钻孔桩施工中的易出问题及解决对策

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摘要:本文结合作者在哈大客运专线项目钻孔桩施工中的个人经验及体会,阐述了桩基施工中钻孔及水下砼灌注的施工工艺和施工过程中容易出现的问题及其预防措施和处理方法。

关键词:钻孔清孔灌注

钻孔灌注桩的施工可以分为三个基本工艺流程,即钻进、洗孔和砼灌注。

1. 钻进是钻机以钻头刀具连续破碎岩石,钻成桩孔空间的工艺过程

桩孔钻进时,由安装在地面钻台上的转盘,通过主动钻杆和钻杆,驱动钻头旋转。钻头连接钻杆通过挂钩、游动滑车、悬吊于钻塔上。

1.1钻孔设备。钻孔设备是根据钻孔工艺流程配备的一系列机械设备。钻孔设备是以钻机为主体,分钻具、旋转、提升和清孔四个功能系统,还兼有各种辅助设备。临洮高架桥所用的YG-15钻机包括主机、附件、砂石泵及3PN泥浆泵等。

1.2桩孔钻进

1.2.1钻孔施工准备工作。钻孔前,先挖掘沉淀池,安设由沉淀池清除岩渣及运送岩渣至排渣的设备。

安装钻机时,要求提吊中心、转盘中心和桩孔中心垂直在一条铅垂线上,其偏差不得大于2cm。转盘尽量在同一水平面上,以保证成孔的垂直度。

1.2.2钻进工艺。钻进工艺因钻机的类型及设备的结构不同而异,但其基本钻进作业是相同的,YG-15型钻机的钻进工艺可分解为下钻具、正常钻进、加尺和起钻具四步工序。

1.2.3测斜、防偏与纠偏。桩孔垂直度是钻孔质量的重要指标之一。若桩孔发生偏斜,则会减小桩孔的有效断面,从而使钢筋笼的吊入困难。对于钻孔偏斜,应坚持防偏为主,纠偏为辅的原则,定期测斜,并根据偏斜原因采取预防或必要的纠偏措施。

1.2.3.1测斜。为及时了解偏斜情况,钻进时,应定期测斜。一般每钻进2-3米的深度便测量一次。在接长钻杆或更换钻具时,进行测斜。

1.2.3.2防偏

(1) 偏斜原因。只有了解使钻孔发生偏斜的原因才能采取切实有效的防偏措施。

(2) 防偏措施。除采取针对偏斜原因,应用的防范办法和保证钻机的制造和安装质量外,重要的防偏技术是减压钻进。

(3)纠偏。在表土或风化岩层中钻进,经测量一旦发现偏斜,确定了偏斜的方向的深度后,应立即进行扫孔纠偏。

1.2.4钻进故障。钻进过程中容易发生的故障有:泥包钻头、跳钻、卡钻、孔内落物等。排除故障会造成增加钻进时间和钻孔成本。因此,防止故障发生及时有效的排除故障十分重要。

2. 洗孔

钻孔过程中,使用循环流动的洗孔介质(泥浆)及时清除孔底被刀具破碎了的岩渣,并将之排出孔口的过程称为洗孔。常用的洗孔方式根据浆液流动去向洗孔可为正循环洗孔、反循环洗孔和混合洗孔三种方式。YG-15钻机采用正循环洗孔方式进行洗孔。

洗孔时应注意以下事项:

1.洗孔排渣时,必须注意保持孔内水头,防止坍孔;

2.洗孔后,孔口、孔中部和孔底提出的泥浆的平均值应符合质量标准要求;灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度不大于设计规定;

3.不得用加深孔底深度的方法代替洗孔。

3. 水下灌注砼

钻孔施工结束并检验合格后,应及时灌入砼。

3.1灌注工艺

由于钻孔灌注桩的砼工程量大,对砼的整体性的强度要求较高,桩基施工中普遍使用导管法。它施工简便,浇注速度较快,易于保证质量。

导管由内径250-350mm的钢管联接而成。浇灌砼前,底口距孔底留有一定间隙25-40cm,装有漏斗的上口要高出泥浆液面一定高度,以增大砼灌注压力。随着孔内砼面的不断上升,在保证导管底口始终埋入砼内一定深度的条件下,定时提升并拆除导管。为此,需配置数根长度不同的导管。为减少提管阻力和装卸导管的时间,导管接头宜用快速接头或螺纹式接头。导管埋入砼的深度取决于砼初凝时间,灌注深度和速度等,一般应在4-6m,导管在孔口的安装和定位见图(2)。

开始灌注砼之前,应在导管内的泥浆面上放置隔水栓,以防浇灌的砼与泥浆混合。随着砼灌入量的增加,隔水栓也逐渐下移并同时排挤泥浆,直至隔水栓从导管下口脱出导管,隔水栓的直径应小于导管内径15mm左右,以防卡管。同时要求导管内壁光滑,使用前必须做压力实验,保证在压力作用下,导管和导管之间接头处在15min内不漏水。

3.2 影响导管灌注砼效果的施工参数的确定:

3.2.1导管顶端高出泥浆液面的最小高度。若泥浆的平均重力密度是10.8KN/m3,砼是24KN/m3,忽略砼内部的摩擦粘滞性和导管的摩擦阻力,通过计算,导管内砼柱高度为泥浆柱高度的9/20时,能使导管内外的压力趋于平衡。为使砼能顺利灌注并向导管周围摊展上升,必须使导管底口内的砼具有更大的压力。

3.2.2 导管在砼内的埋入深度和导管提拔条件。灌注砼时,随砼面的不断升高,导管必须定时上提,以免砼凝固失去流动性。否则,不仅会增加摩擦阻力,导致导管不能拔出,也会使灌注工程无法连续实施,造成事故。导管提拔时,绝不能使底口超出砼面,以防造成泥浆混入砼的施工质量事故。在施工过程中,导管允许上下提降,但绝不能在水平方向上摆动。

导管埋入砼内允许的最大深度 h,主要取决于灌注速度。

h=kvt

导管埋入深度小于1m时,导管附近会出现溢流现象,将已灌砼表面的沉渣和变质泥浆卷入砼中,削弱砼强度,甚至形成短桩。规范要求导管埋入深度宜控制在4-6m。

3.2.3 灌注速度

灌注速度就是孔内砼面上升的速度,它直接影响灌注工作的顺利与否。灌注速度宜快不宜慢,灌注得快,有利于砼的扩散流动,减少灌注阻力,使灌注工作能连续进行。灌注速度一般为2-5m/h。

作者简介:

第一作者:苏德涛,籍贯:本溪, 学历:本科

单位:中国中铁九局集团四公司

第二作者:高伟民,籍贯:北京,学历:本科,单位: 沈阳地铁公司