1. 全护筒工程钻机
桥梁桩基岩溶地段施工问题分析及预防处理措施 1 工程概况京沪高速公路上有一中桥,该桥桥基钻孔桩 95. 2 %处于岩溶发育区,地质结构复杂,表现在溶洞、裂隙比较普遍,岩面倾斜较大,根据地质资料揭示,溶洞内充填粘土,含碎石、砂且漏水,洞体高度一般在1m 以上,大者达15. 1m ,溶洞分布深度、高度有一定的规律性,西部较东部发育,具有连通性。 2 施工方案的选定根据地质钻探资料,结合附近路基挖方爆破段的地质结构(泥石填充胶结性较好) ,决定采用冲击钻孔灌注桩的桩基施工方法,并使用沉钢护筒护壁跟进钻孔,将钢护筒下沉2～3m 护壁,保持水头回填粘土、片石(掺入水泥、锯末) 等孔壁自稳能力,保证河床稳定,杜绝孔口坍塌,防止灌注砼的大量流失,成孔把握性大,作业面广。 3 钻孔施工中易出现的问题、原因分析及防治处理 3. 1 裂隙漏浆裂隙漏浆产生后,难以形成设计桩位的圆孔,表现为扩径或塌孔,严重时将钻机倾倒。 3. 1. 1 原因分析一般的钻孔桩施工也会出现塌孔等问题。但在岩溶地段这种现象尤为明显。因为岩层表面的溶沟、槽与溶洞相互串通,又与地下水形成暗流,通过透水性强的砂砾层、卵石层与地下水相连接,钻孔中泥浆比重较大,孔内水压与暗流水压造成漏浆,当钻头击穿无填充物或少量填充物溶洞顶板时,孔壁失去孔内压力,孔内水头急剧下降,外部地下水渗透水压过高而产生动压力,引起孔壁坍塌。塌孔的表现形式也多样化。当护筒下沉与岩面连接不密时,坍塌多发生在护筒底:当钻机击穿溶洞顶板时,仅三四分钟孔内水头下降3～ 5m深,造成孔四周钢管、方木等落入孔中,护筒也下沉;有时两桩基之间突然下陷深约3m ,直径 5m 左右的大坑; 有时桩基在施工中,短短2 分钟,孔内漏浆量达16m3 ,补水一下难以完成,造成钻机倾覆。 3. 1. 2 预防及处理措施 (1) 要求司钻人员对照地质钻探资料检查孔内水头高度,泥浆稠度和孔外水位变化,及时取碴分析,发现异常,及时处理。与普通的钻孔桩所用的泥浆相比,岩溶地段处............
2. 旋挖钻钢护筒
旋挖钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的,其施工过程具有隐蔽性,不可预见因素较多,成桩后也不能进行开挖验收,整个施工中的任何一个环节出现问题,都会影响整个工程的质量和进度,甚至造成巨大经济损失和不良社会影响,本文以石武客专郑州段桥桩施工和太原万达广场基础桩为例,分析旋挖钻孔灌注桩在钻孔及水下混凝土灌注过程中经常出现的施工质量问题进行原因和提出防治措施。
一、旋挖钻孔过程中出现的施工质量问题及防治措施
1 护筒下沉或偏移
1.1现象:
护筒外壁土质松软,地基下沉,有水冒出,护筒下沉、倾斜或移位,甚至无法施工。
1.2造成原因:
石武客专郑州段施工范围较广,开孔的土质多为回填土或者换填的粉土,容易造成埋设护简的周围土不密实;再者护筒水位差太大,或护简直径不合适,或钻进过程中钻头起落时刮碰护筒。
1.3防治措施:
在上述土质埋设护筒时,首先要选择直径合适的护筒,一般护筒内直径比桩直径大10cm左右,护筒周围的土体要夯密实,可直接用钻头或钻杆头部墩实,或者在护筒外壁加些膨润土夯实使之不漏水,在石武客专郑州段桥桩施工中。如遇到开7L就是沙层,可用钢丝绳连接护筒引出固定,防止下沉。护筒高出地面20cm~右,过高施工不便,过低不安全。护筒内要保持一定的水头高度,如果水头低于护筒底部,钻孔过程中,泥浆反复冲刷护筒底部土体,容易产生护简周围土体松散漏水,护筒下沉偏移。钻头起落时,到护筒位置时应慢放慢提,防止碰撞护筒,发现护筒冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固,若护筒严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。
2 孔壁坍陷
2.1现象:
钻进过程中,如发现泥浆中不断出现气泡,或泥浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷迹象。
2.2造成原因:
孔壁坍陷的主要原因是土质松散,泥浆没有调好,护筒周围未用粘土紧密填封以及护简内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。
2.3防治措施:
在石武客专郑州段松散易坍的土层中,适当加长护筒,用粘土密实填封护筒四周,使用优质的泥浆。例如聚合物泥浆,提高泥浆的比重和粘度,保持护筒内泥浆水位高于地下水位,搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间,混凝土的供应(包括运距,连续性等)也要细致计算时间。成孔后在保证施工质量的情况下,应尽量缩短灌注时间。
3 缩颈
3.1现象:
缩颈即孔径小于设计孔径。直接表现为钻孔时。钻头外壁被粘泥包住,或者下钻时达不到实际位置;成孔后,无法放人钢筋笼,成桩后检�结果显示局部桩径变小,严重者视为废桩。
3.2造成原因:
塑性土膨胀;泥浆护壁效果不佳;粘泥层含水量较大,使之具有流动性。
3.3防治措施:
在太原万达广场商业楼基础桩施工中,地面到约-20米均为淤泥地层极易缩颈,有认为此地层无需膨润土,用清水,在钻孔过程中自制泥浆也可成孔,试验效果不好,且无理论依据。本文提出几点措施斌验效果较好,但也无法达到全部成功。])在基础桩施工前进行降水井施工,使地层含水量减少,减少泥层的流动性;2)应采用优质泥浆,成孔过程中,在7」壁形成泥皮,则孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀;3)在导正器外侧增焊垫板,在钻进或起钻时起到扫孔作用;4)使用套管,下至穿过淤泥层,此方法效果很好但施工复杂且成本较高。另外旋挖钻机操作手经验也十分重要,钻进要慢,还要尽量节省时间尽快成孔。如出现缩颈,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径,但要仔细控制,防止扩孔过大,灌注混凝土时,超方严重。
4 桩底沉渣量过多
4.1现象:
桩底泥土、泥浆等杂物沉积过多;钢筋笼或导管下不到位。
4.2造成原因:
清孔不干净或未进行二次清孔;泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起;钢筋笼吊放过程中,未对准￥L位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底;清孔后,待灌时间过长,致使泥浆沉积。
4.3防治措施:
成孔后,钻头提高孔底10-20cm,保持慢速空转,进行循环清孔。采用性能较好的泥浆,控制泥浆的比重和粘度,不要用清水进行置换。钢筋笼吊放时,使钢筋笼的中心与桩中心保持一致,避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度,减少空孔时间,从而减少沉渣。下完钢筋笼后,检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,则应利用导管进行二次清孔,直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注混凝土时,导管底部至￥L底的距离控制在50era为宜,初始灌注混凝土,应有足够的混凝土储备量,一般采用较大料斗,使导管一次埋人混凝土面以下一米以上,以利用混凝土灌注的巨大冲击力溅除孔底沉渣,达到清除孔底沉渣的目的。
二、水下混凝土灌注过程中出现的施工质量问题及防治措施
1 卡管
1.1现象:
水中灌注混凝土过程中,无法继续进行灌注;返浆不顺畅,甚至不返浆。
1.2造成原因:
初灌时,隔水栓堵管;混凝土和易性、流动性差造成离析;混凝土中粗骨料粒径过大;导管冲洗不干净,造成导管内壁有混凝土凝结;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续(实际施工中等待混凝土的时间长原因居多),混凝土在导管中停留HJ间过长而卡管;导管进水造成混凝土离析等。
1.3防治措施:
应确保导管连接部位的密封性,导管使用前应试拼装、试压,试水压力为0,6―1,0MPa,以避免导管进水。及时检查更换密封圈,导管接头丝扣良好无损,接管时要上紧丝扣,保证导管的密封性,泥浆才能顺利排出。拆卸导管进行冲洗时,注意导管内壁要彻底冲洗干净。涉及二次清孔的,在混凝土灌注前,需要对导管进行卸压,卸压过程一定不能马虎,要反复观察导管内外液面变化,理想的卸压结果是导管内外液面高度一平,内液面微高于外面,一般就达到了卸压的目的了。加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下灌注,要求混凝土必须具备良好的和易性,配合比直通过实验室确定,坍落度宜为180-220em,粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4,且应小于40mm。为改善混凝土的和易性和缓凝,水下混凝土宜掺外加剂。还要考虑混凝土的运输距离及道路拥堵情况,控制好混凝土到达现场时间,确保灌注的连续性,在混凝土浇筑过程中,混凝土应缓缓倒人漏斗的导管,切勿封堵导管孔口,避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中,应时刻监控机械设备,确保机械运转正常,避免机械故障的发生而导致下水灌注混凝土不连续。
2 钢筋笼上浮
2.I现象:
灌注混凝土时,钢筋笼上浮,其位置高于设计位置的现象。
2.2造成原因:
钢筋笼放置初始位置过高,混凝土流动性过小,导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升;当混凝土灌至钢筋笼下,若此时提升导管。导管底端距离钢筋笼仅有Ira左右时,由于浇筑的混凝土白导管流出后冲击力较大,推动了钢筋笼的上浮;由于混凝土灌注到钢筋笼且导管埋深较大时,其上层混凝土因浇注时间较长,已接近初凝,表面形成硬壳,混凝土与钢筋笼有一定的握裹力,如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带动钢筋笼上升。
2.3防治措施:
钢筋笼初始位置应定位准确,井与孔口固定牢固或做支撑工具撑住钢筋笼顶部。加快混凝土灌注速度,缩短灌注时间,或掺外加剂,防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小,混凝土接近笼时,控制导管埋深在1,5-2,0m。灌注混凝土过程中,应随时掌-握混凝土浇注的标高及导管埋深,当混凝土埋过钢筋笼底端2 3m时,应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2-4m,不宜大于5m和小于lm,严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时,应立即停止灌注混凝土,并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高,提升导管后再进行浇注,上浮现象即可消失。
3 断桩
3.1现象:
混凝土凝固后不连续,中间被泥浆、孔渣等疏松体及泥土填充,轻微者为夹泥,严重者为断桩。
3.2造成原因:
由于导管底端距孔底过远,混凝土被朴洗液稀释,使水灰比增大,造成混凝土不凝固,形成混凝土桩体与土体之间被不凝固的混凝土填充;受地下水活动的影响或导管密封不良。冲洗液浸入使混凝土水灰比增大,形成桩身中段出现混凝土不凝体;由于在浇注混凝土时,导管提升和起拔过多,露出混凝土面。或因停电、待料等原因造成夹渣,出现桩身中岩渣沉积成层,将混凝土桩上下分开的现象;浇注混凝土时,没有从导管内灌人,而采用从孔口直接倒人的办法灌注混凝土,产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬,个别孔段出现疏松、空洞的现象。
3.3防治措施:
成孔后,必须认真清孔,一般是采用冲洗液清孔,冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定,冲孔后要及时灌注混凝土,避免孔底沉渣超过规范规定。灌注混凝土前认真进行孔径测量,准确算出全孔及首次混凝土灌注量,漏斗要清洗干净,不能有泥土等残渣,灌注前。放人隔水球,保证混凝土和导管内液体分离,顺利排浆,浇注过程中,应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深,提升导管要准确可靠。并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比,混凝土应有良好的和易性和流动性,坍落度损失应满足灌注要求。确保导管的密封性。导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定,切勿起拔过多。
三、结语
上述是结合石武客专郑州段桥桩施工及太原万达广场基础桩施工过程中常见的一些质量问题,分析问题原因,根据施工经验总结出的一些防治办法。在旋挖钻孔水下灌注桩施工中,针对具体的施工情况对各个环节都要有细微的控制,做到有的放矢,防微杜渐,有效的减小或避免工程质量事故的发生,对工程的质量、进度、效益都将起到积极的作用。
3. 旋挖钻机跟进护筒
旋挖桩护筒一般超过10米拔出来的难度就很大。而且护筒拔出来与工程实际地质、混凝土的埋深以及地下水位有很大的关系。地下水位越低、混凝土埋置护筒越高越难拔出来。因为护筒一般要穿越地下水层，混凝土埋置深，摩擦力大，护筒都很难拔出来。
4. 旋挖钻机护筒作用
首先，利用旋挖机在原旋挖孔埋钻埋杆位置紧挨其护筒另行埋入长护筒，使用截齿捞渣斗进行钻进，边钻进边调整钻杆角度使钻头偏入原旋挖孔内，直到钻头碰到被埋的钻杆，再调整钻杆角度向下钻至埋钻埋杆位置以下深度形成辅助孔，与机锁杆配合捞出障碍物并拔出机锁杆；
然后，采用低标号混凝土对辅助孔及原旋挖孔进行回填，浇筑过程中辅助孔内混凝土蔓延至原旋挖孔或其他辅助孔内，最终浇筑至浅层地面处，并拔出辅助孔及原旋挖孔的护筒；
最后，重新对桩位进行放点，埋设长护筒，使用截齿捞渣斗钻至埋钻埋杆处，随后换上特制套钻，将掉落的钻头套牢并取出，最后再换上另一个钻头继续进行成孔作业。
5. 全护筒冲击钻机成孔
成孔方法有三种，即回转钻成孔、潜水钻成孔和冲击钻成孔。
①回转钻成孔。回转钻成孔是国内灌注桩施工中最常用的方法之一。按排渣方式不同，分为正循环回转钻成孔和反循环回转钻成孔两种。
a.正循环回转钻成孔是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流入泥浆池，经沉淀处理返回循环池。正循环成孔泥浆的上返速度低、携带土粒直径小、排渣能力差、岩土重复破碎现象严重，适用于填土、淤泥、黏土、粉土、砂土等地层，对于卵砾石含量不大于15%、粒径小于10mm的部分砂卵砾石层和软质基岩及较硬基岩也可使用。桩孔直径不宜大于1000mm，钻孔深度不宜超过40m。正循环钻进主要参数有冲洗液量、转速和钻压。保持足够的冲洗液（指泥浆或水）量是提高正循环钻进效率的关键。
b.反循环回转钻成孔是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，携带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法。根据抽吸原理不同，可分为泵吸反循环、喷射（射流）反循环和气举反循环三种施工工艺。泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆的水流上升而形成反循环；喷射（射流）反循环是利用射流泵射出的高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而形成反循环；气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱重度差有关，随孔深增大效率增加。当孔深小于50m时，宜选用泵吸反循环或射流反循环；当孔深大于50m时，宜采用气举反循环。
②潜水钻机同样使用泥浆护壁成孔。
a.潜水钻正循环是利用泥浆泵将泥浆压入空心钻杆，并通过中空的电动机和钻头等射入孔底，然后携带着钻头切削下的钻渣在钻孔中上浮，由溢浆孔溢出进入泥浆沉淀池，经沉淀处理后返回循环池。
b.潜水钻反循环有泵吸法、泵举法和气举法三种。若为气举法出渣，开孔时只能用正循环或泵吸式开孔，钻孔为6～7m深时，才可改为反循环气举法出渣。反循环泵吸式用吸浆泵出渣时，吸浆泵可潜入泥浆下工作，因而出渣效率高。
C.冲击钻成孔。冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称冲锤）提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种。前者所钻孔径较小、效率低、应用较少；后者钻孔直径大，有800mm、1000mm、1200mm几种。钻头可用锻制或用铸钢制造，钻刃用T18号钢制造，与钻头焊接。钻头形式有十字钻头及三翼钻头等。锤重500～3000Kg。冲孔施工时，首先准备好护壁料，若表层为软土，则在护筒内加片石、砂砾和黏土（比例为3∶1∶1）；若表层为砂砾卵石，则在护筒内加小石子和黏土（比例为1∶1）。冲孔时，开始低锤密击，落距为0．4～0．6m，直至开孔深度达护筒底以下3～4m时，将落距提高至1．5～2m。掏渣采用抽筒，用以掏取孔内岩屑和石渣，也可进入稀软土、流砂、松散土层排土和修平孔壁。掏渣每台班一次，每次4～5桶。用冲击钻冲孔，冲程为0．5～1．0m，冲击次数40～50次/min，孔深可达300m。这种冲击钻冲孔适用于风化岩及各种软土层成孔，但由于冲击锤自由下落时导向不严格，扩孔率大，实际成孔直径比设计桩径要增大10%～20%。若扩孔率增大，应查明原因后再成孔。
6. 旋挖钻机护筒
钻孔灌注桩塌孔的处理办法： （1）如为轻微塌孔，立即采取增大泥浆比重，提高泥浆水头，增大水头压力。 （2）塌孔不深时，可改用深埋护筒，护筒周围夯实，重新开钻。 （3）若发生严重塌孔，应马上用片石或砂类土回填，或用掺入不小于5%水泥砂浆的粘土回填，必要时将钻机移开，避免钻机被埋入孔内，待回填稳定后重钻.当回填后片石的岩面倾斜较大时，钻头易摆动，撞击护筒或孔壁，造成偏孔或塌孔、卡钻等现象，这时先选用小冲程进行冲击，待将孔底的浮土、凸出部分凿平出现平台后．再加大冲程转入止常冲程。
7. 全护筒回旋钻机
1.护筒内径根据成孔方法确定。采用机械回转法成孔时，护筒内径比钻头直径大150～200mm.用冲击法成孑L时，护筒内径比钻头直径大300400mm.每节护筒长度1.5～2m。
2.护筒应坚固、不漏水，内壁平滑、无凸起，制作必须符合设计和规范要求。
3.护筒顶端高程应高于地下水位或施工期间的最高河道水位2.0m以上，旱地钻孑L护筒顶端高程应高出地面300mm。
4.护筒底端埋设深度应符合下列规定：在旱地和浅水域，黏性土地层中护筒埋深不宜小于原地面以下1.5m，砂性土地层中应将护筒周围500～800mm和护筒底500mm范围内的土换填黏性土并夯实；在深水域，黏性土地层中护筒应沉人河床局部冲刷线以下l.5m，细砂或软土地层中应沉人冲刷线以下至少4m。
8. 全护筒旋挖机
钢护筒拆除应在灌注混凝土初凝前,灌注完成后至1小时内必须拔出。
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