冲击钻孔施工常见问题及预防处理措施之相关制度和职责，1前言我国许多地区表土或软弱土覆盖层以下是岩层,通过理论计算,嵌岩桩一般进入弱风化岩层2倍桩径深度,同时也有设计为嵌岩(摩擦)桩的。由于冲击钻机在较高强度岩层中钻进比其它钻机具有优...
1 前言
我国许多地区表土或软弱土覆盖层以下是岩层,通过理论计算,嵌岩桩一般进入弱风化岩层2倍桩径深度,同时也有设计为嵌岩(摩擦)桩的。
由于冲击钻机在较高强度岩层中钻进比其它钻机具有优越性,故得到了广泛应用。下面以高速公路施工实例,介绍冲击钻施工常见问题及预防、处理措施。
2 地质情况 (33#墩,Φ1.5m,K48+185,桩底标高-43.3 )
⑴地面以下2.7m为粘土(标高4.0~1.3m);黄灰色,灰黄色,可塑,部分软塑状态,中等~中偏高压缩性;属第四系全新统冲积、海积成因,编号1-1层表土;钻孔桩推荐容许承载力【σ0】=100~140kpa,钻孔桩周土极限摩阻力τ=20~30kpa。
⑵下部有10.8m淤泥质粘土(标高1.3~-9.5m);灰色,深灰色,流塑,部分软塑状态,天然含水量高、空隙比高、抗剪强度低,压缩性高;属第四系全新统海积、冲海积成因,编号1-2层淤泥质粘土;推荐容许承载力【σ0】=40~60kpa,桩周土极限摩阻力τ=5~10kpa。
⑶下部有3.6m粘土(标高-9.5~-13.1m);灰黄色,硬塑~可塑状态,中等压缩性;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-1层粘土;推荐容许承载力【σ0】=200~240kpa,桩周土极限摩阻力τ=50~60kpa。
⑷下部有3.5m亚粘土混粉砂(标高-13.1~-16.6m);黄色,灰黄色,中密~密实状态;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-2层亚砂土;推荐容许承载力【σ0】=150~240kpa,桩周土极限摩阻力τ=40~50kpa。
⑸下部有4.5m中粗砂夹粘土(标高-16.6~-21.1m);灰黄色,中密~密实状态;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-3层粉细砂,推荐容许承载力【σ0】=220~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=55~60kpa。
⑹下部有5.8m残积土夹碎石(标高-21.1~-26.9m);灰黄色,绿灰色,灰白色,亚粘土夹风化岩碎块,部分夹碎石,密实状态,低~中等压缩性;中密~密实状态;属第四系上更新统,残积成因,编号5-1残积土夹碎石;推荐容许承载力【σ0】=300~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=60~80kpa。
⑺下部有9.2m全风化云母片麻岩(标高-26.9~-36.1m);灰黄色,灰白色,棕灰色,浅绿色;编号8a-1层全风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=300~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=75~80kpa。
⑻下部有4.3m强风化云母片麻岩(标高-36.1~-40.4m);浅灰色,褐灰色,棕灰色;编号8a-2层强风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=450~800kpa,桩周土极限摩阻力τ=80~150kpa。
⑼下部有5.7m弱风化云母片麻岩(标高-40.4~-46.1m);灰白色,褐灰色;编号8a-3层弱风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=1100~1800kpa,桩周土极限摩阻力τ=140~260kpa。
3 冲击钻施工特点
冲击钻成孔灌注系用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头(又称冲锤)上下往复冲击,将硬质土或岩层破碎成孔,部分碎渣和泥浆挤入孔壁中,大部分成为泥渣,用淘渣筒掏出成孔,然后再灌注混凝土成桩。
冲击钻施工特点:设备构造简单,适用范围广,操作方便,所成孔壁较坚实、稳定,塌孔少,不受施工场地限制,无噪声和振动影响等;适用于黄土、粘性土、粉质粘土、人工杂填土、坚硬土层、含有孤石的砂砾石层、漂石层、岩层,因此被广泛地采用。弱风化云母片麻岩中每小时可钻进7~10cm。
4 存在问题
4.1 护筒下陷、移位。
钢丝绳断裂。钻头销子断裂。
卡钻。
孔壁坍塌。孔壁倾斜。
4.2桩端持力层判别错误
4.3终孔后发现孔深不够。
探孔器不能顺利到达孔底。
4.4钢筋笼焊接质量不高,速度慢,中心定位不准,个别上浮,掉入孔中。
4.5首盘砼没封住底,导管中进入泥浆,断桩,桩身夹泥。
导管堵管或下料困难、掉入孔中。
4.6砼超方。
5 原因分析、预防处理措施
5.1护筒下陷、移位
(1)原因分析
直径太小,埋设不密实。埋设护筒时挖除全部土,开钻进尺过快。钻孔时提升钻头时触动护筒。孔中顶部泥浆比重较小,造成护筒底部孔壁坍塌。
(2) 预防、处理措施
Φ1.5m钻孔桩,最好使用Φ1.8m以上护筒。埋设护筒时,保留桩位处土体,护筒外侧用黄土夯填密实。小冲程、低速开钻,开孔时抛入黄土、片石,把护筒底部挤密实。提升钻头时,避免砸碰护筒。适当加大泥浆比重,持续循环泥浆。必要时,把护筒固定在钻机上。
5.2 钢丝绳断裂、钻头销子断裂
(1)原因分析
产品质量差。作业人员粗心,没经常检查。有空锤现象。
(2)预防、处理措施
购买质量好的钢丝绳、销子,准备备用的钢丝绳、销子。施工时勤检查钢丝绳、销子,避免打空锤现象。
钻头掉下后,不停泥浆循环,防止被沉淀埋住。先探测钻头位置、倾斜方向,用打捞锚钩反复打捞,如卡住钻头腰带捞不起,可以再下打捞锚钩挂住,用吊车配合钻机提吊。
根据钻头倾斜位置,对打捞钢丝绳施加拉力,使钻头松动。可请专业爆破打捞人员进行井下爆破,炸药放置深度、数量须适当,打捞钢丝绳须吃劲,爆破时同时上拉。必要时,请潜水员下潜后把钢丝绳套入钻头销孔后提吊。
5.3 卡钻
(1) 原因分析
钻进速度太快,地质情况不明,岩面倾斜、存在孤石(探头石)、溶洞或被坍孔落下的石块卡住,土层缩颈,梅花孔。
(2) 预防、处理措施
应严格按操作规程进行钻孔作业。卡锤后不宜强提,只宜轻提,采用冲、吸等方法将锤周围松动后再提出。
观察钢丝绳偏移情况,判定孔壁倾斜、孤石(探头石)、缩颈、梅花孔深度,不停循环泥浆,防止钻头被沉淀埋住。
先探测钻头位置、倾斜方向,可以对打捞钢丝绳施加拉力,使钻头松动。可以用打捞锚钩反复打捞,卡住钻头腰带后用吊车配合钻机提吊。如提不起,可以再下打捞锚钩挂住,用大吨位吊车配合钻机提吊。
可请专业爆破打捞人员井下爆破,炸药放置深度、数量须适当,钢丝绳须吃劲,爆破时同时上拉,使钻头松动。
如果摩擦桩孔底卡钻无法取出,潜水员亦无法作业时,可以申请变更。
5.4 孔壁坍塌
(1) 原因分析
护筒埋深不够,钻进速度不合理,孔内泥浆水位高度不够、泥浆比重小,性能差,在地质不好的情况下处理不及时。
(2) 预防处理措施
确保护筒埋设已穿过软土、粉沙层。在松散砂土钻进时,控制进尺速度。适当加大泥浆比重,持续循环泥浆。必要时,加入粘土等材料造浆。泥浆性能好,在长期停钻的情况下,沉积物很少,还可使孔壁形成一层粘性好、密度大、渗透性差的泥皮,可防止孔内泥浆外渗,减缓孔内水头降低速度,使孔壁稳定。钻进时及时补充孔内泥浆,保证孔内水头相对稳定。下钢筋笼时,泥浆比重1.2,灌注时泥浆比重1.15~1.18。如坍塌严重,需要回填静置,重新开钻。
5.5 孔壁倾斜
(1)原因分析
当遇到岩面倾斜、大孤石、探头石或地层变化,地面松软导致钻机沉陷,稍不注意就会造成斜孔。
(2) 预防、处理措施
冲锥的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不大于2cm。钻进时检查钢丝绳偏移,随时调整。如有探头石、大孤石,低速打碎;当遇到岩面倾斜,根据钢丝绳偏移判定情况,放慢钻进速度,必要时抛填片石填平后再冲击;遇到土层软硬不匀,致使锤头受力不均时,往孔内填入底标号混凝土,待混凝土凝固到一定强度再用锤低速打进。
积水、松软地面提前挖沟排水,钻机就位时采取换填、多铺垫枕木加大承载面积等措施,避免钻机沉陷。
5.6桩端持力层判别错误
(1)原因分析
施工经验局限,没有进行综合判断。
(2) 预防、处理措施
对于非岩石类持力层,判断比较容易,可根据地质资料的深度,结合现场取样进行综合判定。
对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩,判定岩层界面难度较大,可以地勘孔资料为基础,结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况、钻进速率和孔口捞取渣样进行综合判定,必要时进行原位取芯验证。嵌岩桩一般进入弱风化岩层2倍桩径深度,正确判断岩层后,对于确定终孔标高十分重要。
5.7终孔后发现孔深不够、探孔器不能顺利到达孔底
(1)原因分析
作业人员粗心大意。探孔器自重轻,孔壁倾斜,存在孤石(探头石),土层中缩颈存在梅花孔。
(2) 预防、处理措施
即将终孔时,用钢尺检查测绳长度,勤测孔深。技术复查孔深满足要求后方可提钻。
探孔器(比钢筋笼直径大10cm)下不去,钢筋笼很可能下不去。探孔器可以配重200kg后重新下。如果还下不去,观察钢丝绳偏移情况,判定孔壁倾斜、孤石(探头石)、缩颈、梅花孔位置深度,钻头周边加焊厚钢板进行扫孔,必要时回填片石。
5.8钢筋笼焊接质量有待提高,中心定位不准,个别上浮,掉入孔中
(1)原因分析
钢筋工技术不高,责任心不强。灌注砼速度太快。砼初凝和终凝时间太短,使孔内砼过早结块,当砼面上升至钢筋笼底时,托起钢筋笼。清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多,砂粒回沉在砼面上,并随孔内砼逐渐升高,当砼上升至钢筋笼底部时使钢筋笼上浮。提升导管时挂住钢筋笼。吊筋不符合要求。
(2) 预防、处理措施
对钢筋工加强培训,立焊接头现场逐根检查。最后一节钢筋笼用工字钢扁担起吊,钢筋笼中心和复核无误的护桩十字线交点重合。
钢筋笼安装后应立即灌注砼,若推迟灌注砼,应重新进行清孔。否则,可能造成孔内泥浆悬浮的砂粒下沉而使孔底沉渣过厚,并导致隔水栓无法排出导管外而发生堵管事故。灌注砼接近钢筋笼底面时,放慢速度。同时采用机械下压,防止继续上浮。提升导管时, 应轻提轻放, 并尽量居中, 垂直, 以免挂笼。钢筋笼放至孔内设计标高后将骨架吊环通过扁担挂在孔口,扁担下垫方木,不得放在护筒上。
5.9 首盘砼没封住底,导管中进入泥浆
(1)原因分析
工人技术不高,责任心不强。
隔水阀与储料斗接触不够紧密,存在间隙,出现漏浆,造成储料斗底部混凝土集料过多、离析,致使管内混凝土流动性差。提拔时吊绳断裂,造成混凝土未能连续下灌。储料斗和导管不密封。导管悬空过大。
罐车性能不好,首盘砼隔水阀提起后,没有连续放砼,或罐车放砼速度太慢。
混凝土下灌困难上下提升导管时,导管下口脱空。
(2) 预防、处理措施
加强培训,固定人员。灌注砼时,队长必须在场。
两罐车砼到场后方可停止二清、安装储料斗。采用软木塞、覆盖橡胶板制作隔水阀,采用钢丝绳吊绳。储料斗和导管密封连接好。导管悬空保持50cm。
选好罐车送前两车砼(12m3),首盘砼隔水阀提起后,立即连续放砼,罐车放砼速度要快。
混凝土下灌困难上下提升导管时,测量埋深,防止脱空。
发现导管里进入泥浆后,立即测量孔深,如有埋深,可以用污水泵抽出泥浆后继续灌注。也可采用二次封底技术灌注砼,导管底口应高出砼面20cm。
无法保证质量时,可以立即用大吊车配合钻机拔出钢筋笼,困难时可以逐根拔出。无法拔出时,用Φ0.6m小锤冲击砼,也可冲击后进行爆破。可以水下切割钢筋笼。也可采用二次封底方法灌注砼,待四天后回填片石重新下钻,边钻边用磁铁打捞钢筋头,至少捞出一半,同时反复回填片石冲击钻进,防止钢筋笼卡钻。
5.10导管堵管或下料困难、掉入孔中
(1)原因分析
导管密封圈安装不平、密封圈质量差、不配套、紧固不到位,造成导管沁水,灌注时降低管内压力,形成塞管。
储料斗和导管不密封;提拔隔水阀时吊绳断裂,砼未能连续下灌;首盘砼隔水阀提起后,没有连续放砼,导管里进入泥浆,灌注时泥浆洗砼造成离析堵管。导管悬空过小。
罐车下料平台填筑高度不足,造成混凝土储料斗高度降低,更换小料斗后冲击力更小,压力差过小,砼下料困难。灌注结束时,导管内砼柱高度减小,超压力降低,而泥浆及所含渣土稠度增加,比重增大。
在砼下灌困难时,多次上下提升导管,造成导管下口附近砼被振捣密实,管内砼离析,形成堵管或下料困难。
混凝土坍落度太小,骨料粒径太大,和易性、粘聚性差。混凝土供应不及时,间歇时间过长。料仓内有杂物,砂石料受到污染硬化或水泥受潮硬化。罐车内存杂物或水,造成砼离析或杂物堵管。
提吊导管钢丝绳断裂、上下抖动时大料斗和导管断裂,孔口平台卡板失效。
? (2) 预防、处理措施
固定指挥、操作人员。灌注砼时,队长必须在场。
先做导管密水试验。下导管时装好密封圈、紧固到位。导管悬空保持50cm。
两罐车砼(12m3)到场后方可停止二清、安装储料斗,储料斗和导管密封连接好。采用软木塞、覆盖橡胶板制作隔水阀,采用钢丝绳吊绳。选好罐车送前两车砼,首盘砼隔水阀提起后,立即连续放砼,罐车放砼速度要快。当导管内砼不满含有空气时,后续砼要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和导管,以免在导管内形成高压气囊,挤出管节间的橡皮垫,使导管漏水。
适当加高罐车下料平台填筑高度,连续灌注两车砼后,再更换小料斗。灌注结束时可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀物。
砼下灌困难上下提升导管时,先测量埋深,下插速度要慢,避免反复上下提升,防止导管导管下口砼被捣实、管内混凝土离析。可以换上大料斗,或泵送砼,增加砼压力。
清理干净料仓内杂物、砂石料、水泥硬化结块。在拌和站料仓、储料斗、小料斗顶部加设φ12@10×10cm钢筋网片,防止大块堵住导管。对罐车清理情况进行认真检查,清除罐车内存储杂物或水。
试验室、拌和站抽走拌合机料斗积水,控制好配合比、拌和时间,使各盘砼塌落度、流动性稳定,罐车须自转。铁路南灌注时增设一道检查。砼在现场目测合格后,方可下灌。
堵管后,可采用二次封底技术灌注砼,检测不合格时重新冲钻。无法保证质量时,可以立即用大吊车配合钻机拔出钢筋笼,困难时可以逐根拔出。无法拔出时,可以进行水下切割钢筋笼。
如堵管位置距地面12m左右,也可拔除导管后,下护筒(设4根导向工字钢,设加强肋、接头满焊,不能偏移)至断桩位置,循环、抽除泥浆后,人工凿毛后,进行桩基灌注。
也可以回填片石后重新下钻,边钻边用磁铁打捞冲断的钢筋头,至少捞出一半多,同时反复回填片石冲击钻进,防止钢筋笼卡钻(尽量少用)。
如发生卡钻,不停循环泥浆,防止钻头被沉淀埋住。观察钢丝绳偏移情况,进行提吊,判定卡钻位置、倾斜方向、原因。可以对打捞钢丝绳施加拉力,使钻头松动。可以用打捞锚钩反复打捞,卡住钻头腰带后用吊车配合钻机提吊。如提不起,可再下打捞锚钩挂住,用大吨位吊车配合钻机提吊。
必要时可以请专业爆破打捞人员进行井下爆破、打捞钢丝绳同时上拉,使钻头松动。可以让潜水员水下加挂钢丝绳或切割钢筋。
必要时可以用振动锤下压15mm厚φ2.5m钢护筒(桩基φ1.5m,设4根导向工字钢,设加强肋、接头满焊,不能偏移)至隔水层。没有沉降要求时,循环、抽除泥浆,存在涌水时打管井降水或定向封堵,在护筒内加设支撑、人工挖出钻头。须控制沉降时,可以在护筒底部四周注浆阻水(须计算好参数)或采用水下砼阻水。
经常检查提吊导管钢丝绳、导管卡箍、大料斗和导管接口,提升导管后,立即盖住孔口平台卡板。
导管掉下后,迅速测定管顶口位置并打捞。离井口5m并在砼面以上时,可以抽水后直接打捞,用潜水泵抽出导管里的泥浆后继续灌注。较深无法打捞时,可以采用二次封底技术灌注砼。如不满足质量要求,较浅时可下护筒人工凿除并灌注砼,较深时可以重新冲击。
5.11成桩检测出断桩、夹泥层、泥心
⑴原因分析:
首盘砼没封住底,导管中进入泥浆,灌注时未及时提升导管、下料困难造成堵管,导管掉入孔中后二次封底。提升导管时碰撞钢筋笼,使孔壁土体混入混凝土中。砼初凝和终凝时间太短,或灌注时间太长,使砼上部结块,造成桩身砼夹渣。灌注结束拆除最后一节导管时拔除速度过快。
⑵处理措施
在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管,形成泥心。
可以用冲击钻硬冲,将钢筋笼及桩底砼砸入桩四壁及桩底。断桩、夹泥层位置较浅时,可以下护筒(设导向工字钢,设加强肋、接头满焊,不能偏移)至缺陷位置,凿除上部砼后,进行桩基灌注。
以上措施造价昂贵,耗时过长。还可以采用高压喷射注浆法处理。在桩顶设3个钻芯孔,取芯至缺陷部位以下50cm,查明缺陷位置和范围。用泵压大于20Mpa的高压水流对缺陷段自下而上冲洗,喷射时喷管提升速度为10cm/min,旋进速度为20转/min,喷射处理长度上下各延长50cm,另一孔有清水溢出时可认为已冲通,换另外二孔,至3个孔全部冲通。压入清水循环排出废渣,直至所有孔都为清水时,清渣工作结束,进行高压喷射注浆。
5.12 砼超方
(1)原因分析
钻机、钻头类型不同造成。工人操作水平不一致。土层、砂层里扩孔较大。沉淀池偏小,与循环池没有分开,造成泥浆含砂率降低过慢。清孔时间过长。
(2) 预防、处理措施
选用直径比桩径小4~6cm的冲击钻头;岩层较软时,可以选用沃卡斯钻机,选用厚壁定向空心钻头;岩层较硬时,选用手拉式钻机。选用合适冲程,避免打空锤扩孔。
适当加大沉淀池。下钻最后2米时,边钻进,边循环泥浆。终孔后连续循环泥浆浮出钻渣,泥浆中只有细沙后及时安装滤砂器,逐步降低比重、砂率,缩短一清、二清时间。清孔时水管应下至孔底。清孔时不得提前降低泥浆比重,或采取清水稀释泥浆过快,盲目降低含砂率,造成孔内中下部泥浆比重较大,悬浮物过多,泥浆黏度不足。
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