浅析软土地基大直径超深长钻孔灌注桩施工技术

摘要：本文结合某高速公路施工实例，对软土地基大直径超深长钻孔灌注桩施工技术、施工质量问题以及影响施工的因素进行了分析，并提出一些预防对策与建议。

关键词：软土地基；钻孔灌筑桩；对策

钻孔灌注桩具有设备简单、施工方便、噪音低、无挤压、无振动和对相邻建筑影响小等优点,能在多种土质条件下作业,所以在路桥建筑、水利水电与港通等多种工程项目中被广泛采用。此外,它对桩径、桩深限制小,可施工大直径、超深度、高承载力的单桩。本文以某工程为背景,分析了软土地基大直径超深长钻孔灌注桩施工存在的主要质量问题,并研究其施工技术。

1、工程概况

某高速公路A标段地段为软土地基沉积区,地势较低,土壤松软,为沉积堆积平原地貌向坡积微过渡地段。该标段路线所经地段无基岩出露。该地区沉积岩相对较厚,平均厚度大于20.0m。其中砂土层厚约27.0,m,粉砂和中粗砂层黏粒含量少,呈中密状分布；其下为全风化花岗岩,密实状况良好，见图1所示。地面标高为25.35m,地下水位相对较高。工程桩桩长多大于60m,桩径大于800mm,属于大直径超长钻孔灌注桩。

2、钻孔灌注桩施工工艺和主要影响因素

2.1大直径超长钻孔灌注桩施工工艺

综合考虑该地带的工程地质状况和施工方案的操作难易程度,采取钻孔灌注桩施工方法。施工工艺流程如下:护筒设计与埋设，复核桩位钻机就位，钻进清孔，检测成孔，钢筋笼加工安放，导管的安装，水下混凝土灌注，护筒拆除、桩头清理与成桩检测。

2.2施工中遇到的问题

因为湖相软土地基的特殊地质环境与施工工艺的复杂性,钻孔灌注桩施工中经常会出现一些施工问题,主要表现在以下几个方面:

第一，塌孔现象。这是由于上部地层压力存在,使得孔壁岩土向孔内挤压,造成孔壁失去稳定从而坍塌。

第二，缩颈现象。这是因为水压力与上层土压力的共同作用,使钻孔直径逐渐减小。

第三，断桩现象。在混凝土浇筑过程中,由于导管底端距离孔底比较远,造成混凝土被稀释、不凝固,程度严重的时候就会形成断桩。

2.3成桩质量的影响因素

成桩质量的影响因素有很多，以下从施工技术、地质与水三个主要方面加以阐述。首先，软土地基大直径超深长钻孔灌注桩施工中,任何一个环节的失误或者操作不规范都可能对成桩质量造成影响,因此，正确的施工工艺非常关键。再者主观因素引起的操作不规范都可能会引起塌孔、桩底沉渣过多等问题，是造成工程质量差的直接原因。主要表现有：钻孔中钻头与孔壁多次发生碰撞、在砂土层中钻头速度过快从而造成护壁泥浆未能与孔壁粘合充分、清渣环节中因清孔时间过长或者钢筋笼在安置时触壁。

其次，土质。孔壁的坍塌大多发生在地质条件相对较差的砂土或者黏土中,且砂土最为严重。该地区为湖相沉积土,上层为黏土,中层为砂性土且厚度较大,下层基岩为全风化的沉积岩且埋藏较深。另外,通过实验室取样分析得出该地段上层黏土多为高液限黏土,其工程性质差，孔壁坍塌的可能性比较大。

第三，水。成桩的基本条件是要保持静水压力的内外部平衡。假如孔壁失去了平衡状态,塌孔、缩颈等现象就会发生。受到地下水活动的影响,在开挖基础的过程中基底内会发生渗流,当水头梯度较大时,还可能产生管涌现象,甚至会导致孔壁坍塌、断桩等严重施工质量问题。因此,施工前必须进行水文钻孔勘查,查明地下水分布规律。

3、预防对策

针对沪昆高速公路长沙段湖相软土地基大直径超长钻孔灌注桩施工过程中出现的有关问题,在现场调研、分析、实验与施工经验总结的基础之上,提出以下对策。

3.1泥浆控制

泥浆的主要作用是保护孔壁、悬浮钻渣、减少钻进阻力和清孔。若泥浆稠度过小,则护壁效果较差,排渣也非常困难,易造成塌孔、缩颈和桩底沉渣过多等问题；若稠度过大,则护壁层过厚造成泥浆原料的大量消耗,同时也给清孔与灌注混凝土带来困难。所以,随着施工钻进的具体情况需要及时调整泥浆的稠度。该工程软土地基中砂土层比较厚,钻到该层时需要适当加大泥浆稠度,确保护壁效果。

3.2选择合理的护筒与埋设方法

钻孔内的静水压力平衡是保证孔壁稳定的基本条件,依据表土质量和地下水位的影响程度,选择不同长度的护筒和埋设方法从而确保钻孔的水头高度。护筒能够提高孔内的水头高度,增加对孔壁的静水压力进而避免孔壁坍塌。当地下水位过高时,应该相应抬高护筒,以保持足够的静水压力。

3.3成孔工艺要点

第一，隔孔施工钻孔桩。为了避免钻孔桩的施工对相邻新施工桩造成影响,保证已有桩的稳定性,所以应该采用隔孔施工的方法。

第二，保证桩身成孔垂直的精度。成孔的垂直度精确与否是控制深长钻孔灌注桩质量的一个重要条件。要确保成孔垂直精度满足设计要求,就需扩大桩机支承面积以使桩机稳定,并在钻进进程中随时校核钻架钻杆的垂直度,从而确保里程和垂直度满足设计精度的要求。

第三，钻孔进尺速度控制。在粘土、亚粘土层进尺速度控制在0.5-1.0m/h；为保证孔壁稳定,防止坍孔,在亚砂土层、砂层适当提高钻速,进尺速度控制在1.5-2.0m/h。

此外还要确保成孔深度与成孔孔径。

3.4施工进度要合理

在该工程施工时,依据其特殊的工程地质条件,科学调整钻进的速度。在黏土层中钻进时,需要保持正常的转进速度；当钻进至砂土层时,需要合理地放慢速度,保证泥浆和孔壁充分粘结,以更好的保护孔壁,避免塌孔。此外,在清孔环节中需要把握好时机,清孔时间过长将易引起泥浆沉积与沉渣过多,还有可能会导致孔内泥浆密度不均、塌孔等现象的发生。

3.5施工方法要合理和施工机械要合适

依据地层的变化应该采取正确的钻孔方式并选择合适的钻孔设备,在此需要注意的是,在岩层较软的地层中使用回旋钻钻头常常易导致塌孔。钢筋笼要垂直下放,减少钢筋笼和孔壁的接触。采取导管法灌注混凝土时,要严格控制混凝土埋管深度和拔管速度,保证混凝土的及时供应和导管内混凝土柱高度,灌注应该连续,以避免管内外压力差过小而引起导管进水从而造成缩颈。

4.结束语

沪昆高速长沙某标段经过湖相软土地基,地质条件差,加上施工工艺复杂等因素,在大直径超长钻孔灌注桩施工中经常发生孔壁坍塌、缩颈、桩底沉渣等质量问题。该文综合现场调研、分析、取样实验与现场施工经验,从各个方面对施工质量问题进行了详细探讨并提出了预防措施。

参考文献:

[1]黄建平.钻孔灌注桩砼内部缺陷的原因分析及预防措施[J].公路与汽运,2009(2).

[2]蔡志勇,谈旭东,吴海产.深长钻孔灌注桩在软土地基中的应用[J].建筑技术开发,2002,29(6):25-27.

[3]张民庆,彭峰.地下工程注浆技术[M].北京:地质出版社,2008.