深水钻孔灌注桩施工技术探讨

2022-10-08

钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种基础形式, 且施工种类繁多、技术含量高、影响因素多等特点, 尤以处于深水中的钻孔灌注桩施工最为困难, 钻孔进度直接影响到工程的进度, 灌注水下混凝土则是影响成桩的关键性工序, 是灌注桩质量控制的一个重要环节, 钻孔和灌注成为灌注桩施工的重要进度和质量控制环节[1]。

1 成孔施工

1.1 护筒埋设

在施工钻孔平台搭设完成后, 利用振动桩机埋设钢护筒。钢护简要保证入土深度以防冲刷;为防止坍孔、缩孔等质量事故, 须确保钢护筒的规格、质量, 并适当加深钢护筒使其穿过易塌层。为防止钢护筒在钻进施工过程中因局部地层扰动、液化发生塌陷、倾斜等事故, 并考虑到护筒周围的土体要承受护简本身自重及局部集中施工荷载, 将护筒穿过全新统地层, 并保证深入上更新统冲积之粘土和护筒顶高出正常水位;为保证钢护筒的垂直度及平面中心位置满足施工要求。在钢护筒吊装到位后, 可采用用两台全站仪对其垂直度、中心位置进行准确定位;插打过程中为防止护筒受力偏心而造成倾斜, 沿护筒的对角线插打;每进2m左右用经纬仪对其垂直度进行测量, 若不符合要求及时纠偏, 严重的要拔出重新插打。

1.2 钻机就位

一般情况下灌注桩基数量太多, 间距较小, 所以应合理布局钻孔钻机来防止两相邻钻机作业时由于振动或相互间水头作用影响, 使下部的地层因扰动而发生坍孔乃至串孔。钻机架设时须使钻机底盘和转盘固定水平。钻机必须垂直, 钻头中心, 钻盘中心和护筒中心三点成—铅垂线, 以确保桩位精度和钻孔垂直度。

1.3 泥浆循环

泥浆循环系统事先一定要全盘考虑, 泥浆的好坏将直接影响施工质量、进度和文明施工。一般用原土造浆, 泥浆质量指标主要包括密度、黏度、含沙量, 当发生坍孔或漏浆时, 应立即增加泥浆密度、甚至向孔内投入黏土。泥浆循环分为正循环和反循环两种。正循环护壁好, 但不适合大直径的钻孔;反循环效率高, 钻孔越大越明显, 其泥浆在孔内下降速度0.03m/s为宜, 过大意冲塌孔壁, 泥浆在钻杆内上返速度以3m/s~4m/s为宜, 过小排渣效果差, 过大消耗功率大。

1.4 成孔钻进

成孔钻进前必须量测钻头直径和钻头长度, 直径应符合设计桩径要求, 并经常检查, 如有磨损应调换或焊接。开动钻机时, 稍提钻杆, 在护筒内打浆, 并开动泥浆泵进行循环, 待泥浆均匀后方可钻进。开始钻进时保持低档慢速进行, 使泥浆密度按上限控制, 使之逐渐起到护壁作用。开始钻进时泥浆密度有一个相对稳定的时期, 因此每隔l5min~20min检测泥浆指标并及时调整。根据钻杆进尺, 当钻头接近护筒底部以上2m~3m时, 要特别注意将钻进速度放至最慢档并调整泥浆密度至最大, 使护筒底部有足够的泥浆护壁, 防止护筒底部薄弱区域出现坍孔、涌砂现象。当钻孔深度达到护筒刃脚下1.0m后, 开始根据土质类别正常钻进[2]。

1.5 清孔

清孔分两次进行, 终孔后立即清孔称为第一次清孔。第一次清孔是否彻底对成孔质量是关键, 施工时将钻头提起20cm~40cm, 慢档空转, 同时用相对密度为1.08~1.0的纯泥浆置换孔内泥浆, 要求泥浆中不含小泥块, 孔底沉淤小于等于10cm, 泥浆密度1.15左右 (含沙量高时可1.2) , 含沙量小于等于4%;下入钢筋笼后灌注水下混凝土前利用导管清孔称为第二次清孔, 二次清孔对成桩质量有直接影响。

2 钢筋笼施工

2.1 钢筋笼制作

钢筋笼制作应严格按钢筋笼设计图纸施工, 钢筋笼分节制作, 每节长度视成整体刚度。来料钢筋长度及起吊设备的有效长度合理确定。在笼上每4m~6m对衬设置四只混凝土滚动填块, 以确保钢筋笼居中。

2.2 钢筋笼安装

钢筋笼在制作、搬运、吊起时应确保笼子挺直、牢固、不变形。钢筋骨架垂直度允许偏差骨架长度的1%。钢筋笼主筋、加强筋必须全部焊接且宜整体吊装进入孔内。当条件困难时, 可分段入孔, 上下两端须顺直, 钢筋接口采用套管连接。为了保证骨架起吊时不变形, 宜用两点吊。骨架进入孔后, 应将其扶正徐徐下降, 严禁摆动碰撞孔壁。钢筋的保护层厚度不小于7cm。

3 成桩施工

3.1 混凝土初灌

混凝土的配合比一定要符合设计要求, 试配强度应比设计强度高15%~25%或高出一个强度等级。同时混凝土还应具有良好的和易性, 塌落度应控制在18cm~22cm之间。首批封底混凝土应满足导管埋入混凝土中的深度不小于lm, 漏斗底口处必须设置严密、可靠的隔水设施, 并且保证能够顺利排出 (如隔水球塞) 。

3.2 灌注

混凝土灌注过程中经常测量混凝土深度, 保证导管埋置深度在2.0m~4.0m之间。当桩身较长时导管埋入可适当加大。拆除导管动作要快, 时间不能超过10min, 并防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入水中。拆下的管节要立即清洗, 码放整齐。灌注混凝土时, 灌至钢筋笼主筋根数变化处, 应放慢灌注速度, 减少导管埋深 (允许最小值2m) , 以防止钢筋笼上浮[3]。当混凝土将达到设计标高时, 应严格控制灌注速度以免超灌太多, 给凿桩头造成困难, 或超灌太少, 造成桩长不够, 影响桩的质量。

4 施工中常见问题防治

4.1 坍孔

坍孔的形成主要是由于护筒埋设太浅, 回旋钻进时泥浆密度和黏度偏小。冲击钻钻进时, 钢丝绳太松, 钻具碰撞孔壁等原因。因此, 施工中尽可能加大护筒埋深, 回旋钻进时泥浆密度控制在1.2左右, 黏度在18s~22s之间。如果是冲击钻进时密度和黏度可适当放大, 钢丝绳适当吊紧, 使钻具不碰撞孔壁。

4.2 缩孔

缩孔形成的主要原因是由流塑黏性土或高岭土成分的黏性土和膨润土等原因造成。防治措施为:使用与钻孔直径相匹配的钻头, 以气举反循环工艺钻进成孔, 采用高黏度、低固相、不分散、低失水率的膨润土泥浆清渣护壁;在软塑状亚黏土层采用小钻压、中等转速钻进成孔, 并控制进尺, 待膨润土反应后有利于护壁。

4.3 钢筋笼上拱

钢筋笼上拱形成主要是由于孔底沉淤偏大、泥浆密度偏大或含沙量偏大。混凝土面灌至钢筋笼底时猛烈冲击钢筋笼上升, 导管起拔时钩笼上升;混凝土初凝等因素。防治办法:孔底沉淤小于等于10cm, 混凝土灌至笼底时放慢灌注速度;导管居笼中心;初凝时间须大于灌注时间的两倍。

5 结语

钻孔灌注桩适应能力强。对各种地层和黏土、沙性土碎卵石和岩石都可以施工, 且不受地下水位高低的限制;能够满足各种荷载的需要。其单桩承载力可由几十吨到几百吨甚至上千吨;造价适中、工期较短、节约钢材。因此, 深水作业中钻孔灌注桩是最理想的施工方法, 不仅能够保证工程质量, 且可产生可观的经济效益和社会效益。

摘要：从成孔施工、钢筋笼施工、成桩施工等方面叙述了深水钻孔灌注桩施工技术, 并从多方面叙述了施工过程中常见问题及防治措施。

关键词：深水,钻孔,灌注桩,施工