高回填区域旋挖成孔灌注桩的施工工艺

高回填区域旋挖成孔灌注桩的施工工艺

摘要:在高回填区旋挖成孔灌注桩的施工过程中,由于回填土较为松散且分层碾压效果不佳,往往导致成孔过程中出现孔径缩小、孔壁坍塌等问题,在地下水的作用下还易出现淤泥、流沙等问题。流沙地层以细沙为主,水分多,在外力作用下会出现液化以及流动等现象。流沙地层及高回填区域这些特殊的地质容易对桩基施工产生不良影响,故文章以云南省东川港一期建设项目为例,就流沙地层和高回填区域桩基施工技术进行讨论,对该工程施工条件下成孔设备的选择情况、流沙地层和高回填区域旋的桩基施工技术在工程实践中的具体运用进行初步分析。

关键词:流沙层;旋挖钻;流沙地质钻挖施工工艺

1.前言

云南省东川港一期建设项目属于白鹤滩水电站附属工程,工期紧张,且工程选址处原地貌为高边坡,各级平台均采用半挖半填法形成作业平台,土类多为含砾覆盖层及碎石层,此地常年干枯,土类稳定性较差,地下含有流沙层,桩基施工越往深处流沙层面积越大,施工过程中容易发生塌孔等现象。根据施工条件综合分析,旋挖钻机是最合适本工程的成孔机械,再结合实际情况施工合理选择混凝土回填法、钢护筒跟进法、钢护筒跟进法与回填法同时使用等工艺进行施工。

2.工程概况

云南省东川港一期建设项目位于云南省昆明市东川区境内,码头水工建筑物采用分级直立式平台布置,各级平台均采用高桩框架结构,地基基础采用灌注桩形式,灌注桩进入中风化岩按5倍桩径控制。工程灌注桩总数为590根,桩基为嵌岩桩,受力类型为端承桩,桩径有1.2m、1.6m、1.8m三种型号,桩基混凝土采用C30混凝土。

3.成孔设备的选择情况分析

3.1施工条件分析

云南省东川港工程属于白鹤滩水电站附属工程,受到白鹤滩水电站蓄水影响,项目工期十分紧张;项目选址处为高边坡地带,受到地形和征地拆迁等影响,现场可使用土石方量有限,仅仅够用于各级平台填筑作业平台,施工作业面狭窄。根据前期地勘报告,本工程位于青藏地震区青藏高原中部地震亚区西南侧的鲜水河—滇东地震带内,且工程区附近东侧为小江断裂带,现代地震活动十分强烈,工程区区域地层构造稳定性较差,地质条件复杂。与冲击钻、回旋钻等设备相比,旋挖钻自动化程度高、机动灵活、成孔快、准确性高,能够达到沉渣少、粉尘污染少的效果,桩基质量得到有效保证,能够满足本项目施工作业需求[1]。

3.2旋挖钻机的优势分析

1)机动灵活,有效提高施工效率。旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活及多功能特点,根据以往施工记录数据中显示,旋挖钻机成孔时间大约是冲击钻机的30%,另受到现场场地约束,无法投入多台冲击钻机同时施工,对比可知旋挖钻作业效率高,有利于加快进度,确保项目顺利履约。2)节能降耗,有利于降本增效。受到地下水及流沙层影响,钻孔至流沙层位置时,普通泥浆护壁基本已无法控制流沙层对桩孔的影响,浇筑混凝土时更加容易出现质量问题,因此同条件下冲击钻机需要泥浆护壁的同时还要采用混凝土回填和钢护筒跟进等措施,而旋挖钻机干挖施工法则不需要泥浆护壁,所以选用旋挖钻机更有利于降低成本,增加成孔成功率,加快施工进度。3)绿色环保,有利于安全文明施工。由于现场场地有限,无法大量投入冲击钻机进场施工,且现场无法满足冲击钻泥浆池的布置条件,另道路交通受限,泥浆外运及处理不便,且易对环境造成不利影响。选用旋挖钻干挖成孔工艺,施工过程中不易产生大量泥浆,与其他工艺相比起来更绿色环保,且旋挖钻机施工受天气影响较小,有利于降低管理成本[2]。

4.在流沙层及高回填区域桩基成孔过程中的施工工艺分析

云南省东川港一期建设项目施工区域地下存在流沙层,且流沙层位置处于地下水水位线顶部,地下水水位高差大,流速较快,在流沙地层使用旋挖钻不易成孔,主要表现为以下两个方面。第一是从流沙稳定力学来分析,在钻孔达到流沙层的时候,影响流沙层稳定的外界因素就有地层以及流沙层自身的重力,还有孔内的液体冲刷力,通过分析可以知道地层的压力是通过上层传递的,在地质条件确定的情况下,仅仅是与荷载量有关,所以当荷载量增大的时候就会造成失稳状态。而流沙层自身的重力会产生分离,导致流沙层的工艺受到影响。其次,是旋挖钻成孔技术与其他工艺比较,它的冲击钻旋环传以及其他工艺具有特殊性,所以在使用的过程当中要针对性地去采取相应的施工措施。

(1)加强技术管理和交底。必须做好技术安全交底工作,在施工前向作业人员进行详细的培训交底,并说明地质状况及其特点,同时要求钻机作业人员严格把控钻进过程,确保钻机在钻进时机器的所有技术参数指标正常;要求作业人员控制好钻杆位置在桩中,保持钻进速度平稳,尤其是当钻头通过流沙地层时要注意将速度放缓,同时操作幅度也不宜过大,并且对于流沙层钻孔也是选择适当的钻机,如此就可以提高转孔的效率。

(2)混凝土回填法。流沙层对于桩基施工来说,是一个比较严重的问题,因为流沙层极其不稳定,且该项目受到地下水的影响,流沙层流动较快,在钻进及浇筑过程中容易出现塌孔,缩径等问题,在开挖区域的桩基,原始土层相对稳定,在钻机穿越流沙层后,采用回填混凝土的方式可以较好的控制流沙在孔内的流动。由于流沙层距离孔口较高,回填混凝土时不能采用自卸的方式回填,需采用导管法浇筑混凝土,浇筑时严格按照桩基施工规范进行,导管底口距离孔底需控制在30-50cm,埋入混凝土内深度控制在2m-6m,待钻机穿越流沙层后,迅速回填混凝土,混凝土终凝后再继续进行钻进施工,在下一步钻进施工过程中,可以根据桩孔内出渣渣样及出渣量判断回填混凝土是否成功,如果渣样中不含流沙状钻渣,且孔内钻进出渣量正常,则说明该孔回填已初具成效,流沙未继续流入孔内。

(3)钢护筒跟进法。由于该工程选址位于高边坡地带,施工作业平台皆为半挖半填,且受到交通及征地拆迁等问题,无法取用土质较好,粘性高的土方填筑作业平台,故平台填筑皆为就地开挖,当地土质较差,地层风化严重,沙层较厚,因此在灌注桩浇筑混凝土过程中,由于浇筑速度快,桩孔内地下水水位随着混凝土浇筑的高度上升,水位上升至顶层回填区域时,容易造成塌孔现象,对桩身质量产生影响,因此对于这类情况来说,在施工过程中可以采用钢护筒跟进法进行防护,根据现场原地貌高程数据计算出回填区域厚度,具体桩位根据厚度定制相同长度的钢护筒(图4),在施工过程中保证护筒长度能够穿越回填沙层,防止在桩基浇筑混凝土地下水位上升导致沙层位置塌孔的情况发生[3]。

(4)钢护筒跟进法与回填法同时使用。随着日益增长的钢材价格,钢护筒定制费用较高,在有流沙层及回填区域钻孔时,如果桩长较长,流沙层位于地下深层,那么采用钢护筒跟进至流沙层底部,钢护筒的造价及人工费用将是一笔巨大的开支,所以遇到此类情况,可以采用钢护筒跟进和回填混凝土两种方法来保证成桩率,此类做法在该工程中水位平台可以显示,中水位平台桩基桩长较长,回填区域层厚约4-5米厚,流沙层位于地下20米左右,如遇到流沙层及回填土层区域桩基,仅采用回填混凝土法无法保证浇筑过程中是否出现塌孔问题,如果采用钢护筒跟进,则会导致成本的增加,所以采用回填混凝土及钢护筒跟进两种办法,利用钢护筒跟进至回填区域底层,避免在浇筑过程中回填区域发生塌孔现象,同时采用混凝土回填法,保证钻机在流沙层位置的顺利钻进成孔。这两种方法同时采用,不仅可以提高在流沙地质和回填区域的桩基成孔率以及桩基成桩质量,还可以降低项目成本。

(5)过程监测及应急预案。在旋挖钻机进行流沙地质钻孔时,钻孔记录应减短记录间隔,增加记录频次,主要记录孔内地下水高度,出渣量和渣样类别,通过这些记录可以判断孔内是否塌孔、缩颈,如果使用混凝土回填流沙层后,通过出渣量和渣样类别可以判断回填是否有效果,如果一次回填不成功,则应立即停钻重新对孔内流沙层再次回填,二次回填时,混凝土塌落度需要适当提高,这样有助于混凝土在孔内的流动,提高回填成功率。通过过程记录完善应急预案,加大力度配备应急设备和物资,确保意外事故得到及时处理,并不断总结经验、改进处理措施,直到各项指标达到标准,这样才能够顺利解决旋挖钻在流沙层及高回填区域施工过程中遇到的各种问题,提高旋挖钻施工成孔率和成桩质量。

5.结论

本文结合云南省东川港一期建设项目的实际情况,针对大面积流沙层及高回填区域施工条件下的桩基施工,选用科学合理的钻孔设备、施工工艺和质量控制措施,加强施工前技术管理和交底及施工过程中的质量跟踪监管,能够有效克服流沙层和高回填区域旋挖成孔灌注桩施工过程中的各种问题,保证了旋挖成孔灌注桩施工的质量和效率,为后续的工程建设打下了坚实基础。

作者:唐友木 袁浩 单位:中交四航局第三工程有限公司