钻孔灌注桩穿透厚砂层地质施工技术

钻孔灌注桩穿透厚砂层地质施工技术

郑金辉

南京韬和建设工程有限公司

摘 要：在桥墩桩基施工过程中，经常会碰到不同的地质条件，以厚砂层为主，在厚砂层的地质情况下，进行钻孔灌注桩施工时，会对工程的质量和效果造成一定的影响。因此，只有采用行之有效的技术措施，才能以顺利的方式完成工程，并将膨胀系数拉制在规范规定的范围之内，降低混凝土的超方量，产生经济效益，本文将介绍有关的内容。

关键词：厚砂层地质；钻孔灌注桩；施工技术

引 言

钻孔灌注桩是建筑工程中经常使用的一种技术，它对提高施工质量和速度等方面起到了很大的作用，尤其是在对这种特殊的砂层进行施工时，效果会更加明显。所以，为了将这个技能的优点最大化，在制作过程中，必须要掌握好关键的技术，才能创造出高品质的项目。

一、工程概述

一条高速公路，设计时速80公里，双向6车道。该地区属圩区，工程桩基数量庞大，共2172个，桩长32～40米，桩径1.5米、1.6米、2.0米，以耕地为主，总体地形比较平坦。根据桥位桩基周围的工程地质钻孔数据，由上往下依次为4~6 m的黏土层（含素填土、粉砂、淤泥质粘土等），砂层10~20 m （包含细砂、中砂、粗砂等），以及下层强、中砂质泥岩，地下水位较高，通常在原地表之下1米左右。

（一）钻机选择

该工程在小里程桩长度范围内，由4~6 m黏土层、10~15 m的砂层，以及强风化的砂质泥岩，以及较低的强风化砂质泥岩。大里程段由上往下依次为黏土层4~6 m，砂层10~20 m （包含细砂、中砂、粗砂），以及强风化砂质泥岩，中风化泥岩抗压强度为2~15 MPa。所以，在低里程段采用反向循环钻井，大里程段采用旋转钻井，反循环钻机具有低成本、快速成孔、不会对孔壁产生干扰的优点，但在遇到地层时难以进行钻井。旋转钻具成孔快，对泥浆的需求量低，可适用于软岩，但对孔壁的干扰很大。

（二）泥浆指标控制

泥浆性能指标的控制是确保成孔质量的关键，如果泥浆指数太低，则很难形成有效的泥层护壁，导致缩孔、塌孔，而太大则会导致堵孔，进尺速度变慢。为了达到泥浆的各项性能要求，在现场使用了高质量的PHP （PAN非分散低固相）泥浆。根据现场经验，对此夹砂层进行钻孔，其最佳参数为：1.14~1.15 g/cm3，粘度为18~20 mPa. s，砂粒含量〈6%。注浆容量为桩的3倍，在钻井作业中，要设置滤沙器，并对钻井过程中的悬浮颗粒进行及时的过滤，这是因为在清孔结束后，砂粒在淤泥中会出现短暂的浮渣，导致淤泥厚度增加，影响桩的质量。

二、施工过程控制

（一）钻进速率

在砂层区，旋转钻机的钻孔速度为1—3米/小时，在黏土和软岩石段，钻孔速度为0.5-1 m/h，实际施工中，由于不重视，在砂区钻孔速度太快，很容易出现塌孔，原因之一是快速钻井会增加孔壁的干扰；由于钻进速度太快，钻头上的泥浆还没有对井壁起到有效的防护作用，尤其是在有地下暗流的情况下，很容易出现塌方。

（二）水头控制

在地下水位高、砂层地质条件下，特别是地下暗流的情况下，对泥浆液面高度的控制显得十分重要。在实际工程中，如果地形较为平坦，操作人员常常为了方便施工，而忽视了水头的控制，导致钻孔中的压力不足以抵消钻孔外的土壤和土壤的压力，从而导致缩孔和塌孔。在特殊的地质条件下，由于原有地表平整，需要加大泥浆系统的总高度，以填土筑岛，以保证钻孔压强，对于这样的厚砂岩，泥浆的水头高度应该在2.0 m以下。

（三）钢筋笼下放

钢筋笼下落时，要防止钢筋笼接触孔壁，造成打孔的破坏，要注意吊放时的垂直度，在吊装过程中，要加一根扁担，不能将吊钩直接挂在笼子上，横杆两侧的吊点与钢筋笼的直径相等，以确保钢筋笼的纵向水平。同时，在储存、吊装过程中要保证钢筋笼不会出现变形，钢筋笼的变形必然会造成滑动型刮擦孔[1]。为了防止沉渣的发生，应尽量缩短钢筋笼的下料时间，减少工序的衔接，既可以降低塌孔的发生，又可以防止沉渣的厚度太大。可以采取的措施是尽量减少钢筋笼的节段数目，避免使用焊接接头，而使用直螺纹套筒、冷挤压套筒等机械连接技术，从而大大缩短了生产周期。

（四）水下灌注

在砂岩地质钻孔中，由于砂体的悬浮微粒会出现短暂的悬浮状态，所以在二次钻孔和沉积物的探测后，必须立即进行充填，进入管道后，应进行试焊、试压，确保管道不能渗漏。管道装配完成后，轴向偏离不得超过0.5%，不超过10厘米，试压是孔底的1.5倍，根据计算确定封底混凝土的数量，确保在封底结束后，将管道埋深约1米。灌浆混凝土必须具有良好的流动性，塌落度在18-20 cm之间，并注意控制灌浆速度，由于混凝土的硬度和灌浆速度太快，会出现浮箱，这会使钢筋笼浮出水面，同时还会影响到钢筋笼的孔壁，使砂层的孔壁塌陷，从而产生混凝土夹层，从而影响桩的质量。第一批浇筑混凝土之前，应先进行管道过球、压水测试，确保无漏水、渗漏，验收合格后方可施工，接头应加密封环，并上紧螺栓，下完后，还要进行二次清孔，然后在浇筑混凝土之前，再测量孔深、孔底沉渣的厚度

[2]。第一次灌浆混凝土的用量要按孔径来确定，第一灌水管道的深度必须大于1米。第一次浇筑的混凝土数量由公式（1）得出： V是第一批浇筑的混凝土，m3；ρ表示混凝土的密度，t/m; D表示桩的钻孔直径；H1是从桩底到管底的距离，以0.4~0.5 m为宜；H2表示管道首次埋入深度不低于1米，d为管道的直径， m；Hw是泥浆的深度， m；γ w是以12 kN/m3表示的泥浆的严重程度；γ c是混凝土混合料的重量值，单位为24 KN/m3。钻孔速度要慢，以1～3米/小时为宜；泥浆液面必须高于地下水位2.0米；为了减小钢筋笼在孔壁上的刮擦力，可以采取扁担梁的吊装方式来保证竖直性，在施工中尽量缩短工序时间，可以采用机械接头代替焊接；在水下进行灌浆时，应确保混凝土的坍落度、流动性，并注意灌浆速率，防止出现浮箱现象。

三、施工影响因素分析

在实际施工中，因人为原因、施工机械、设备、地层等原因，发生了多起施工事故：

（一）地层因素

在所有项目中，由于地层原因导致的8起工厂事故占所有机器事故的38.1%。这主要是因为在项目施工期间，钻井时，必须穿过平均厚度为23米的砂层，由于项目区域的地下水位较高，砂层的粘度较差。很可能会产生流沙，从而导致空洞、缩径等事故。由于施工现场尚未平整，一些钻孔不在补给区或淤泥区，在钻孔和提升作业期间发生了坍塌。

（二）人为因素

在工程施工中，有3起人为原因造成的事故，2起塌孔，1起埋管，占事故总数的14.2%。由于施工现场主发电机突然故障，备用发电机未能及时启动，造成钻井砂层中的化学泥浆供给不足，造成井中泥浆液位下降，在浆液高度比护筒底部低时，护桶底部出现了大量的流砂，孔壁在数分钟后发生崩塌[3]。管道被掩埋是因为搅拌站没有及时给料，因此混凝土已经进入钻孔的原始凝固状态，因此无法取出管道。由于项目位置偏远，不能进行长距离输送，所以项目部自建了搅拌站，但由于施工人员和施工单位没有有效沟通，现场没有混凝土的主要材料水泥，现场钻孔灌注桩的数量计算不正确。在厚砂层的钻进过程中，不考虑局部地层的填充系数过大。因此，有一段时间没有水泥用于制造混凝土，导致埋管。好在工程刚刚完工，很快就联系了几家水泥公司，将管子取出来后，使用钻机将混凝土从水中钻出，以确保煤仓孔的安全。

四、施工影响因素对策

（一）与机械因素相关的对策

机械设备引起的机械事故其原因是设备选择与工程要求不相适应，经过选型和分析，认为在砂层厚度较大的地区，旋挖钻机的开孔应采用大功率的钻机，应使用合金钻头，其鱼尾应锋利而非钝，这有利于在机械力和重力的双重作用下使用钻具，钻具可穿透砂层，对易损件进行焊接，以增加钻头的使用寿命。

（二）地层因素影响应对措施

详细分析技术测量数据和相邻区域的地质条件是在厚砂层地质条件下进行钻孔桩的前提。在不同的地区，确定套管的埋入深度和直径；针对不同的地层，选择相应的钻具，以提高钻井效率、缩短成桩时间、减少崩塌风险；在现场施工时，应按地层条件选择合适的孔隙间距，采用跳钻成孔等方法保证成孔的安全；根据地层条件，调整钻井和控制泥浆泵所需的泥浆浓度。在丝滑砂层中，可向孔内注入木屑，以提高护壁效果；根据不同的地层条件，选择适当的钻井速度，降低钻井速度，降低钻井过程中发生的意外。

（三）人为因素影响应对措施

3起人为事故的根源在于施工现场的组织工作不到位，工厂管理人员对较厚砂层的地质条件不够重视，特别是对较深砂层的区域没有充分准备，这也充分体现了组织和管理桩基施工现场以及不同工种之间协调的重要性[4]。针对这些问题，应根据工程特点制定切实可行的施工措施和应急预案，并现场提供技术资料，让现场工作人员充分了解方案的内容和要点，控制现场停电、停水和外围设备故障造成的建筑损失。在此基础上，要加强对工地工人的技术和安全教育，保证各部门的员工对自己的工作职责有一个明确的认识，并建立相应的奖惩机制，对人为的错误进行严厉的处罚，造成的损失要由责任人来承担。

结论

综上所述，通过技术实例的施工事故分析，可采用下列方法：1）反循环旋转钻具可用于砂质地层中的钻孔，而不适合于非软岩层；旋转钻机适合于不硬地层中的桩基础钻孔，在砂岩地质条件下，孔壁受到的干扰比较大，容易出现扩孔、塌孔等问题；2）在施工前，要根据现场的地质条件，根据现场地质条件及时调整施工计划和应急预案3）负责现场各类工作的组织协调，以及员工的安全教育和培训。

参考文献

[1]刘玉宝,汤伟,刘沛元.厚砂层强基岩地质钻孔灌注桩施工技术研究[J].公路,2022,67(11):226-230.

[2]凌汉清,阮茂青,汪盛宇.钻孔灌注桩穿透厚砂层地质施工技术研究[J].工程建设与设计,2022(20):144-146.

[3]范文斌.钻孔灌注桩在较厚砂层成桩过程中影响因素分析[J].中国建材科技,2020,29(06):173+156.

[4]刘胤,易帅.厚砂层地质钻孔灌注桩旋挖钻工艺的关键技术研究[J].交通世界,2020(17):110-111+114.