機(jī)械泥漿鉆沖成孔與水下灌注樁技術(shù)監(jiān)控措施

機(jī)械泥漿鉆沖成孔與水下灌注樁技術(shù)本文簡述樁基礎(chǔ)：樁是深入土層的柱型構(gòu)件，樁與連接樁頂?shù)某信_組成深基礎(chǔ)，簡稱樁基，其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載，通過較軟地層或水傳遞到深部較堅硬的壓縮性小的土層或巖層。一般房屋基礎(chǔ)工程中、樁主要承受垂直的軸向荷載，在河港、橋梁、高聳塔型建筑、樁基通過作用于樁尖（或稱樁端、樁底）的地層阻力和樁周圍土層的摩阻力來支承軸向荷載依靠樁土層的側(cè)向阻力支承水平荷載。但是在各類大口徑機(jī)械成孔樁基礎(chǔ)施工工藝中，在不同的地區(qū)及不同地質(zhì)構(gòu)造和復(fù)雜地層的地質(zhì)成因，在施工中常遇到的技術(shù)難度及質(zhì)量，安全事故處理。復(fù)雜地層的地質(zhì)成因：地質(zhì)因素是產(chǎn)生復(fù)雜地層的內(nèi)在因素，巖石受地質(zhì)構(gòu)造運動，風(fēng)化作用，地下水等的影響，而使巖石的穩(wěn)定性質(zhì)是由組成巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)所決定的。對未遭受地質(zhì)破壞的巖層來講，巖石組成的礦物成分硬質(zhì)高，結(jié)構(gòu)越致密，膠結(jié)程度越好，強度越高，巖石也就愈堅硬，穩(wěn)定性也越高，相反，組成巖石的礦物質(zhì)較軟，結(jié)構(gòu)強度很低，巖石均比較松散，例如：素填土、雜填土及第四系的沖積層、復(fù)蓋層等、這類地層主要是由水（或風(fēng)）的搬運沉積而成，是由粘土、砂、卵礫石，碎石等組成，其特點是松軟無膠結(jié)具有良好的透水性（粘土除外）穩(wěn)定性差，在這類地層中鉆進(jìn)沖擊，易出現(xiàn)孔壁坍塌、掉塊、探頭石、漏水、漏失泥漿等現(xiàn)象，故在這類地層鉆進(jìn)沖擊成孔過程中，正確地選擇泥漿沖洗液類型和泥漿的比重及粘度，維護(hù)孔壁穩(wěn)定，防止縮徑、坍塌、掉塊、漏失（或漏水）的重要措施。機(jī)械沖擊成孔灌注樁1.適用范圍及原理：沖擊鉆成孔施工法是采用沖擊式鉆機(jī)或卷揚機(jī)帶動一定重量的沖擊鉆頭，在一定的高度內(nèi)使鉆頭提升，然后突放使鉆頭自由降落，利用沖擊動能沖擠土層或破碎巖石形成樁孔，再用淘渣筒或其它方法將泵送泥漿至孔底進(jìn)行循環(huán)將鉆渣巖屑排出孔外。每次沖擊之后，沖擊鉆頭在鋼絲繩轉(zhuǎn)向裝置帶動下轉(zhuǎn)動一定的角度，從而使樁孔得到規(guī)則的圓形斷面。其優(yōu)缺點：優(yōu)點：用沖擊方法破碎巖土，尤其是破碎有裂隙、溶洞、溶槽的堅硬巖土，所消耗的功率小，破碎效果好。同時在沖擊土層和破碎地層時所產(chǎn)生的沖擊擠壓作用，形成的孔壁較為堅固，相對減少了破碎體積，對裂隙、溶洞、溶槽充填從而節(jié)省了大量的砼。在沖擊過程中為確保樁基質(zhì)量，在裂隙、巖溶地層鉆進(jìn)時，做到下列事項：沖擊鉆頭操作平穩(wěn)，盡可能少碰孔壁；先用較圓形沖頭，沖程宜小不宜大于0.5m；遇到裂隙，漏失泥漿時，可邊沖擊邊投入粘土，碎石、毛石，直至穿過裂隙，漏失泥漿地帶，能有效避免了垮孔、卡鉆事故；遇溶洞時，可減少沖程和懸距進(jìn)行邊沖邊向孔內(nèi)投入小毛石或碎石，以沖擠到溶洞內(nèi)充填物中作骨架，慢慢穿過溶洞地帶，當(dāng)遇到易垮塌地層時，能迅速將鉆頭提離孔底及孔口外。缺點：在利用鋼絲繩牽引沖擊鉆頭進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)時，大部分作業(yè)時間消耗在提放鉆頭、掏渣、孔樁糾斜上、鉆進(jìn)效率較低。隨著孔樁的加深，掏渣時間和孔底清渣時間均增加，而且在內(nèi)沖頭遇到溶槽、溶洞、造成沖頭倒錘、卡錘、梅花孔的控制能力較低，從而對孔樁的垂直度及孔。2.泥漿調(diào)制及泥漿護(hù)壁攜渣原理：=1\*GB3①、在孔樁附近挖寬2.00米長3.5米深1.00米的泥漿池一個,并安裝泥漿專用泥漿攪拌機(jī)一臺，并使用膨潤土或優(yōu)質(zhì)粘土再添加聚炳烯酰胺(PH)和火堿羚甲千維素(CMC),CMC為羚甲基，（caboxymethyi）與千維素（cellulose）以及乙醚化合成的鈉鹽，是具有水溶性與電離性能的高分子物質(zhì)，與水泥幾乎不發(fā)生作用，但這樣的泥漿成本過高。=2\*GB3②、在孔樁內(nèi)填入粘性好、含砂量少的優(yōu)質(zhì)粘土，通過沖擊鉆頭反復(fù)沖擊形成攪拌原理，讓新投入的優(yōu)質(zhì)粘土和孔內(nèi)原生土水的混合物制成密度大于1.4以上的粗糙泥漿，在不抽水的情況下，泥漿在孔內(nèi)對孔壁產(chǎn)生一定的靜水壓力，可抵抗作用在孔壁的側(cè)向土壓力和水壓力，防止坍孔。同時失水量小的孔，泥漿會在孔壁上形成薄而堅韌的泥皮可防止泥漿漏失，防止?jié)B入孔壁的自由水，從而對孔壁具有良好的保護(hù)作用。泥漿具有一定的粘度和包裹性，它能將孔內(nèi)因沖擊孔底而產(chǎn)生的土渣、巖屑、在泥漿泵的作用下懸浮起來，并通過泥漿循環(huán)置換出孔樁外完成泥漿對孔樁清渣工作。施工工藝流程：施工程序：=1\*GB3①、樁位測定：樁孔經(jīng)放樣效對后進(jìn)行護(hù)筒埋置，或人工挖孔砼支護(hù)。=2\*GB3②、設(shè)置護(hù)筒：（或人工砼支護(hù)）。護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)比沖擊鉆頭直徑大200至300㎜，如直徑大于1.00m的護(hù)筒如果鋼硬度不夠時，可在頂端焊加強環(huán)，在護(hù)筒外壁焊豎向加肋筋，護(hù)筒過于太大,可改用人工支護(hù)砼。=3\*GB3③、安裝沖擊鉆機(jī):沖擊鉆進(jìn)、清除沉渣（用掏渣筒或泥漿泵循環(huán)），沖擊鉆進(jìn)在鋼絲繩沖擊過程中，最重要的問題是如何保證沖擊鉆頭在孔內(nèi)以最大的加快速度下落，以增加沖擊功能，故應(yīng)在不同地層選擇合理沖擊頭的重量：沖擊鉆頭的重量一般按其沖孔直徑每100㎜/㎡取100-140㎏為宜，對于硬巖石層或刃腳較長的鉆頭取最大值，相反取最小值，選擇合理的沖擊懸距，最優(yōu)懸距是保證鉆頭最大切入深度而使鋼絲繩沒有懸距正常之間。懸距過大或過小鋼絲繩抖動劇烈，懸距正常，鉆機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，鉆進(jìn)效率高。沖擊行程和沖擊頻率是指沖擊梁在下死點鉆頭提至最高點時鉆頭底刃面距孔底的沖擊次數(shù)，一般沖擊頻率為40-48次/分為宜，沖擊鉆進(jìn)孔樁施工總的原則是根據(jù)地層情況，合理選擇鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。少松長繩，勤松短繩，（指次數(shù)）勤掏渣，或泥漿正循環(huán)時、勤清理泥漿槽和泥沙沉淀池。沖擊鉆機(jī)沖擊進(jìn)尺原理見示圖：圖1控制合適的泥漿比重：施工時，要先在孔口埋設(shè)護(hù)筒，或人工砼支護(hù)，然后鉆機(jī)就位，使沖擊錘中心對準(zhǔn)樁孔中心，開始應(yīng)低錘密擊，在松散、松軟土層中應(yīng)及時加片石，砂礫石和粘土夯實及泥漿護(hù)壁，使孔壁被擠壓密實直至孔深達(dá)護(hù)筒底以下3-4m后，才可加快速度，將錘提高至正常高度進(jìn)行沖擊，并隨時測定和控制泥漿比重，各婁土層中的沖程和泥漿比重關(guān)系：在護(hù)筒中及其刃腳下3m,低沖程1m左右，泥漿比重1.2至1.5,土層松軟時投入片石和粘土塊將造成堅實孔壁。粘性土.粉土層用中.低沖程1至2m,加清水或稀泥漿，經(jīng)常清除鉆頭上的泥塊，防粘鉆.吸鉆.提高鉆進(jìn)效率。粉.細(xì).中.粗砂層用中沖程2至3m泥漿比重1.2至1.5，投入粘土，勤沖，勤掏渣將孔反復(fù)沖擊造成堅實孔壁，可以防止坍孔。砂卵石層用中.高沖程2至4m，泥漿比重1.3左右，多投粘土，減少投石量，這時可以加大沖擊能量，提高鉆進(jìn)效率。基巖用高沖程3至4m，加快沖擊頻率8至12次/min，泥漿比重1.3左右，加大沖擊能量，提高鉆進(jìn)效率。軟弱土層或塌孔回填重鉆就用低沖程反復(fù)沖擊，加粘土夾小片石，泥漿比重1.3至1.5將造成堅實孔壁。淤泥層用低沖程0.75至1.50m增加碎石和粘土投量，邊沖擊邊投入，碎石和粘土擠入孔壁，增加孔壁穩(wěn)定性，當(dāng)泥漿達(dá)到泥漿泡和度時，需及時外排稀釋，否則嚴(yán)重影響沖擊進(jìn)尺。水下混凝土灌注灌注水下混凝土的方法主要有以下幾種：預(yù)填骨料的灌混凝土。箱底張開法灌注混凝土。用混凝土泵送法。用導(dǎo)管法。在泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工中幾乎都用導(dǎo)管法。故本節(jié)只講介導(dǎo)管法灌注水下混凝土的施工。1、導(dǎo)管或注混凝土的基本原理所謂導(dǎo)管法是將密封連接的鋼管作為水下混凝土的灌注通道,其底部以適當(dāng)?shù)臐舛嚷裨诠嗳氲幕炷涟韬衔飪?nèi),在一定的落差壓力作用下,形成連續(xù)密實的混凝土樁身.導(dǎo)管法灌注混凝土的優(yōu)缺點=1\*GB3①、優(yōu)點：能向水深處迅速地灌注大量混凝土，不用排水、利用有利的地下條件對混凝土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（即養(yǎng)護(hù)條件接近于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，作業(yè)設(shè)備和器具簡單，能適應(yīng)各種施工條件。=2\*GB3②、缺點：由于是水下混凝土，故每立方米混凝土的水泥量比一般混凝土要多，在樁頂形成混凝土浮漿層較厚，要精心的管理，否則稍有疏忽，就會出現(xiàn)斷樁，不易保證混凝土的質(zhì)量，灌注量大時，作業(yè)時間和勞動強度都比較大。導(dǎo)管灌注的主要機(jī)具：主要機(jī)具有：向水下輸送混凝土用的導(dǎo)管，導(dǎo)管送料用的漏斗；初灌量大時，還應(yīng)配備儲料斗；首批混凝土填充導(dǎo)管的隔離混凝土與導(dǎo)管內(nèi)水所用的器具，如滑閥、隔水塞和漏斗拉蓋、導(dǎo)管底蓋，但是，大口徑樁所用的導(dǎo)管口徑相應(yīng)較大，用底蓋隔離水，大口徑導(dǎo)管因泥漿浮力大而無法將導(dǎo)管下至孔底，故采用漏斗拉蓋法，就是在漏斗底處設(shè)置，用鋼繩連接，拉蓋當(dāng)儲料斗儲滿混凝土后將用機(jī)具拉開拉蓋。根據(jù)不同需要進(jìn)行套管選擇參考表1：表1套管內(nèi)徑（mm）適用樁徑（mm）通過混凝土能力（m3/h）導(dǎo)管壁厚（mm）連接方式備注無縫鋼管鋼板卷管200600-12000108-94-5絲扣或法蘭導(dǎo)管的連接或卷制制焊縫必須密密封，不得漏漏水230-255800-1800015-179-105法蘭或插接300≧15002510-116注：本表大多數(shù)參數(shù)摘自江西省地礦局“鉆孔灌注樁施工規(guī)程”1989年4月。漏斗拉蓋法示意圖2、3：安全與孔內(nèi)事故及處理：沖擊鉆機(jī)施工時，根據(jù)不同地層，使用不同沖頭，，是確保安全施工和提高效益有著直接關(guān)系的，但是在任何地區(qū)施工中，孔內(nèi)事故都是無法被免除，例如貴陽醫(yī)學(xué)院學(xué)術(shù)交流中心工地，在施工過程中所遇到的幾個典型事故：ZKB11，設(shè)計樁徑1.6m，設(shè)計孔深11.06m，在孔深進(jìn)入10.70處，操作人員將機(jī)具正常提下鉆頭，對孔樁的過厚泥皮進(jìn)行機(jī)械式剝蝕，突然出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆事故，經(jīng)分析是嚴(yán)重的下卡事故，其該地區(qū)地層屬于典型喀什特地層，溶洞、溶槽、裂隙、特別嚴(yán)重，在事故處理中，非常困難。①、該地區(qū)地下水特別豐富進(jìn)行人工護(hù)壁挖掘處理時，又不能抽地下水。②、由于在鬧市及居民住宅區(qū)，又不能采用爆破震動沖頭底部。初步方案有兩個：①我們在原有的一期工程中，我們曾經(jīng)處理過ZKX56#孔樁，樁鏡徑1.3m，在孔深14.5m處沖頭被卡，采用了加大提升能力，（吊車協(xié)助），后又采用鉤鏈?zhǔn)降蹂N上打無果，最后采用GQ12回旋鉆機(jī)，采用保徑1.3m銅狀鉆頭切鉆到?jīng)_頭底部，但是反復(fù)切鉆十七次，才進(jìn)入到鉆頭底部，雖處理好了該事故，但是花費了大量的人力、物力。當(dāng)時處理該事故見示圖：圖4所以在處理ZKX11#孔時，就改用處理方案，用壓力千斤頂50噸2個，在孔口上架設(shè)鋼軌4-6根，用12mm厚，