复杂地质条件下大直径长桩冲击钻机成孔质量的控制

复杂地质条件下大直径长桩冲击钻机成孔质量的控制 中华硕博网 WWW.CHINA-B.C0M 2009年05月12日 来源：互联网  菲律宾国立比立勤大学工商管理硕士博士联读  北京交通大学（EMBA）硕高级管理人员  美国协和大学硕士研究生工商管理（MBA）  亚洲（澳门）国际公开大学MBA学分对接班  美国美联大学工商管理硕士在职研究生  北京师范大学历史学在职博士研究生招生简章  天津大学EMBA2009年北京班招生简章  北京师范大学管理哲学博士在职研修生班简章  首都经贸大学SMBA人力资源在职硕士简章  09中国人民大学EMBA 班高级工商管理  北京师范大学创新管理博士在职研究生班简章  中国政法大学法学博士班在职研究生课程招生 中华硕博网核心提示: 摘要：介绍了广州市地铁四号线车站1标高架车站和区间桩基础———冲孔灌注桩施工中碰到的施工难题及其解决方法：利用超前钻探手段，根

摘要：介绍了广州市地铁四号线车站1标高架车站和区间桩基础———冲孔灌注桩施工中碰到的施工难题及其解决方法：利用超前钻探手段，根据不同地层条件，采取相应的技术措施，控制孔壁坍塌、缩颈、桩孔偏斜以及减少在冲孔过程中常遇的卡钻、埋钻等问题。

关键词：复杂地质大直径长桩超前钻探冲击钻机成孔

1工程概况 1.1设计 广州市地铁四号线车站1标包括石站和海傍站高架车站站台及站房，车站站台及区间柱间距为25m，车站轨道梁采用预制后张预应力混凝土箱形梁，除站厅及部分设备与治理用房外均架空。采用嵌岩端承桩基础，桩径分1.2m、1.5m两种，站台及区间墩采用双柱，每柱下四桩承台，站房部分多为两桩承台，其中 1.2m桩径约100根，1.5m桩径约80根，多数桩长超过50m，最大桩长80m。 1.2工程地质 本场地属于丘陵地貌，地表水系发育，河涌、沟塘遍布，根据地质初勘资料，站场地内由上到下的各地层岩性为：人工填土层土层厚0.50~9.70m，土层平均厚度1.48m。 海陆交互相沉积淤泥层饱和，流塑，含有机质、细砂、贝壳碎片等，土层厚1.20~7.50m，土层平均厚度3.41m。 海陆交互相沉积中粗砂层饱和，松散状，层厚1.20~3.50m，平均厚度2.42m。 混合花岗岩类残积土层土性为砂质黏性土，具有遇水软化、崩解特点。层厚1.30~21.50m，平均厚度7.83m。 混合花岗岩全风化带风化剧烈，裂隙发育，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易软化、崩解。层厚1.80~18.00m，平均厚度6.88m。 混合花岗岩强风化带岩芯呈半岩半土状、碎块状，岩石风化不均，多夹中风化岩块，可见球形风化现象。层厚1.30~39.20m，平均厚度10.97m。 混合花岗岩中风化带岩石组织结构部分破坏，裂隙较发育，可见多组裂隙，倾角60°，层厚0.50~18.00m，平均厚度5.09m。 1.3工程地质评价 本段地貌属珠江三角洲冲积平原，砂层分布较广，厚度较大，下伏基岩为白垩系碎屑岩，地下水补给来源较充沛，地下水丰富，属于岩土工程条件复杂地段，存在如下影响：①软土：软土强度低，易流变的特点，钻孔桩施工时易产生缩颈问题。②砂土：本区砂土多为饱和、松散~中密，钻孔桩施工时易发生塌孔。③软弱夹层：白垩系沉积岩中软弱夹层较为发育，存在大量透镜体，导致岩质不均，岩石强度和岩面起伏变化大。 2施工中的超前地质钻探 根据设计要求，桩的终孔原则：轨道梁下的桩基可进入连续中风化岩层深度3D，或进入连续微风化1.5D，或进入中风化加微风化的深度3D;且桩下中风化层或微风化层岩层厚度≥3D。设计虽然给出了具体的地质勘察告，但由于地质条件较复杂，桩位也有调整，所以不能满足桩成孔的质量要求，非凡是桩穿过的具体土层情况和桩端持力层高程不能准确判定，为此，决定采用超前钻探手段，准确判定桩位地质状况。 2.1超前钻探桩位的选取 地质资料显示，基岩面起伏较大，软弱夹层多，根据文献的规定：对于端承桩和嵌岩桩，当相邻两个勘探点揭露出的层面坡度10%时，应根据具体工程条件适当加密勘探点;复杂地质条件下的柱下单桩基础应按桩列线布置勘探点，并宜每桩设一勘探点;嵌岩桩钻孔应深入持力岩层≥3~5倍桩径。文献对嵌岩桩，应钻入预计嵌岩面以下3D~5D，并穿过溶洞、破碎带，到达稳定地层。 为此，根据设计桩位情况，选取每个墩柱的对角桩、站房双柱承台先施工桩作为勘探点，使点位分布较均匀，保证钻探资料有较广泛的参考意义。扣除详勘资料中已有的钻孔，共选取了36个勘探点，探孔深度参考详勘资料，在保证设计嵌岩深度的前提下，继续向下钻进≥5D。 2.2钻探设备的选择 选择广东探矿厂生产的GY-1A型油压回转地质钻机，配备91mm单管金刚石钻具，以便能够进行岩芯钻探并进行取样。为加快施工进度，两台钻机同步进行施工。 2.3超前钻探的实施 勘探点选定后，为减少对桩基施工的影响，各探孔钻探顺序依据桩基施工顺序进行。为保证钻探能够正确反映实际的地质状况，给桩基成孔提供可靠的参考依据，超前钻探实施过程中注重做到以下几点： 1）勘探点定位要准确，全部位于桩位中心，孔口高程也要进行测量，以便桩基施工时对照参考，同时与详勘资料比较，为相邻桩位提供参考。 2）根据设计要求，桩端以下3D为完整的岩层，钻探过程中及时检查岩样与进尺情况，保证闭孔时的总孔深和入岩长度，以利于冲孔桩施工时作为终孔的重要参考资料。 3）为准确判定下部各土层分层厚度，钻进深度和岩土分层深度的量测精度，应≥±5cm;严格控制非连续取芯钻进的进尺，使分层精度符合要求。 4）为保证岩样的采集率，采取短进尺的方式，约1m左右提取一次岩样，岩芯钻探的岩芯采取率，对完整和较完整岩体确保不低于80%，较破碎和破碎岩体≥65%。 5）根据现场钻探进尺情况，提前请专业地质监理到现场确定后闭孔、移机。 2.4钻探资料的记录及使用 为使资料记录真实及时，安排专人负责按钻进回次逐段填写，以免事后追记产生错误。钻探现场岩样的判定采用肉眼鉴别和手触方法。岩土芯样用专门制作的木盒保存，各地层岩性按照由上到下的顺序贴好标签并用塑料袋封存，标签上注明钻孔标号、岩性、分层厚度、层顶高程，简略的描述等。岩样保存时间至工程验收完毕为止，同时拍摄岩芯、土芯彩照纳入勘察资料。钻探结果采用钻孔野外柱状图表示，按照实际勘察结果编列成册。 2.5现场实际工程地质评价 通过现场超前钻探，结合详勘地质资料，评价本施工场区为：明塘发育，淤泥层和砂层分布较广，厚度较大，浅部岩体风化强烈，风化程度很不均匀，场区断裂构造较为发育，风化深浅受断裂构造影响较明显，局部地段中风化岩面局部陡变，其中风化残积砂质黏性土层部分地段较发育，强风化岩中夹中风化岩块、球形风化等。 本施工场地属于岩土工程条件复杂地段，含有软土、砂层、多分布透镜体等，对桩成孔存在如下的影响： 1）软土软土强度低，易流变，钻孔桩施工时易产生缩颈或坍塌问题。 2）砂土基坑内砂层呈厚层状连续分布，密实度差，振动易产生液化，稳定性差，钻孔桩施工时易发生塌孔。 3）软弱夹层土层分布较为复杂，多分布透镜体，岩层面风化程度参差不齐，成孔过程中要注重把握土层与地下岩层状态。

4）残积土层施工时应注重残积土层和完全风化岩层遇水易软化、崩解，需加强桩基施工的护壁措施。 5）岩面起伏中风化岩面局部陡变，强风化岩中夹中风化岩块、球形风化等不利因素较多，需注重控制桩孔垂直度。 3成孔过程的质量控制和检测 3－1成孔质量的控制 成孔过程中，几乎所有钻孔都要穿过软土、砂土、软弱夹层等，入岩时，岩层面起伏、岩性等也不同，如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩颈、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，因此，在成孔过程中，根据地质资料非凡是超前钻探资料对不同土层的高程、土层情况进行对比，根据不同地质条件和土层，随时调整泥浆的相对密度及冲程，在成孔质量控制方面做好下述几项工作。 1）软土及淤泥质土 淤泥质等软弱土层中成孔，成孔速度过快会造成桩孔不规则。淤泥层较薄时，可向孔内投入大量黏土和20cm以下的碎石，并采用1m左右小冲程反复冲击，使黏土和碎石挤入孔壁，以增加孔壁稳定性;当淤泥层较厚时，采用钢护筒支护孔壁，先压入钢护筒后冲孔，以防止坍孔和缩孔。泥浆相对密度控制在1.35~1.50之间，利用向孔内投入黏土或加入清水来调整泥浆的相对密度。 在软弱土层中成孔轻易出现缩颈，成孔时，应加大泵量，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。另外，在灌注混凝土或下钢筋笼前，可采用上下反复扫孔的办法，以达到设计的桩孔径。 2）黏土或粉质黏土 在砂质或粉质黏土中成孔，小冲程1~2m，泵入清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块。泥浆相对密度控制在1.3~1.4之间，对黏土层、亚黏土层泥浆相对密度宜控制在1.2~1.3之间。有地下水时，应密切注重是否夹有不透水层。当下层的承压地下水的水头比下层的地下水位高时，必须能保持足够的泥水压力。 3）砂及砂土层 对于砂、砂砾等土层，若成孔速度过快，会产生桩的径向摆动，而发生孔壁坍塌现象。在砂质土中成孔，一般采用小冲程1~2m，泥浆相对密度控制在1.3~1.4之间，穿过地下水时，必须使护筒内保持1.0~1.5m的水头高度，非凡是地下水有压力时，还要能保持足够的泥水压力。 在砂层或粉质黏土层发生坍孔时，可用碎石夹黏土回填到坍孔位置以上，并提高泥浆浓度或改善泥浆性能，加高孔内水位重新冲孔，属深层坍孔时，可用在坍孔位置灌注低标号水下混凝土加固孔壁的方法处理。 4）风化岩层 桩开孔至入岩后，开始向孔内加入清水或稀泥浆来降低泥浆相对密度，泥浆相对密度控制在1.3左右，采用大冲程3~4m，钻孔过程中勤掏渣，及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。 3.2成孔质量的检测 用测绳检测桩端达到设计标高后，采用6m长探笼检测成孔情况，未发现较大的斜孔、弯孔、缩孔，然后分节吊装钢筋笼就位，灌注水下混凝土后，根据设计和规范要求，分别采用声测法和动测法进行桩基质量检测，该工程全部桩均为Ⅰ、Ⅱ类桩，桩成孔质量控制较好。 4结语 通过对软弱土环境复杂地质条件下，桩端入岩50~70m的大直径长桩的施工，主要有以下几点体会： 1）复杂地质条件下，深入基岩的大直径长桩，成孔作业时间长，穿过地层多，确保桩基础质量的关键就是首先保证成孔的质量; 2）确保桩基成孔的质量的重点，就是根据不同的地质条件，采取不同的桩锤落距、泥浆浓度、加入小块石等工艺措施，而判定地质条件首先要明确施工场地的地质勘察告，在地质勘察不能满足要求或地质条件比较复杂的条件下，需要进行比《建筑桩基技术规范JGJ94—94》要求加密的地质勘探，以便取得足够的地质资料，作为桩基成孔质量控制的依据; 3）通过加密地质钻探取得具体地质勘察资料，会增加部分施工成本，但在不明复杂地质条件下，可大大减少成孔过程造成的缺陷; 4）超前地质钻探不仅可用于桩基成孔，在隧道工程施工中也具有指导意义。