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涞水冀东水泥厂桩基工程机械成孔施工技术的应用

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2019-11-28 21:30

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摘要本文结合涞水冀东水泥厂桩基工程钻孔施工的施工实际，对该工程导前钻施工、人工挖孔试验桩施工技术进行了探讨，并重点对岩溶地区采用机械冲击成孔施工技术的关键工艺进行了研究，指出了溶洞处理及质量控制措施。

　　关键词桩基工程；机械冲击成孔；人工挖孔施工；岩溶地区

　　　0 引言

　　涞水冀东水泥有限责任公司日产4 000t新型干法水泥生产线（配套9mW纯低温余热电站）工程桩基工程，按照设计要求，桩基采用人工挖孔施工工艺，后来由于地层原因，改用机械成孔施工工艺，本文对该桩基工程成孔施工技术的应用进行相应的探讨。

　　1 导前钻施工

　　按照建设单位要求，桩基施工前对窑尾、窑中、窑头等场地部分桩位进行导前钻施工试验，以探明桩基下面溶洞情况。勘察结果显示，场地总体溶洞发育率33%，只有生料库和窑尾的一小部分处于花岗岩地区，其它部位都处于灰岩地区，且灰岩地区溶洞比较发育，对人工挖孔桩施工增加了很大的施工难度和安全隐患。导前钻施工过程中，漏浆和掉钻严重，上层止水和裂隙水较大。

　　2 人工挖孔试验桩施工

　　2.1 溶洞处理

　　首先，由设计、勘察、建设和施工单位共同商定在溶洞分布较多的窑中场地先挖3根试验桩，在施工过程中发现，桩孔在溶洞段范围，溶洞内的填充物（填充物均为粘土含碎石，碎石含量30%，粒径2cm~10cm）由于受地下水的寝泡，土质为流塑状态，工人站在安全帽上，用安全帽掏浆施工，且孔周围的泥土流入孔内，每次护壁最多30cm，施工进度非常缓慢。由于孔壁的土质为流塑状态，当挖下一节桩时，流塑的土质会从上一节的桩周流入孔内，造成护壁后形成空壳，存在很大的安全隐患。为确保施工安全，采用1.2m长Φ18的钢筋布满孔侧四周，减少泥土流入孔内。

　　2.2 地下水处理

　　在窑尾和生料库地区，孔深一般都在24m~29m，地下静水位在11m处，受水压影响，孔内出水量较大，个别孔用一台水泵不停抽水都无法抽干，如果下两台水泵抽水，孔内施工工作面不够。经过研究决定，采取分段分区施工方法，对于出水量大的孔先进行抽水的同时对四周孔进行施工；当大出水量孔内水量变小时，再进行开挖施工，这样施工速度较慢，但能够满足正常施工要求。

　　2.3 爆破影响控制

　　由于现场地质情况较复杂，大部分桩提前进入中风化岩层，单桩中风化岩层爆破厚度在1m~14m，部分桩为确保稳定持力层还须穿透灰岩、花岗岩互层面，所以爆破量非常大。在爆破施工过程中，制定并采取了有效的应急预案，使人工挖孔桩施工安全快速地进行。

　　2.4 试验结果分析

　　通过人工挖孔试挖施工，说明在本场区复杂的地质条件下，人工挖孔施工的安全风险较大，施工难度高，速度缓慢。经各方商讨研究决定，该工程不适合人工挖孔桩施工，应先进行溶洞处理再改为机械成孔，能有效解决地下水和溶洞对人身及机械安全造成的影响，也消除了爆破对人工挖孔施工的不安全因素，工期上也得到保证。

　　3 机械冲击成孔施工

　　3.1 埋设护筒

　　在桩基定位并经复查位置无偏差后，可开始埋设护筒，护筒中心的定位要足够准确，且确保其倾斜度严格控制在允许范围内。护筒长度应根据具体的地质条件变化情况而定（最小长度不短于3.0m），顶面需高于地面至少0.5m，以便适当抬高桩孔内水头压力，护筒周围应采用粘土填充密实。为最大程度地减轻机械成孔施工过程中钻机底座振动及其偏压力对孔壁稳定性的影响，应采用钢轨或木料支架垫起钻机将底座冲击力分散均匀。

　　3.2 泥桨制备

　　钻孔泥桨主要由水、膨胀性粘土和添加剂组成，具有冷却钻头、润滑钻具、清洗钻渣、提升孔内静水压力，沾附在孔壁上形成泥皮隔断孔、内外地下水渗流，保护孔壁、防止坍孔的作用。钻孔泥浆应选用水化速度快、造浆能力强的膨胀性粘土材料，成品泥浆的稠度、含砂率、失水率均应按规范要求严格控制，配合比比重取值应满足相关规范要求，该工程实际取值为1.2~1.4。 [page]

　　3.3 覆盖层钻进

　　覆盖层钻进成孔时，每钻进1.5m~2.0m应进行一次冲砸固壁，填料选用片石与粘土即可。上、下层的填料搭接长度不应短于0.3m。钻进施工过程中采用1.5m~2.0m中小冲程进行，并适当提高泥浆的比重和稠度，多次反复冲击确保孔壁坚实牢固。钻进至离溶洞顶部附近覆盖层时，在距离溶洞顶部约1m范围处应调整冲程逐渐将洞顶凿穿，同时防止卡钻、掉钻。

　　3.4 击穿溶洞顶板

　　1）击穿溶洞顶板后，桩孔内水头压力会迅速下降，此时应立刻提起钻头将其移置到距离桩孔位置较远的地面上；同时安排专职人员将大水管拖入孔内对桩孔补水，待桩孔内水头高度相对稳定后，快速向桩孔内填抛土石混合料，土石比例应适当，回填高度至少应高出溶洞顶部位置2m。若桩孔仍然存在漏水现象，应继续回填土石，直至水位相对稳定。回填一定时间后观察地面有无塌陷迹象，若没有安全隐患则可开始后续施工；

　　2）钻机重新开始冲孔施工，当孔内漏水比较严重时开始第二轮回填、冲砸施工，多次反复循环施工，直到桩孔冲砸施工后水位稳定性能满足要求为止；

　　3）桩孔内不漏水不能说明溶洞范围孔壁能承受混凝土灌注施工时的强大压力。实践经验表明，当完成第（2）步堵漏施工工序后，还需反复多次进行回填土石、冲砸施工3次以上，以提高孔壁的抗压能力，满足灌注混凝土施工要求。

　　钻进施工穿越溶洞范围后，可按正常工艺继续钻进施工直到设计桩底。

　　3.5 终孔检查

　　终孔桩端全岩面现场应结合以下方面综合判断：1）从桩孔实际见岩高程开始计算，至进尺0.5m~1.0m后，可申报终孔检验；2）观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微的反弹现象；3）通过采用细网筛捞取挖孔杂物，岩渣岩屑含量若达到50％~70%，且砂、泥含量小于3%时，判定已入岩。

　　3.6 清孔

　　采用换桨法进行清孔施工，通过向孔底压注相应配合比的泥浆，让孔底钻渣上浮并伴随泥浆流出。为加快清孔施工的速度，可安排专职施工人员用滤网捞出钻渣。

　　4 溶洞处理及质量控制措施

　　1）该地区地质情况上部为软弱土层（具有一定的失陷性），下部为中风化硬质岩石（溶洞较发育）。根据设计要求及现场实际地质实际情况，大部分桩基需进入中风化岩石10m以上，而施工过程中因上、下土质软硬不均，持续冲击下部较硬岩石时的强振动会导致上部土层坍塌，易造成埋钻和塌孔，平均每个孔的反复成孔次数为2~3次；

　　2）岩溶发育导致漏浆、塌孔现象严重，如不及时补充水头及多次抛填粘土及块石等填充物及时堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞，抬高水头以增加孔壁侧压力，易造成护筒底部坍塌及埋钻现象，护筒以下地面大面积坍塌的现象也较易发生。所以，在溶洞区域钻孔施工时，要充分准备好水、粘土、石料等材料，并准备好足够的优质泥浆，确保意外情况出现时能及时补救处理。在钻进成孔施工过程中，钻进冲程及泥浆配合比应随着地层变化进行调整，在上部土层钻进时应采用1m~1.5m小冲程及低稠度泥浆；当冲至溶洞顶板1m处时要加大泥浆比重和稠度，采用小冲程逐渐凿透溶洞顶板，同时准备好泥浆泵及水泵，以及粘土、块石等填充物，待水头急剧下降时快速填充以保持水头稳定。回填物必须高出溶洞顶一定距离，采用钻头以小冲程反复冲砸堵漏，确保水头位置稳定，保证成孔质量；

　　3）在部分现场地质条件不稳定的施工部位，还要准备8m~10m的钢护筒进行施工，对好桩位，将护筒下正至岩面，要严格控制对接质量及其垂直度，避免钻头挂到护筒底面及漏浆现象的发生。

　　5 结论

　　采用机械成孔施工技术进行溶洞地区的桩基钻孔施工，有效消除了溶洞对人工挖孔施工造成的施工难度，也顺利解决了地下水和溶洞对人身安全造成的影响，消除了爆破施工中的不安全因素，工期上也进一步得到了保证，取得了较好的经济效益和社会效益。 [page]

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