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1、钻孔灌注嵌岩桩的施工探讨云南省有色地质局三一O队 张忠成摘要：冲孔灌注桩是灌注桩的一种。灌注桩是直接在桩位上就地成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。冲孔灌注桩是冲击钻成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成,主要用于岩土层中成孔,成孔时将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层,然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆对于岩溶地区复杂的地质条件，冲击钻进方法是嵌岩桩最有效的成孔方法，冲击成孔工艺随地层变化较大，冲孔桩成孔的成败决定于成孔工艺的合理性。冲孔桩施工前应对场地的地质条件有详细的了解，并针对岩溶特点做必要的准备工作。本文以某工程为例，对岩溶地区桩基在施工过程中遇到诸如漏浆、
2、混凝土漏失、孔斜、单桩承载力不够等问题做简要分析，另外提出物探在岩溶地区施工勘察中的作用。关键词：岩溶地质；嵌岩桩；冲孔1工程概况某工程场地周围为丘陵，紧邻河流。场地地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙岩溶水，大气降水和河流入渗为主要补给方式，人工开采为主要排泄方式。由于该地形复杂，地面高程变化较大，且受厂区排水设施渗漏补给，水位动态变化较大，勘测期间钻孔地下水位埋深3.2023.60m，据调查，常年最高地下水位埋深2.00m。根据前期工程所取地下水试验结果表明：按岩土工程勘测规范（GB50021-2001）第12.2节，在环境干湿交替的条件下进行判定，地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混
3、凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。该工程设计采用钻孔灌注嵌岩桩，桩径800mm，混凝土强度等级C25，桩端全断面进入中等风化灰岩1d1.5d（d为桩径）。2工程地质条件（Q4s），杂填土，杂色，主要成分为碎石、角砾、砖块、黏性土，多为拆除原有建筑物所遗弃的建筑垃圾，少数为生化垃圾，松散，湿。揭露层厚为0.307.00mm，层底埋深0.307.00m。（Q4a1+p1），黏土，灰色、褐黄等色，可塑，局部软塑，含少量碎石、角砾，母岩成分为硅质岩、燧石，粒径一般在35mm，最大粒径15mm，含量10%15%，层厚1.709.70m，层底埋深2.2012.70m，局部存在。（Q4s1+p1
4、），黏土，棕黄、灰黄、褐黄等色，硬塑，局部可塑。含大量碎石、角砾，母岩成分分为硅质岩、燧石，灰色、灰黑色，粒径一般在58mm，最大粒径15mm，碎石含量为10%40%，极不均匀，局部含量高达60%。厚度1.5025.50m，层底埋深4.9026.00m，该层在厂址区内普遍分布。该层局部地段富集风化煤泥层，灰黑色，硬塑。（Q4e1），黏土，棕黄、黄褐等色，可塑。含大量碎石、角砾，母岩成分为硅质岩、燧石，灰色，灰黑色，粒径一般在27mm，最大粒径10mm，碎石含量7%12%，极不均匀，局部含量高达25%。层厚1.0017.80m，层底埋深11.5031.70m。1层（P2h），硅铝岩，深灰色，碎块
5、状结构，块状构造，主要矿物成分为高岭石、石英、黄铁矿、一水铝石及绢云母。全风化中等风化，最大揭露厚度15.30m，岩石结构基本破坏，但尚可辨认，有参与结构强度，矿物成分已基本变异，部分矿物风化。局部存在。2层（Q4）岩溶填充物，黏土，棕黄、棕红色，可塑，局部软塑，含石灰岩碎块。该土主要分布于灰岩的岩溶、裂隙中，为溶洞、裂隙等后期填充物。3层（P2h）石灰岩，灰色，深灰等色，块状结构，块状构造，为硅质石灰岩类，中等风化，细晶隐晶质结构，中厚层状结构，基本保持原有岩石颜色，矿物成分基本未变化，风化裂隙不很发育，岩芯呈块状和短柱状，质纯，质硬，声脆，结构致密，不易击碎。岩层产状：倾向120，倾角10
6、。3施工工艺分析3.1设计方案本工程设计单桩承载力特征值4000kN，800mm，混凝土强度等级C25，桩端入中等风化灰岩1d1.5d，直径16.5m范围内布桩94根，保证桩端以下3d范围内无软弱夹层，裂隙溶隙溶洞。3.2施工控制溶洞的发育无规律可循，无论是水平方向还是垂直方向变化都很大，在桩基础施工前，虽然多数工程对每根桩均进行了超前钻探勘察，但仍然难以掌握溶洞的发育规律及规模，无法准确判断岩溶发育形态、深度和范围，使施工风险极大。在以往施工的工程中，经常遇到超前钻已提示设计桩底以下3倍桩径或5 m深度范围内为完整岩层，未发现溶洞，但在桩基施工完成后进行抽心检测时，有些桩的桩底以下又发现溶洞
7、，有些溶洞规模还较大，使桩基承载力难以达到设计要求。成孔过程中漏水、漏浆由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料反映不可能十分准确，施工过程中往往出现一些意外情况，在钻进过程中因突然漏水、漏浆导致孔内水头迅速下降，导致护筒挤压变形或塌孔、埋钻，甚至地面大范围沉降等重大安全事故。成孔事故多，由于岩溶地区地质构造复杂，在施工过程中可能会遇到大溶洞、多层溶洞或孔内有石笋、溶沟、孤石、岩面呈斜面、陡坎、异形等复杂情况，在成孔过程中塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏斜、移位、弯孔等事故较为普遍。孔内涌砂当岩面倾斜较大，加之因溶蚀产生溶槽、溶沟或有大块孤石等情况，钢护筒没有完全着岩，在成孔时，由于冲击锤的上下起落
8、引起孔内水位波动，会发生孔壁砂向孔内涌流的情况。清孔难度大，当采用冲击钻机冲击成孔工艺 特别是大直径桩成孔后，怎样清孔，使沉渣厚度及泥浆性能同时符台规范要求，是非常关键的环节。有时换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低，粘度下降，又会重新发生渗漏、塌孔事故。混凝土灌注难度大由于桩超长，混凝土方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。而且通过溶洞段时，还易发生混凝土压力过大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或断桩。所以必须精确计算、精心组织，控制好混凝土坍落度与灌注速度。4施工中遇到的问题与采取措施岩溶地区钻孔灌注桩的施工可以用回转反循环或者冲击正循环，前者成孔质量好但是成孔速度慢，后者与之恰好
9、相反。在本工程中用的是冲击正循环。在成孔施工过程中遇到较多的问题是漏浆与孔斜。4.1漏浆形成原因：灰岩中存在溶洞、裂隙、或土层中存在空洞。该场地地处岩溶地区,地层为人工填土、粉质粘土、卵石、角砾,胶结强度低,地下水活动强烈,普遍存在溶洞、溶隙等透水构造(漏失地层),成孔时常伴随着泥浆漏失,桩孔漏浆量大,导致桩孔上部坍塌,钻机下沉等严重事故。处理措施：在探明漏失地层位置的基础上,通过勘察孔进行注浆,封堵漏失通道,防止泥浆漏失。具体做法如下：勘察孔遇到漏失地层或易塌地层必须下套管隔离,终孔后,套管顶部加一个变径接头与注浆机输浆管相连,浆液通过套管到达漏失地层,注浆从漏失地层底板开始,然后均匀上提套
10、管至其顶板结束,注浆参数选择如下：调整注入钻孔泥浆参数：比重：冲击钻机1.20；遇到严重漏浆时，要立即向孔内填入黏性土和片石，每次填入量不少于2m3，直到渗漏停止，然后复钻；每钻进至岩面以及每入岩0.5m时均要向孔内填入黏土，每次填入量不得少于4m3，然后复钻；为防止回填黏土入水分散无法达到填充强度，黏性土入孔前要揉压均匀，加大其粘结力。土球直径要小于30cm，并且无棱角，避免对孔壁造成破坏。4.2钻孔偏斜形成原因：钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳；地面软弱或软硬不均匀；土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物；基岩面存在一定的倾斜角。处理措施：先将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地
11、；安装钻机时要求钻头与钻架上起吊滑轮在同一轴线。在不均匀地层中钻孔时，采用自重大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，向孔中填入黏土、片石，要轻锤慢击。传统施工中还有导正器导正、“十”字冲锤切削、井下爆破等，但是效果不明显。4.3清孔在清孔过程中使用的正循环方式清孔速度慢并且清孔效果差，有一些工地使用气举反循环，效果不错，抽芯检测证明可以达到0沉渣。4.4灌注过程中发生混凝土漏失形成原因：由于溶洞及溶蚀裂隙的广泛存在，甚至还有地下暗河，在灌注过程中，随着灌注方量的增加，孔内混凝土对于孔底和孔壁的压力也逐渐增大，当溶洞顶板或侧壁不能承受混凝土的压力而被穿破，就会造成混凝土漏失。例如，在Y
12、C-4施工至30.531.5m时发生严重漏浆事故。在灌注混凝土至12m时，混凝土突然漏失至28m，在YC-4周围发育有溶隙。当钻孔内充满混凝土时，混凝土自重产生的强大压力使溶隙侧壁瞬间破裂而发生混凝土瞬间漏失。处理措施：当操作人员发现泥浆面明显下降时,首先应将锤头提离孔口,避免可能出现的埋锤事故。如果漏失量较小,补浆后不再继续漏浆,只要往孔内投放510包水泥,即可继续施工,并注意观察泥浆面变化。补浆无法满足堵漏时,应及时投入水泥、黄土等堵漏材料,保持不间断补浆。用冲锤冲散水泥及黄土,发现漏浆即停止冲击,继续投入水泥和黄土堵漏,多次反复,直至不漏为止,停置24h,继续施工。如果漏失量特别大,孔壁
13、坍塌严重,首先要将钻机移至安全地带,保障操作人员及施工机械的安全,然后采取措施处理。在发生混凝土漏失后孔内泥浆也要跟随下降，必须及时向孔内补充泥浆，以免造成因上部孔口失去泥浆衬托造成塌孔，那势必造成断桩。在灌注过程中，要保证导管埋深不能低于45m，在发生混凝土漏失时还留有一定余量，但同时亦不能大于6m，以免因为埋管过深或导管碰挂钢筋笼而造成导管提拔不动形成断桩。灌注完毕后还要随时监控孔内混凝土面高度，看混凝土面高度是否下沉。5结束语针对混凝土漏失事故需要说明的是混凝土漏失是岩溶发育造成的，这种问题可以及早发现及早处理，处理好后不会给工程带来不良影响。但是如果溶隙未被发现，并且其侧壁或顶板在灌注
14、时未被破坏，最后由上部结构所带来的压力导致破坏，则会造成严重后果。解决这一问题常用的是“超前钻”，“超前钻”对大部分桩端下3d范围内的岩溶发育情况能够探明，但是如果遇到石芽、石笋、岩面陡坎、裂隙却不能探明，针对这一问题有人在详勘时用高密度电法或高密度地震与钻孔勘探结合来探明岩溶发育情况以及岩面起伏情况，并取得良好效果，对于上部的土洞或基岩面较浅时，高密度电法勘探效果较好，而对于深层溶隙、溶洞等利用高密度地震勘探效果更好。在施工过程中应加强现场管理检查力度，做到有问题及早处理，确保桩基施工的顺利进行。参考文献：1 曾唯. 建筑地基不均匀沉降处理探讨J. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2009,(07) . 2 张薇. 钻孔灌注桩缺陷处理施工技术J. 山西建筑, 2005,(13) . 3 吉龙华. 钻孔灌注桩常见施工质量问题及防治措施J. 山西建筑, 2005,(21) .
