ)充水量（泥漿），維持護(hù)筒內(nèi)應(yīng)有的水頭高度，防止孔壁坍塌。如發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，護(hù)筒內(nèi)水位緩慢下降，應(yīng)首先集中力量加漿補(bǔ)水，不得使水位急劇下降，然后再針對漏水原因進(jìn)行如下處理：屬于護(hù)筒漏水時，應(yīng)用粘土在護(hù)筒周圍填土加固。漏水嚴(yán)重時應(yīng)返工重埋護(hù)筒；如在沖孔時發(fā)生孔內(nèi)水位驟降，很可能是遇到溶洞，必須進(jìn)行處理，具體處理方法見“溶洞處理方法”。2、溶洞處理方法：施工前準(zhǔn)備樁施工前根據(jù)地勘資料對可能有溶洞的樁進(jìn)行超前鉆探，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度，畫圖列表，為制定相應(yīng)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)；對溶洞內(nèi)的填充

6、物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)；根據(jù)地質(zhì)超前鉆探資料和溶洞內(nèi)的填充物情況,制定出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施；對每種處理方案，進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和分析，并在施工前在橋梁基礎(chǔ)以外位置進(jìn)行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)后再組織指導(dǎo)樁基施工；遇到大溶洞時溶洞高度大于1.5M以上，必須報(bào)請監(jiān)理工程師、業(yè)主和設(shè)計(jì)單位核查，明確處理方案，并報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施。具體處理方案對于封閉的比較小的溶洞，采取注漿，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿，若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時，直接注漿固結(jié)即可，若充填物

7、已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時，則可以直接沖孔,但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁；溶洞內(nèi)無填充物或填充物較少需向洞內(nèi)填充砂子的，選擇一個合適的孔位，放入并固定鋼套管，將注砂管與鋼套管相連接，在注漿前灌砂。根據(jù)成樁直徑、圍護(hù)體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律，計(jì)算填砂量。用壓風(fēng)機(jī)將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂，利用其它孔作為減壓孔。待達(dá)到計(jì)算的填充體積,壓力穩(wěn)定時,即可停止。若設(shè)計(jì)要求灌入碎石則必須鉆一個大孔(直徑不小于300mm)放入鋼管并固定，鋼管上置碎石料斗，碎石粒徑不大于20mm，投料時振動鋼管，以防止堵塞，填充量控制與填砂控制方法相同；對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時可采取投放片石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水

8、泥堵塞起到護(hù)壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過巖溶區(qū)；對于一些較大的溶洞，均采用鋼護(hù)筒的成孔方式。具體做法是根據(jù)溶洞的高度制作鋼護(hù)筒，將鋼護(hù)筒用樁錘，打入溶巖至穿越溶洞底層至不透水層。、主要施工方法及檢驗(yàn) 1.注漿施工根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺的四角鉆注漿孔，鉆注漿孔也是對地質(zhì)情況的進(jìn)一步勘探，通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情況；用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，控制在0.51.0范圍，具體壓力值由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。速度為1520/，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)(包含灌入的砂或碎石)，然后固結(jié)，滲透最小直徑定為3.0，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結(jié)體。注漿時注漿管必須插入填充

9、物的底部，然后邊注漿邊緩慢上提,提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定,應(yīng)使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。漿液選用水泥漿,用32.5級水泥,水泥漿配合比為,水水泥=0.81.0。若需用水泥砂漿，則配合比采用,水水泥砂=110.8，若需要加水玻璃時，水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定；單花管注漿，管頭花管段長度為1000mm，孔眼直徑和間距根據(jù)現(xiàn)場試孔后確定，注漿管外徑為70，比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時，通過注漿泵上的儀分析確定注漿的速度和結(jié)束時間，壓入量根據(jù)滲透半徑、固結(jié)體積來計(jì)算，公式為=2(1-)。式中，為滲透半徑；為溶洞高度；為填充物的孔隙率；為超灌系數(shù)；為地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；、為充填率與充填系數(shù)。這些參數(shù)

10、和系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定；為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi),可采用間歇注漿方式,使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿,循環(huán)注漿多次,直至達(dá)到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止；注完一個孔后，繼續(xù)對其余孔進(jìn)行注漿，后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場主管工程師根據(jù)注漿方案掌握。2.溶洞位置樁的成孔.采用沖孔方式成孔；對于溶洞較大的樁，采用鋼護(hù)筒成孔，我們的具體做法是根據(jù)溶洞的高度制作鋼護(hù)筒，將鋼護(hù)筒用樁錘輕錘慢擊，打入溶巖至穿越溶洞底層至不透水層。.沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行，一般等待時間為10d左右； .為防止意外，沖孔前備有應(yīng)急措施，備好材料，一旦泥漿泄漏，及時向孔

11、內(nèi)投放粘土、水泥和片石，靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾粘土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使得沖鉆順利進(jìn)行；.加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿，當(dāng)缺少優(yōu)質(zhì)粘土?xí)r，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力，其泥漿配合比為黃土水泥燒堿=10.20.4，鋸末按黃土體積的10%摻入；.當(dāng)巖面的傾斜角度較大時，鉆頭擺動撞擊護(hù)筒或孔壁，這時，回填片石，可使孔底出現(xiàn)一個平面后再轉(zhuǎn)入正常沖孔；.在接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。3.樁的成孔檢驗(yàn)對于巖溶地區(qū)，全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關(guān)鍵。影響全巖面判定的因素較多，主要從以下四個方面來進(jìn)行全巖面的

12、綜合判斷：以樁孔沖孔實(shí)際見巖高程開始，,至少進(jìn)尺500mm后，可申報(bào)全巖面檢驗(yàn)，超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只能作為參考；查閱樁機(jī)施工記錄，可將基巖進(jìn)尺速度0.10.2/作為進(jìn)入全巖面的控制速度；可觀察井口鋼絲繩的擺動情況，錘頭觸巖面時會出現(xiàn)輕微反彈；使用細(xì)目篩網(wǎng)撈取巖渣,巖屑含量50%70%,且含泥、含砂量小于4%時，認(rèn)為入巖。如出現(xiàn)特殊情況或判斷標(biāo)志不明顯，意見分歧較大時，則采用現(xiàn)場鉆探揭露的辦法來證實(shí)，即在樁孔中心四周均勻布設(shè)4個5個勘探孔，用工勘鉆機(jī)俗稱百米鉆進(jìn)行鉆探，用觸探到的各點(diǎn)巖面高程進(jìn)行比較，判斷出全巖面。三. 混凝土灌注過程中特殊情況的處理方法及施工要點(diǎn)在水下砼灌注過程中，一

13、但出現(xiàn)問題，應(yīng)立即分析原因，采取合理的技術(shù)措施，及時設(shè)法補(bǔ)救，冷靜處理，不宜輕易中止灌注。、導(dǎo)管進(jìn)水。1.主要原因首批砼儲量不足，安置導(dǎo)管距孔底間距過大，砼下落不能埋住導(dǎo)管底口，以致泥漿從底口進(jìn)入； 導(dǎo)管接頭不嚴(yán)或螺桿斷折、焊縫破裂，泥漿從接口或焊裂處進(jìn)入；導(dǎo)管提引過猛或測深錯誤，導(dǎo)管口提離砼面。2.處理方法及施工要點(diǎn) 對于第一種原因采用提起導(dǎo)管，重新清孔；對于第二種、第三種應(yīng)進(jìn)行重新插入導(dǎo)管。、卡管1.原因： 初次灌筑時隔水栓卡管，或由于混凝土的各種原因造成。處理方法和原則：用長桿沖搗和搗動導(dǎo)管，或用附著式振動器振動，如不落下，則必須將導(dǎo)管提出清孔，然后重新安裝導(dǎo)管灌注混凝土； 機(jī)械故障或其

14、它原因使混凝土已初凝，增大了混凝土混凝土下落阻力，混凝土堵在管內(nèi)。2.處理方法及施工要點(diǎn)：啟動應(yīng)急設(shè)備，實(shí)施應(yīng)急方案。若混凝土已初凝，則拔出導(dǎo)管，停止灌注，制定處理方案，報(bào)業(yè)主及監(jiān)理審批后予以實(shí)施。、坍孔1.原因：灌注過程中泥漿性能的變化易造成坍孔；2.處理方法及施工要點(diǎn)：對于小坍孔，保持加大水頭，防止續(xù)繼坍孔，若坍孔穩(wěn)定則恢復(fù)正常灌注，加大導(dǎo)管埋深，將坍孔泥砂排出，如坍孔嚴(yán)重應(yīng)立即中止灌注，將導(dǎo)管提出，用粘土回填，待坍塌穩(wěn)定后，再商定處理方案。、埋管1.原因：導(dǎo)管埋置過深，或提管過猛，將導(dǎo)管拉斷；2.處理方法及施工要點(diǎn)：導(dǎo)管埋深不得大于4.0m，導(dǎo)管埋入混凝土的長度取決于灌注速度和混凝土的性

15、能，任何時候不得小于1米，一般控制在24米內(nèi)。提升不能過猛，應(yīng)視現(xiàn)場實(shí)際情況由有主管工程師處理。. 混凝土灌注質(zhì)量控制1.混凝土施工前要有有資質(zhì)的試驗(yàn)室出具的配合比報(bào)告，混凝土要有良好的和易性，坍落度控制在180mm20mm.2.鋼筋定位，第二次清孔完畢，檢查合格后，下導(dǎo)管，并檢查氣密性，長度符合要求，保證底端距孔底300500mm，最好在30分鐘內(nèi)開始灌注混凝土，不能停留時間過長，以免塌孔。第一次灌注的混凝土量必須保證封底成功。3.混凝土灌注必須連續(xù)作業(yè)，不能中斷，嚴(yán)禁導(dǎo)管提升過猛或?qū)Ч苈袢脒^深，造成斷樁?；炷凉嘧⒘恳袑Ｈ擞涗?，混凝土灌注時的充盈系數(shù)應(yīng)控制為1.05.4.灌注樁的頂面標(biāo)高

16、應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出一定的高度，一般為0.51.0m,以保證樁頭混凝土的強(qiáng)度，多余部分必須鑿除。5.混凝土試塊留置，每根樁留置試塊不得小于3組9塊、且每個工作班不得少于一組。四. 灌注樁質(zhì)量施工控制、檢查及檢測 1、灌注樁施工質(zhì)量檢查、檢測必須按建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50202-2002、建筑樁基技術(shù)規(guī)程JGJ94-94、深圳地區(qū)基樁質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程SJG09-99的要求進(jìn)行；2、抽芯試驗(yàn)時，使用地質(zhì)鉆機(jī)取樁身混凝土芯樣作抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，同時檢查樁尖沉淀土實(shí)際厚度和樁底土層情況。要求鉆進(jìn)深度超過樁端進(jìn)入持力層1.2m，鉆取芯樣直徑為110mm。3、對進(jìn)行超聲波檢測的樁，預(yù)埋超聲波檢測管

17、，檢測管標(biāo)準(zhǔn)長6米，外徑57毫米，接頭采用焊接，上端應(yīng)高出樁頂50厘米，下端用鋼板焊接，不得漏水，澆注混凝土前在管內(nèi)灌滿水，上口用塞子塞住。每樁設(shè)置檢測管3根。4、樁身檢測，通常檢測承載力采用單樁靜載試驗(yàn)或高應(yīng)變動測法、而樁身檢測一般通過鉆芯取樣或低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢驗(yàn)，由于沖孔灌注樁在地下，質(zhì)量問題不可能直觀地反映出來，抽樣檢測具有局限性，靜載荷試驗(yàn)只能以點(diǎn)帶面，數(shù)據(jù)比較直觀，高應(yīng)變只能對樁的承載力做出估計(jì)，小應(yīng)變只能分析樁的完整性。本區(qū)間所有沖孔灌注樁均采用無破損檢驗(yàn)方法進(jìn)行了樁身檢測，其中超聲波檢測58根，低應(yīng)變檢測 194根，鉆芯取樣15 根，檢測結(jié)果一類樁179根占總數(shù)的92.27，

18、二類樁15根占總數(shù)的7.73，樁身混凝土強(qiáng)度全部符合設(shè)計(jì)要求，平均強(qiáng)度達(dá)到35.4MP，樁的承載力大于設(shè)計(jì)要求的1100T。五 施工質(zhì)量控制及體會質(zhì)量控制一般分為三個階段，即為事前控制、事中控制、事后控制，在工程施工中，筆者認(rèn)為事前控制尤為關(guān)鍵，時最為有效的控制手段，應(yīng)該采取主動控制。本工程開工前，我們組織相關(guān)人員做了一下幾方面工作。1. 熟悉設(shè)計(jì)圖紙，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)的施工驗(yàn)收規(guī)范和施工組織設(shè)計(jì)、工程勘察單位提供的地質(zhì)勘查報(bào)告，編制沖孔灌注樁專項(xiàng)施工方案，制定泥漿護(hù)壁沖孔灌注樁施工工藝流程，經(jīng)監(jiān)理單位審批后組織實(shí)施。2. 確定合理的沖孔施工機(jī)械設(shè)備，以滿足沖孔要求。3. 項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織

19、施工技術(shù)人員、施工操作人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底使施工操作人員充分了解灌注樁的施工工藝特點(diǎn)，熟悉本工程的地質(zhì)情況，掌握施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)，技術(shù)要求、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。4. 施工過程中我們主要抓了以下幾個環(huán)節(jié)：.測量定位，測量班放線后，由現(xiàn)場主管工程師組織相關(guān)人員進(jìn)行復(fù)核、校對無誤后報(bào)監(jiān)理審批。.沖孔作業(yè)，連續(xù)進(jìn)行，檢查施工人員施工記錄，經(jīng)常對沖孔泥漿進(jìn)行檢測和試驗(yàn)，不符合要求時及時糾正，注意土層變化，在土層變化處提取渣樣，進(jìn)行對比分析。始終保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿相對密度及黏度，成孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時請各方驗(yàn)孔，合格后方可進(jìn)行第一次清孔。.泥漿制備，在沖孔過程中，為防止塌孔，穩(wěn)定孔內(nèi)水位及便于清渣，采用黏土制備泥漿護(hù)壁。泥漿護(hù)壁是利用泥漿與地下水之間的壓力差進(jìn)行護(hù)壁，以確保護(hù)壁的穩(wěn)定。在操作中，合理的控制不同巖土層中泥漿的指標(biāo)顯得非常主要，本工程泥漿性能指標(biāo)詳見下表 泥漿參數(shù)表性質(zhì)一般地質(zhì)松散易坍地質(zhì)比重1.01.251.21.4含砂率8484粘度(s)16221928.第一次清孔，清孔分兩次進(jìn)行，第一次清