冲击钻成孔施工工艺
(1)适用条件:地质范围较广土层、漂石孤石、强弱风化岩层等均可,需场地平整、水电通畅等。
(2)本工程使用范围:1.针对本工程旋挖机成孔施工中因遇溶洞、淤泥层等情况而导致的塌孔情况,造成回填多次混凝土仍无法顺利成孔的进行回填土、石再用冲击钻成孔。 2.根据地勘报告的柱状图,分析判断溶洞情况,溶洞较多、较大的桩孔采用冲击钻成孔。
冲击钻钻孔桩施工工艺框图
(3)准备工作
测量放线、安防护筒、钢筋笼加工及吊装、导管安装、成孔检验均与旋挖钻成孔工艺步骤相同,具体参见下一篇文章《旋挖钻施工工艺》。
(4)泥浆制作
泥浆是粘土和水的拌和物,由于其比重大,净水压力大,作用在井孔壁形成一层泥皮,阻隔孔隙水渗流,保护孔壁免于坍塌,同时,泥浆还起悬浮钻渣的作用,使钻进正常进行。在适当位置开挖沉淀池、泥浆池以及到各孔位的泥浆槽,钻碴在沉淀池沉淀后挖出并清理外运。
在钻进过程中不断用试验仪器对泥浆的各项性能指标进行测试,根据泥浆性能和地层情况及时调整泥浆的浓度,必要时添加外加剂。泥浆的性能指标见下表。
(5)冲击成孔
①冲击钻就位就位:首先用石棉线通过护筒的直径方向交叉定出桩孔中心,利用护桩检查桩孔的中心位置是否正确,然后调整钻架,使钻架上的起吊滑轮线、冲击钻中心和桩孔中心三者在同一铅垂线上,其偏差不得大于20mm。钻机精确就位后,固定好钻机,启动卷扬机吊起冲击锥,把冲击钻徐徐放进护筒中准备冲击钻进,冲孔之前,对主要机具及配套设备需进行检查、维修。
②冲孔前,需经监理工程师同意后方可开钻。施工人员必须熟悉施工设计图纸所提供的地质、水文资料,以供对不同地层选用不同的钻头、冲程及适当的泥浆比重。钻进过程中,经常注意土层变化,在土层变化处均应捞取渣样,判断土层,记入施工记录表中,并与地质柱状图土层核对,是否满足承载力要求,作为终孔时的重要依据。
③钻进,钻机安装就位后,底座和顶端要平稳,不得产生位移和沉陷。初钻时进尺适当控制,采用小冲程,使最初成孔竖直、圆顺,防止孔位偏心、孔口坍塌。进入正常钻进后,采用4-5m中、大冲程,但最大冲程不超过6m。钻进过程中及时排渣,并保持泥浆的密度和粘度。同时经常注意地层的变化,在地层的变化处均应捞取渣样,判断地质的类型,填入记录表中,并与设计提供的地质剖面图相对照。如达不到设计要求的入岩深度,及时上报监理工程师,申请加长入岩深度,或者与地质报告不相符,及时上报监理工程师和设计单位,钻渣渣样均编号保存,以便分析备查。钻孔作业要连续进行,不得间断,因故必须停钻时,孔口应加盖,并严禁把冲击锥留在孔内,以防埋钻。
(6)冲击钻钻进注意事项:
①冲程要根据地层土质情况来定,一般在通过厚的土层时,用高冲程,通过松散、砂砾石土层时,用中冲程,在易坍塌或流砂地段用小冲程。冲程过高,对孔底扰动大,易引起塌孔,冲程过小,则钻进速度较慢。为正确提升冲击锥的冲程,须在钢丝绳上进行标志。
②通过漂石或岩层时,如孔底表面不平整,须先投入小片石将表面垫平,再用十字型冲击锥进行冲击钻进,防止产生斜孔、坍孔故障。
③要注意均匀放松钢丝绳的长度,否则松绳过少,形成“打空锤”,使钻机、钻架、钢丝绳受到较大意外冲击荷载,遭受损害。松绳过多,容易引起钢丝绳纠缠事故。
④经常检查泥浆的浓度及排渣情况。泥浆太浓,将吸收大量的冲击能,并妨碍冲击锥的转动,使冲击进尺明显下降,或形成梅花孔、偏孔。
⑤冲击锥起吊时要平稳,避免冲撞护筒和孔壁,进出孔口时,严禁孔口附近站人,防止发生撞人事故。
⑥按照设计图纸要求,经常捞取渣样,判断地质情况并与图纸对照,做好钻孔进尺和地质情况记录,留存影像资料,如不符及时上报。
(8)终孔检查
钻孔达到要求深度后,对孔深、孔位、孔径、孔形和倾斜度进行检查,并将检查结果填入终孔检查表。确认满足设计要求后,立即填写终孔检查证书,并经监理工程师签认,方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。孔径、孔形和倾斜度采用检孔器吊入钻孔内检测。
(7)清孔
①钻孔达到图纸规定深度或根据桩基终孔原则经监理工程师批准同意终孔后立即进行清孔。清孔采用换浆法,用换浆法清孔不需另加机具,且孔内仍为泥浆护壁,不易塌孔,但容易造成清孔不彻底,应特别注意,一定要保证清孔时间及清孔质量,避免出现缺陷桩。
②不得用加深孔深来代替清孔。
③二次清孔后进行灌注水下砼。钢筋笼下放完毕后,须进行二次清孔,当泥浆浓度、含沙率及沉渣厚度达到设计要求和规范要求后,并经监理同意,可以进行灌注水下混凝土。清孔后,从孔底提取的泥浆指标要符合规范要求,即相对密度:1.03~1.10;粘度:17~20Pa·s;含砂率:<2%;胶体率:>98%。在灌注水下混凝土前,孔底沉淀物厚度不超过设计图纸的规定值,提前做好灌注水下混凝土准备工作,缩短清孔至灌注水下混凝土间隔时间。
(8)灌注水下混凝土
①灌注混凝土是钻孔桩施工的重要工序,在浇注前,应再次探测孔底沉淀物厚度,如果沉淀超标,要继续进行清孔,清孔采用喷射清孔法,对孔底高压射水(泥浆),使沉渣悬浮,然后立即灌注首批混凝土。
②混凝土拌和物要具有良好的和易性、流动性、流动性保持能力和较小的泌水率。混凝土初凝时间要控制在3-6h,塌落度要控制在18-22cm,由试验确定可适当加入一些粉煤灰及缓凝减水剂。水下混凝土的灌注要一次完成,中间不能停顿。
③首灌量的确定:采用导管法灌注水下混凝土,进入导管内的第一批混凝土能否完全排除导管内的水或泥浆,并使导管底部埋入混凝土内一定深度(首次埋管深度≥1m),是顺利灌注水下混凝土的关键,首灌量按下式确定:
V≥πD2h/4 πd2Hd /4
V---首灌量(m3);D---桩孔直径(m); h---导管埋深(m);d---导管的直径(m);
Hd---导管内混凝土所必须保持的最小高度(m),根据下式计算:
Hd=γw H w /γd;γw ---水容重(kg/m3);H w ---水深(m);γd ---混凝土容重(kg/m3)。
④灌注首批混凝土时,堵板提起后孔内有相应数量的泥浆翻起并外溢,导管内无泥水溢出。证明混凝土灌入孔底后,可连续不断地灌注混凝土。
⑤灌注开始后,要连续紧凑地进行,严禁中途停工,并尽可能缩短拆除导管的间隔时间。当导管内的混凝土不满时,后续混凝土要徐徐地灌入,防止在导管内形成高压空气囊,压漏导管。
⑥在浇注过程中,保持孔内水头,防止塌孔,并保持导管的埋置深度在2~6米范围。
⑦防止钢筋笼上浮,当灌注的砼顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低砼的灌注速度。当砼拌合物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上,即可恢复正常灌注速度。
⑧在灌注将近结束时,导管内混凝土高度减少,压力差减少,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,比重增大,在混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏去部分沉淀土,使浇筑工作顺利进行。拔除最后一段导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管内,形成泥芯。
⑨为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上多灌注50~100cm,待混凝土强度达到70%后,用人工凿除多余的混凝土,以保证桩头混凝土质量良好。
⑩灌注水下混凝土时,机修人员全过程值班,并准备好备用发电机及搅拌机。前台测量人员必须认真细致记录好浇注过程中的混凝土顶面标高和导管长度,以计算埋管深度,一般要求每灌注两斗混凝土测量一次,每次沿桩周均匀测三点,最低点处的埋管深度须满足规范要求。