復雜地質條件下大直徑長樁沖擊鉆機成孔質量的控制

1、復雜地質條件下大直徑長 樁沖擊鉆機成孔質量的控 制摘要 : 介紹了廣州市地鐵四號線車站 1 標高架車站和區(qū)間 樁基礎 沖孔灌注樁施工中遇到的施工難題及其解決 方法 :利用超前鉆探手段 ,根據不同地層條件 ,采取相應的技 術措施 ,控制孔壁坍塌、縮頸、樁孔偏斜以及減少在沖孔過程 中常遇的卡鉆、埋鉆等 問題 。關鍵詞 :復雜地質 大直徑長 樁 超前鉆探 沖擊鉆機成孔1 工程概況1.1 設計廣州市地鐵四號線車站 1 標包括石站和海傍站高架車 站站臺及站房 ,車站站臺及區(qū)間柱間距為 25m, 車站軌道梁采 用預制后張預應力混凝土箱形梁, 除站廳及部分設備與管理用房外均架空。采用嵌巖端承樁基礎 ,樁徑分

2、 1.2m 、1.5m 兩 種 ,站臺及區(qū)間墩采用雙柱 ,每柱下四樁承臺 ,站房部分多為兩 樁承臺 ,其中1.2m 樁徑約 100 根,1.5m 樁徑約 80 根 ,多數樁長超過 50m, 最大樁長 80m 。1.2 工程地質本場地屬于丘陵地貌 , 地表水系發(fā)育 ,河涌、溝塘遍布 ,根 據地質初勘資料 ,站場地內由上到下的各地層巖性為 : 人工填 土層 土層厚 0.509.70m, 土層平均厚度 1.48m 。海陸交互相沉積淤泥層飽和 ,流塑 ,含有機質、細砂、貝殼碎片等 ,土層厚 1.207.50m, 土層平均厚度 3.41m 。海 陸交互相沉積中粗砂 層 飽和,松散狀,層厚 1.203.5

3、0m, 平均厚度 2.42m ?；旌匣◢弾r類殘積土層 土性為砂質黏性土 , 具有遇水 軟化、崩解特點。層厚 1.3021.50m, 平均厚度 7.83m ?；旌匣◢弾r全風化帶風化劇烈 ,裂隙發(fā)育 ,巖芯呈堅硬土柱狀 ,遇水易軟化、崩解。層厚1.8018.00m, 平均厚度6.88m ?；旌匣◢弾r強風化帶 巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀 ,巖 石風化不均 , 多夾中風化巖塊 , 可見球形風化現(xiàn)象。層厚 1.3039.20m, 平均厚度 10.97m ?；旌匣◢弾r中風化帶 巖石組織結構部分破壞 ,裂隙較 發(fā)育 ,可見多組裂隙 ,傾角 60, 層厚 0.5018.00m, 平均 厚度 5.09m 。1.3

4、 工程地質評價本段地貌屬珠江三角洲沖積平原 ,砂層分布較廣 ,厚度較 大 ,下伏基巖為白堊系碎屑巖 ,地下水補給來源較充沛 ,地下水 豐富 ,屬于巖土工程條件復雜地段 ,存在如下 影響 :軟土 :軟 土強度低 ,易流變的特點 ,鉆（沖 ）孔樁施工時易產生縮頸問題。 砂土 :本區(qū)砂土多為飽和、松散 中密 ,鉆（沖）孔樁施工時易 發(fā)生塌孔。 軟弱夾層 :白堊系沉積巖中軟弱夾層較為發(fā)育 , 存在大量透鏡體 , 導致巖質不均 , 巖石強度和巖面起伏變化大。2 施工中的超前地質鉆探根據設計要求 ,樁的終孔原則 :軌道梁下的樁基可進入連 續(xù)中風化巖層深度 3D（D:樁直徑 ）,或進入連續(xù)微風化 1.5D,

5、或 進入中風化加微風化的深度 3D; 且樁下中風化層或微風化層 巖層厚度 3D 。設計雖然給出了詳細的地質勘察報告 ,但由于 地質條件較復雜 ,樁位也有調整 ,所以不能滿足樁成孔的質量 要求 ,特別是樁穿過的詳細土層情況和樁端持力層高程不能 準確判斷 ,為此 ,決定采用超前鉆探手段 ,準確判定樁位地質狀 況。2.1 超前鉆探樁位的選取地質資料顯示 ,基巖面起伏較大 ,軟弱夾層多 ,根據 文獻 1 的規(guī)定 :對于端承樁和嵌巖樁 ,當相鄰兩個勘探點揭露出的 層面坡度 10% 時,應根據具體工程條件適當加密勘探點;復雜地質條件下的柱下單樁基礎應按樁列線布置勘探點,并宜每樁設一勘探點 ;嵌巖樁鉆孔應深

6、入持力巖層 35 倍樁徑。文 獻2 對嵌巖樁 ,應鉆入預計嵌巖面以下 3D5D, 并穿過溶洞、 破碎帶 ,到達穩(wěn)定地層。為此 ,根據設計樁位情況 ,選取每個墩柱的對角樁、站房雙柱承臺先施工樁作為勘探點 , 使點位分布較均勻 ,保證鉆探 資料有較廣泛的 參考 意義?？鄢斂辟Y料中已有的鉆孔 ,共 選取了 36 個勘探點 ,探孔深度參考詳勘資料 ,在保證設計嵌巖 深度的前提下 ,繼續(xù)向下鉆進 5D 。2.2 鉆探設備的選擇選擇廣東探礦廠生產的 GY-1A 型油壓回轉地質鉆機 ,配 備 91mm 單管金剛石鉆具 , 以便能夠進行巖芯鉆探并進行取 樣。為加快施工進度 ,兩臺鉆機同步進行施工。2.3 超

7、前鉆探的實施勘探點選定后 ,為減少對樁基施工的影響 ,各探孔鉆探順 序依據樁基施工順序進行。為保證鉆探能夠正確反映實際的 地質狀況 ,給樁基成孔提供可靠的參考依據,超前鉆探實施過程中注意做到以下幾點 :1) 勘探點定位要準確 ,全部位于樁位中心 ,孔口高程也要 進行測量 ,以便樁基施工時對照參考 ,同時與詳勘資料比較 ,為 相鄰樁位提供參考。2）根據設計要求 ,樁端以下 3D 為完整的巖層 ,鉆探過程 中及時檢查巖樣與進尺情況 ,保證閉孔時的總孔深和入巖長 度,以利于沖孔樁施工時作為終孔的重要參考資料。3）為準確判斷下部各土層分層厚度 ,鉆進深度和巖土分 層深度的量測精度 ,應 5cm; 嚴格

8、控制非連續(xù)取芯鉆 進的進尺 ,使分層精度符合要求。4）為保證巖 （土）樣的采集率 ,采取短進尺的方式 ,約 1m 左 右提取一次巖 （土 ）樣 ,巖芯鉆探的巖芯采取率 ,對完整和較完整 巖體確保不低于 80%, 較破碎和破碎巖體 65% 。5）根據現(xiàn)場鉆探進尺情況 ,提前請專業(yè)地質監(jiān)理到現(xiàn)場 確定后閉孔、移機。2.4 鉆探資料的記錄及使用為使資料記錄真實及時 , 安排專人負責按鉆進回次逐段 填寫 ,以免事后追記產生錯誤。鉆探現(xiàn)場巖 （土）樣的判斷采用 肉眼鑒別和手觸方法。巖土芯樣用專門制作的木盒保存,各地層巖性按照由上到下的順序貼好標簽并用塑料袋封存,標簽上注明鉆孔標號、 巖性、 分層厚度、

9、層頂高程 ,簡略的描述等。巖 （土 ）樣保存時間至工程驗收完畢為止,同時拍攝巖芯、土芯彩照納入勘察資料。鉆探結果采用鉆孔野外柱狀圖表示 ,按照 實際勘察結果編列成冊。2.5 現(xiàn)場實際工程地質評價通過現(xiàn)場超前鉆探 ,結合詳勘地質資料 ,評價本施工場區(qū) 為 :明塘發(fā)育 ,淤泥層和砂層分布較廣 ,厚度較大 ,淺部巖體風化 強烈 ,風化程度很不均勻 ,場區(qū)斷裂構造較為發(fā)育 ,風化深淺受 斷裂構造影響較明顯 ,局部地段中風化巖面局部陡變 , 其中風 化殘積砂質黏性土層部分地段較發(fā)育 , 強風化巖中夾中風化 巖塊、球形風化等。本施工場地屬于巖土工程條件復雜地段, 含有軟土、砂層、多分布透鏡體等 ,對樁成孔

10、存在如下的影響 :1）軟土 軟土強度低 ,易流變 ,鉆 （沖）孔樁施工時易產生 縮頸或坍塌問題。2）砂土 基坑內砂層呈厚層狀連續(xù)分布 ,密實度差 ,振動 易產生液化 ,穩(wěn)定性差 ,鉆（沖 ）孔樁施工時易發(fā)生塌孔。3) 軟弱夾層 土層分布較為復雜 ,多分布透鏡體 ,巖層面風化程度參差不齊 , 成孔過程中要注重掌握土層與地下巖層 狀態(tài)。 4) 殘積土層 施工時應注意殘積土層和完全風化巖層 遇水易軟化、崩解 ,需加強樁基施工的護壁措施。5) 巖面起伏 中風化巖面局部陡變 ,強風化巖中夾中風 化巖塊、球形風化等不利因素較多 ,需注意控制樁孔垂直度。3 成孔過程的質量控制和檢測31 成孔質量的控制成孔過

11、程中 , 幾乎所有鉆孔都要穿過軟土、砂土、軟弱 夾層等 ,入巖時 ,巖層面起伏、巖性等也不同 ,如控制得不好 ,則 可能會發(fā)生塌孔、縮頸、樁孔偏斜及樁端達不到設計持力層 要求等 ,因此 ,在成孔過程中 ,根據地質資料特別是超前鉆探資 料對不同土層的高程、土層情況進行對比 , 根據不同地質條件 和土層 ,隨時調整泥漿的相對密度及沖程, 在成孔質量控制方面做好下述幾項工作。1) 軟土及淤泥質土淤泥質等軟弱土層中成孔 , 成孔速度過快會造成樁孔不 規(guī)則。淤泥層較薄時 ,可向孔內投入大量黏土和 20cm 以下的 碎石,并采用 1m 左右小沖程反復沖擊 ,使黏土和碎石擠入孔壁 以增加孔壁穩(wěn)定性 ;當淤泥

12、層較厚時 ,采用鋼護筒支護孔壁 ,先 壓入鋼護筒后沖孔 ,以防止坍孔和縮孔。泥漿相對密度控制在 1.351.50 之間 , 利用向孔內投入黏土或加入清水來調整泥漿 的相對密度。在軟弱土層中成孔容易出現(xiàn)縮頸,成孔時 ,應加大泵量 ,在成孔一段時間內 ,孔壁形成泥皮 ,則孔壁不會滲水 ,亦不會引 起膨脹。另外 ,在灌注混凝土或下鋼筋籠前 ,可采用上下反復掃 孔的辦法 ,以達到設計的樁孔徑。2）黏土或粉質黏土在砂質或粉質黏土中成孔 ,小沖程 12m, 泵入清水或稀 泥漿 ,經常清除鉆頭上的泥塊。泥漿相對密度控制在1.31.4之間 ,對黏土層、亞黏土層泥漿相對密度宜控制在1.21.3 之間。有地下水時

13、 ,應密切注意是否夾有不透水層。當下層的承 壓地下水的水頭比下層的地下水位高時,必須能保持足夠的泥水壓力。3）砂及砂土層對于砂、砂礫等土層 ,若成孔速度過快 ,會產生樁的徑向 擺動 ,而發(fā)生孔壁坍塌現(xiàn)象。 在砂質土中成孔 ,一般采用小沖程 12m, 泥漿相對密度控制在 1.31.4 之間 ,穿過地下水時 ,必須 使護筒內保持 1.01.5m 的水頭高度 ,特別是地下水有壓力時 , 還要能保持足夠的泥水壓力。在砂層或粉質黏土層發(fā)生坍孔時 ,可用碎石 （ 小礫石 ） 夾 黏土回填到坍孔位置以上 ,并提高泥漿濃度或改善泥漿性能,加高孔內水位重新沖孔 ,屬深層坍孔時 , 可用在坍孔位置灌注 低標號水下

14、混凝土加固孔壁的 方法 處理。4）風化巖層樁開孔至入巖后 ,開始向孔內加入清水或稀泥漿來降低 泥漿相對密度 , 泥漿相對密度控制在1.3 左右 , 采用大沖程34m, 鉆孔過程中勤掏渣 , 及時將孔內殘渣排出孔外 ,以免孔 內殘渣太多 ,出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。3.2 成孔質量的檢測10用測繩檢測樁端達到設計標高后 ,采用 6m 長探籠檢測 成孔情況 ,未發(fā)現(xiàn)較大的斜孔、 彎孔、縮孔 ,然后分節(jié)吊裝鋼筋 籠就位 ,灌注水下混凝土后 ,根據設計和規(guī)范要求 ,分別采用聲 測法和動測法進行樁基質量檢測 ,該工程全部樁均為 、 類 樁,樁成孔質量控制較好。4 結語通過對軟弱土環(huán)境復雜地質條件下,樁端入巖 507

15、0m的大直徑長樁的施工 ,主要有以下幾點體會 :1) 復雜地質條件下 ,深入基巖的大直徑長樁 ,成孔作業(yè)時 間長 ,穿過地層多 ,確保樁基礎質量的關鍵就是首先保證成孔 的質量 ;2) 確保樁基成孔的質量的重點 ,就是根據不同的地質條 件 ,采取不同的樁錘落距、 泥漿濃度、 加入小塊石等工藝措施 而判定地質條件首先要明確施工場地的地質勘察報告 ,在地 質勘察不能滿足要求或地質條件比較復雜的條件下,需要進行比建筑樁基技術規(guī)范 JGJ94 94 要求加密的地質勘探 以便取得足夠的地質資料 ,作為樁基成孔質量控制的依據 ;113) 通過加密地質鉆探取得詳細地質勘察資料,會增加部分施工成本 , 但在不明復