软塑性砂土中的钻孔桩施工技术

摘要:介绍在软塑性砂土中施工钻孔桩,根据不同岩性,人为控制钻速,减少成孔时间,合理置换浆液,成功成桩技术。

关键词:软塑性砂土 钻孔桩 技术 1 工程概况

小海互通立交地处长江三角洲冲积平原,根据设计提供的地质资料,互通内地层结构大致可分为三层:地层往下4m为软塑状粘土,埋深28m以浅为软塑状亚砂土及松散-中密状砂土,深45以内为海相沉积的软塑状亚粘土夹砂层。整个互通内地下水位埋深均在2m以内,含水饱和的粉细砂受到外力作用会液化,土质含水量高,孔隙比大,强度低,力学性质差,承载力低,所以设计钻孔桩均为50m左右的摩擦桩。

2 关键工序施工方案的确定

由于该地层为软塑状砂土,本身无造浆功能,在施工初期,我们采用常规的施工方法,孔外造浆选用优质黄土,泥浆比重控制在1.3左右,钻进采用减压钻进,钻进过程中,我们发现,在松散性砂层中,钻进速度过快,造成护壁不充分,在加钻杆时已经出现提杆费力,发生缩颈,而在中密性粉砂层中,由于泥浆置换砂层不充分,钻进阻力过大,速度缓慢,现场实测,平均20cm/h,影响成孔质量,首件工程40m钻孔桩成孔时间为155h,严重滞后了施工工期,并出现了坍孔现象,沉淀过快,护筒下陷

等施工难题。

由于常规施工方法受阻,我们根据现场掌握第一手地质资料,适时对施工方案进行了优化调整。

2.1 护筒埋设

护筒选用刚度较好的含加劲肋钢板护筒,四周采用换土回填,机械夯实及辅以筒内除土等方法沉入,并使护筒内径大于设计桩径30cm,以防止护筒下陷及成孔倾斜。

2.2 钻进速度的控制

在第一层粘土层中,我们采用减压钻进由于要辅助造浆,钻进速度控制在1米/小时,要求控制钻速,以保证护筒底口深度泥浆护壁质量,防止护筒掉孔。在进入第二层软塑状亚砂土及松散-中密状砂土层后,技术人员跟班为作业,每1h进行捞渣取样,分析土质确定钻进速度,根据多孔钻渣分析及现场钻进速度统计对比,我们确定了下面钻进速度及控制措施。

软塑状亚砂土层:容易发生塌孔,钻进过程中对原状土扰动大,极易出现流砂现象且孔的垂直度不易控制,对于此层土,我们采用减压钻进,钻进速度控制在2m/h,既要保证对原状土扰动小,又要加强泥浆护壁功能,本段土层,我们定时在孔内投入优质黄粘土,利用钻头护圈挤压黄土至孔壁,保证护壁,在投入黄土后,要充分空钻,防止糊钻,在钻进

过程中,根据钻渣,随时调整钻头压重。保证钻孔质量。

在进入中密状砂土层后,由于钻进阻力大,且砂层较为密实,我们采用全压钻进,通过外露钻杆控制孔的垂直度。由于此段地层钻速较慢且地层稳定,我们调整泥浆比重,减少钻头处可能造成的阻力,该段钻进速度在30cm/h。

钻至45m处进入第三层软塑状亚粘土夹砂层,此段地层基本上可以正常钻进,钻进速度为1m/h,地层本身具有造浆功能,所以我们适当减小泥浆比重,并且采用边钻进边清孔,尽可能减少纯清孔时间。

3 施工过程中的难点及处理 3.1 掉钻

施工中几次发生掉钻事故,经调查均是在钻至50m处时,钻头碰上夹卵层,由于采用全压钻进,卡钻后进行强行钻进,由于孔较深且阻力大,造成钻杆扭矩偏大,断杆掉钻。我们采取的措施时在钻至45m后,加大钻渣检查频率,发现卵层,立即调整钻进速度,采用减压慢速钻进,保证安全通过,一旦发生掉钻,马上组织打捞,防止砂层埋钻。

3.2 缩颈

缩颈问题在初期是影响我们正常施工的最大障碍,主要原因是我

们根据常规方法,钻头直径选择较小,一般采用比孔径小1cm的钻头,结果在成孔后发现原地面往下15m处严重缩颈,成孔后探孔器无法下放。原因是在进入软塑性砂层后,钻速调整不及时,泥浆护壁不充分,而且钻头直径过小,磨损严重,钻孔直径不够造成的,查清原因后,我们在深15m处及时调整了钻进速度,使泥浆护壁充分且加大钻头直径至孔径+1cm效果明显。

3.3 清孔困难

由于全孔地质多为砂层,泥浆置换较为困难,并且地层限制,不可能长时间清孔,这也是造成缩孔的原因之一。我们的措施是在钻至孔底3m左右时,开始边清边钻,同时加大泥浆比重,尽可能地悬浮砂层,同时对沉淀池沉淀路线进行优化,加大沉淀池体积,并在清孔过程中对沉淀池进行及时清砂,这样很大程度上减少清孔时间且效果良好。

3.4 沉淀过厚

沉淀过厚在正循环钻机中表现特为突出,因为正循环钻机是利用泥浆悬浮将钻渣排出,对于粒径小的砂粒容易悬浮沉淀,而粒径大的砂粒悬浮困难,难以排出。而且钻孔较深,孔内上、下泥浆参数偏差较大,在孔口处泥浆参数达标,但无法保证孔底泥浆参数。所以我们在清孔初期加大泥浆比重,增加浮力,并自制铁皮小吊筒提取孔底泥浆进行检测对比。待孔底泥浆指标达到控制数据后,开始提钻,下好钢筋笼后,我们要求每个孔都进行二次清孔,目的是防止沉淀过厚,二是通过二次清

孔,使钻孔内泥浆上下均匀,防止浮渣变成沉淀。

3.5 坍孔

施工过程中出现的坍孔基本都是由于工序组织不紧凑,成孔暴露时间过长或钻机故障发生的,由于砂层地质自身稳定性差,成孔后单方面依靠泥浆压力平衡孔壁压力,时间过长就极易坍孔,我们在施工初期就注意到了这个问题并重新优化了施工方案,特别对成孔后的钢筋笼焊接及砼灌注工序进行了对比组合,减少工序施工时间,坍孔问题达到了预期效果。

4 砂层中施工钻孔桩的几点浅见

(1)对于砂性地层中、长钻孔桩必须到现场掌握第一手地质资料,了解当地同类型桩的施工经验,不能单方面依靠设计地质资料指导施工。

(2)要根据不同土质,合理控制钻进速度,特别对软塑性砂层必须要减压钻进,不能一味追求钻速,而使泥浆护壁不好,造成流砂或坍孔。

(3)对泥浆参数的控制要加大频率,并随机调整,第一次清孔含砂率可控制在3%左右,以减少成孔暴露时间,保证安全成孔,每孔须进行二次清孔,二次清孔后泥浆指标必须符合规范要求。

(4)清孔后提取泥浆要取不同深度泥浆,不能一味依靠孔泥浆指标,以防灌注砼时沉淀过厚,无法准确量测灌注深度。

(5)对各个工序间的协调配合要做为重点,尽量减少人为因素造成事故。