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冲击钻孔施工常见问题及预防、处理措施

  
评论: 更新日期:2013年12月14日

1 前言
        我国许多地区表土或软弱土覆盖层以下是岩层,通过理论计算,嵌岩桩一般进入弱风化岩层2倍桩径深度,同时也有设计为嵌岩(摩擦)桩的。
        由于冲击钻机在较高强度岩层中钻进比其它钻机具有优越性,故得到了广泛应用。下面以高速公路施工实例,介绍冲击钻施工常见问题及预防、处理措施。
        2 地质情况 (33#墩,Φ1.5m,K48+185,桩底标高-43.3 )
        ⑴地面以下2.7m为粘土(标高4.0~1.3m);黄灰色,灰黄色,可塑,部分软塑状态,中等~中偏高压缩性;属第四系全新统冲积、海积成因,编号1-1层表土;钻孔桩推荐容许承载力【σ0】=100~140kpa,钻孔桩周土极限摩阻力τ=20~30kpa。
        ⑵下部有10.8m淤泥质粘土(标高1.3~-9.5m);灰色,深灰色,流塑,部分软塑状态,天然含水量高、空隙比高、抗剪强度低,压缩性高;属第四系全新统海积、冲海积成因,编号1-2层淤泥质粘土;推荐容许承载力【σ0】=40~60kpa,桩周土极限摩阻力τ=5~10kpa。
        ⑶下部有3.6m粘土(标高-9.5~-13.1m);灰黄色,硬塑~可塑状态,中等压缩性;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-1层粘土;推荐容许承载力【σ0】=200~240kpa,桩周土极限摩阻力τ=50~60kpa。
        ⑷下部有3.5m亚粘土混粉砂(标高-13.1~-16.6m);黄色,灰黄色,中密~密实状态;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-2层亚砂土;推荐容许承载力【σ0】=150~240kpa,桩周土极限摩阻力τ=40~50kpa。
        ⑸下部有4.5m中粗砂夹粘土(标高-16.6~-21.1m);灰黄色,中密~密实状态;属第四系上更新统,冲洪积成因,编号3-3层粉细砂,推荐容许承载力【σ0】=220~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=55~60kpa。
        ⑹下部有5.8m残积土夹碎石(标高-21.1~-26.9m);灰黄色,绿灰色,灰白色,亚粘土夹风化岩碎块,部分夹碎石,密实状态,低~中等压缩性;中密~密实状态;属第四系上更新统,残积成因,编号5-1残积土夹碎石;推荐容许承载力【σ0】=300~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=60~80kpa。
        ⑺下部有9.2m全风化云母片麻岩(标高-26.9~-36.1m);灰黄色,灰白色,棕灰色,浅绿色;编号8a-1层全风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=300~350kpa,桩周土极限摩阻力τ=75~80kpa。
        ⑻下部有4.3m强风化云母片麻岩(标高-36.1~-40.4m);浅灰色,褐灰色,棕灰色;编号8a-2层强风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=450~800kpa,桩周土极限摩阻力τ=80~150kpa。
        ⑼下部有5.7m弱风化云母片麻岩(标高-40.4~-46.1m);灰白色,褐灰色;编号8a-3层弱风化云母片麻岩,推荐容许承载力【σ0】=1100~1800kpa,桩周土极限摩阻力τ=140~260kpa。
        3 冲击钻施工特点
        冲击钻成孔灌注系用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头(又称冲锤)上下往复冲击,将硬质土或岩层破碎成孔,部分碎渣和泥浆挤入孔壁中,大部分成为泥渣,用淘渣筒掏出成孔,然后再灌注混凝土成桩。
        冲击钻施工特点:设备构造简单,适用范围广,操作方便,所成孔壁较坚实、稳定,塌孔少,不受施工场地限制,无噪声和振动影响等;适用于黄土、粘性土、粉质粘土、人工杂填土、坚硬土层、含有孤石的砂砾石层、漂石层、岩层,因此被广泛地采用。弱风化云母片麻岩中每小时可钻进7~10cm。
        4 存在问题
        4.1 护筒下陷、移位。
        钢丝绳断裂。钻头销子断裂。
        卡钻。
        孔壁坍塌。孔壁倾斜。
        4.2桩端持力层判别错误
        4.3终孔后发现孔深不够。
        探孔器不能顺利到达孔底。
        4.4钢筋笼焊接质量不高,速度慢,中心定位不准,个别上浮,掉入孔中。
        4.5首盘砼没封住底,导管中进入泥浆,断桩,桩身夹泥。
        导管堵管或下料困难、掉入孔中。
        4.6砼超方。
        5 原因分析、预防处理措施
        5.1护筒下陷、移位
        (1)原因分析
        直径太小,埋设不密实。埋设护筒时挖除全部土,开钻进尺过快。钻孔时提升钻头时触动护筒。孔中顶部泥浆比重较小,造成护筒底部孔壁坍塌。
        (2) 预防、处理措施
        Φ1.5m钻孔桩,最好使用Φ1.8m以上护筒。埋设护筒时,保留桩位处土体,护筒外侧用黄土夯填密实。小冲程、低速开钻,开孔时抛入黄土、片石,把护筒底部挤密实。提升钻头时,避免砸碰护筒。适当加大泥浆比重,持续循环泥浆。必要时,把护筒固定在钻机上。
        5.2 钢丝绳断裂、钻头销子断裂
        (1)原因分析
        产品质量差。作业人员粗心,没经常检查。有空锤现象。
        (2)预防、处理措施
        购买质量好的钢丝绳、销子,准备备用的钢丝绳、销子。施工时勤检查钢丝绳、销子,避免打空锤现象。
        钻头掉下后,不停泥浆循环,防止被沉淀埋住。先探测钻头位置、倾斜方向,用打捞锚钩反复打捞,如卡住钻头腰带捞不起,可以再下打捞锚钩挂住,用吊车配合钻机提吊。
        根据钻头倾斜位置,对打捞钢丝绳施加拉力,使钻头松动。可请专业爆破打捞人员进行井下爆破,炸药放置深度、数量须适当,打捞钢丝绳须吃劲,爆破时同时上拉。必要时,请潜水员下潜后把钢丝绳套入钻头销孔后提吊。
        5.3 卡钻
        (1) 原因分析
        钻进速度太快,地质情况不明,岩面倾斜、存在孤石(探头石)、溶洞或被坍孔落下的石块卡住,土层缩颈,梅花孔。
        (2) 预防、处理措施
        应严格按操作规程进行钻孔作业。卡锤后不宜强提,只宜轻提,采用冲、吸等方法将锤周围松动后再提出。
        观察钢丝绳偏移情况,判定孔壁倾斜、孤石(探头石)、缩颈、梅花孔深度,不停循环泥浆,防止钻头被沉淀埋住。
        先探测钻头位置、倾斜方向,可以对打捞钢丝绳施加拉力,使钻头松动。可以用打捞锚钩反复打捞,卡住钻头腰带后用吊车配合钻机提吊。如提不起,可以再下打捞锚钩挂住,用大吨位吊车配合钻机提吊。
        可请专业爆破打捞人员井下爆破,炸药放置深度、数量须适当,钢丝绳须吃劲,爆破时同时上拉,使钻头松动。
        如果摩擦桩孔底卡钻无法取出,潜水员亦无法作业时,可以申请变更。
        5.4 孔壁坍塌
        (1) 原因分析
        护筒埋深不够,钻进速度不合理,孔内泥浆水位高度不够、泥浆比重小,性能差,在地质不好的情况下处理不及时。
        (2) 预防处理措施
        确保护筒埋设已穿过软土、粉沙层。在松散砂土钻进时,控制进尺速度。适当加大泥浆比重,持续循环泥浆。必要时,加入粘土等材料造浆。泥浆性能好,在长期停钻的情况下,沉积物很少,还可使孔壁形成一层粘性好、密度大、渗透性差的泥皮,可防止孔内泥浆外渗,减缓孔内水头降低速度,使孔壁稳定。钻进时及时补充孔内泥浆,保证孔内水头相对稳定。下钢筋笼时,泥浆比重1.2,灌注时泥浆比重1.15~1.18。如坍塌严重,需要回填静置,重新开钻。
        5.5 孔壁倾斜
        (1)原因分析
         当遇到岩面倾斜、大孤石、探头石或地层变化,地面松软导致钻机沉陷,稍不注意就会造成斜孔。
        (2) 预防、处理措施
        冲锥的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不大于2cm。钻进时检查钢丝绳偏移,随时调整。如有探头石、大孤石,低速打碎;当遇到岩面倾斜,根据钢丝绳偏移判定情况,放慢钻进速度,必要时抛填片石填平后再冲击;遇到土层软硬不匀,致使锤头受力不均时,往孔内填入底标号混凝土,待混凝土凝固到一定强度再用锤低速打进。
        积水、松软地面提前挖沟排水,钻机就位时采取换填、多铺垫枕木加大承载面积等措施,避免钻机沉陷。
        5.6桩端持力层判别错误
        (1)原因分析
        施工经验局限,没有进行综合判断。
        (2) 预防、处理措施
        对于非岩石类持力层,判断比较容易,可根据地质资料的深度,结合现场取样进行综合判定。
        对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩,判定岩层界面难度较大,可以地勘孔资料为基础,结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况、钻进速率和孔口捞取渣样进行综合判定,必要时进行原位取芯验证。嵌岩桩一般进入弱风化岩层2倍桩径深度,正确判断岩层后,对于确定终孔标高十分重要。
        5.7终孔后发现孔深不够、探孔器不能顺利到达孔底
        (1)原因分析
        作业人员粗心大意。探孔器自重轻,孔壁倾斜,存在孤石(探头石),土层中缩颈存在梅花孔。

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