火山碎屑巖地質(zhì)條件下的樁基施工——沖擊成孔

摘要：根據(jù)冷卻塔地段的巖土分布特點(diǎn)和巖土工程條件，結(jié)合建筑物地基設(shè)計(jì)方案，確定采用沖擊成孔灌注樁。本文將對火山碎屑巖地質(zhì)條件下的沖擊成孔進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：火山碎屑巖地質(zhì) 沖擊成孔 質(zhì)量控制

浙江國華寧海電廠二期海水冷卻塔位于浙閩粵沿海燕山期火山活動帶的北端，燕山晚期強(qiáng)烈的火山爆發(fā)形成了巨厚的火山碎屑巖。廠區(qū)地層主要有第四系土層、白堊系下統(tǒng)館頭組凝灰質(zhì)粉砂巖和侏羅系上統(tǒng)磨石山組e段的凝灰?guī)r。該廠地不存在地震斷層破裂效應(yīng)、地震砂土液化、邊坡穩(wěn)定性和軟土地震震陷可能，但場地位于海洋和邊坡的邊緣，上部分布厚層軟弱土，地基土成因、巖性和狀態(tài)在平面分布上明顯不均勻，工程場地為抗震不利地段。該廠地地層的分布情況由上而下分別為：人工回填素填土；海積淤泥；沖、洪積軟可塑粉質(zhì)粘土；硬可塑粉質(zhì)粘土（或混碎石）；角礫狀凝灰?guī)r的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖石。

根據(jù)冷卻塔地段的巖土分布特點(diǎn)和巖土工程條件，結(jié)合建筑物地基設(shè)計(jì)方案，確定采用沖擊成孔灌注樁。本文將對火山碎屑巖地質(zhì)條件下的沖擊成孔進(jìn)行分析。

沖擊成孔原理：在沖擊式鉆機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)的協(xié)助下，帶動沖擊鉆頭進(jìn)行作業(yè)，提升鉆頭到一定高度，然后再將其放下，讓其做自由降落，在沖擊動能作用下沖擠土層或破碎巖層形成樁孔，排除鉆渣時(shí)可以使用掏渣筒，也可以采取其他的方法。沖擊鉆頭在鋼絲繩轉(zhuǎn)向裝置帶動下，每次沖擊轉(zhuǎn)動一定的角度，從而使樁孔得到規(guī)則的圓形斷面。

1 根據(jù)地層構(gòu)造，各地層采用不同的操作方法

1.1 回填石渣段 開孔時(shí)回填粘土進(jìn)行沖擊，沖擊護(hù)筒內(nèi)或護(hù)筒底部時(shí)速度要慢，少放繩。護(hù)筒下如遇大石塊要輕捶擊，防止護(hù)筒偏移或偏孔。孔內(nèi)漿液比重宜為1.20～1.25g/cm3，以保證孔內(nèi)護(hù)壁良好，不形成塌孔。沖擊回填石渣段時(shí)，每次沖擊不超過1.0m，并采用正循環(huán)清孔。

1.2 淤泥層、粘土層及全風(fēng)化凝灰?guī)r段 沖擊時(shí)，根據(jù)地層情況控制鋼絲繩的放繩量。沖擊淤泥時(shí)，少放勤放鋼絲繩，進(jìn)行低錘沖擊，防止活塞效應(yīng)卡鉆；沖擊粘土層時(shí)，加快進(jìn)尺速度。鉆進(jìn)過程中，操作手要觀察泥漿面變化情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿面較低或泥漿較濃時(shí)，及時(shí)補(bǔ)漿換漿。施工時(shí)嚴(yán)格控制鉆頭直徑，邊齒磨損較嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)補(bǔ)焊或更換。

1.3 強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化凝灰?guī)r段 凝灰?guī)r段低錘沖擊，每鉆進(jìn)100～300mm用正循環(huán)清孔一次，將孔底稠泥漿及懸浮在泥漿中的巖石碎塊清除，以提高施工效率。根據(jù)勘察報(bào)告，基巖面較陡，此時(shí)注意鉆孔偏斜，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩偏離樁孔中心，及時(shí)回填片石至偏孔上方300～500mm處，然后重新沖擊。當(dāng)明顯感覺到地面震動或進(jìn)尺速度減慢時(shí)，提出鉆頭檢查取樣筒內(nèi)是否有巖樣，當(dāng)全斷面進(jìn)入中風(fēng)化凝灰?guī)r后，經(jīng)確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后終孔。

2 施工過程中出現(xiàn)的問題分析及預(yù)防處理措施

2.1 樁孔不規(guī)則 造成樁孔不規(guī)則的主要原因有：鉆頭轉(zhuǎn)向裝置沒有正常工作，在進(jìn)行沖擊的時(shí)候鉆頭停止轉(zhuǎn)動；泥漿黏度太高，具有較大的沖擊轉(zhuǎn)動阻力，鉆頭轉(zhuǎn)動困難；沖程不大，鉆頭轉(zhuǎn)動時(shí)間不夠或者是沒有進(jìn)行較大的轉(zhuǎn)動。

相關(guān)解決辦法：要對轉(zhuǎn)向裝置做好實(shí)時(shí)的檢驗(yàn)工作，保證其靈活性；合理的調(diào)配泥漿的黏度，使其占有適當(dāng)?shù)谋壤挥玫蜎_程時(shí)，隨著時(shí)間的推移，逐漸提高沖程，交換沖擊修整孔形。

2.2 鉆孔偏斜 造成鉆孔偏斜的主要原因有：沖擊時(shí)有不均勻的探頭石、漂石，鉆頭不能夠均衡受力；基巖面不夠緩；鉆機(jī)底座發(fā)生傾斜。

相關(guān)解決辦法：如果有探頭石，要回填碎石，或者是把鉆機(jī)稍微向探頭石的方向移動，采用高沖程對探頭石進(jìn)行猛烈的沖擊，先把探頭石弄碎，然后進(jìn)行鉆進(jìn)；如果是有基巖就用低沖程，保證鉆頭的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證達(dá)到一個(gè)更高的沖擊頻率，遇見基巖后換高沖程再進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.3 樁身傾斜、樁位偏差較大 造成這種現(xiàn)象的原因包括施工人員在放樣時(shí)違背了某些要求，或者是在鉆孔機(jī)械定位上不夠準(zhǔn)確；在鉆孔時(shí)出現(xiàn)了障礙物或孤石，還可能是在軟硬土層交界處和巖石傾斜處，鉆頭不能夠均衡的受力，這些都會造成樁孔傾斜。若是鉆桿發(fā)生彎折或者是未能連接準(zhǔn)確，鉆頭鉆桿中線不同軸線，也是會使樁孔偏斜的。而且，場地凹凸不平或者是未對鉆架進(jìn)行合理的調(diào)整等情況都可能導(dǎo)致傾斜的狀況。樁孔如果過大，護(hù)筒中心不同軸線等方面的原因也同樣會使樁身出現(xiàn)一些傾斜。一開始挖基坑時(shí)，如果挖土太深，就會由于土側(cè)壓力而導(dǎo)致樁位發(fā)生變化。基坑開挖后，要嚴(yán)格的檢查樁位是不是在要求的范圍內(nèi)。

相關(guān)解決辦法：在解決這種問題時(shí)，要具體問題具體分析，根據(jù)產(chǎn)生問題的不同原因制定合理的解決方案；如果樁位變化過大，要找到相關(guān)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行核實(shí)，必要時(shí)在基礎(chǔ)底板內(nèi)增設(shè)暗梁。

2.4 沖擊鉆頭被卡，提不起來 原因分析：鉆孔不規(guī)則；遇較大的探頭石；石塊落在鉆頭與孔壁之間；未及時(shí)補(bǔ)焊鉆頭，孔徑逐漸變小，沖擊時(shí)被卡；粘土層中沖程太大，泥漿黏度過高導(dǎo)致吸鉆。

預(yù)防處理措施：如果鉆孔不圓，鉆頭還能繼續(xù)向下運(yùn)動，可讓鉆頭向下活動直至轉(zhuǎn)動到孔徑比較大的地方再提起鉆頭；使鉆頭向下活動不在卡點(diǎn)上；通過鉆頭的上下運(yùn)動讓石塊落下；做好鉆頭修補(bǔ)工作，如果孔徑減小了，要注意保持合適的鉆頭直徑，保證合理的孔徑設(shè)計(jì)；向孔內(nèi)泵送泥漿，保證泥漿質(zhì)量過關(guān)，替換孔內(nèi)黏度過高的泥漿。

2.5 鉆頭脫落 原因分析：大繩在轉(zhuǎn)向裝置連接處被磨斷，繩卡松脫，或沖錐本身在薄弱斷面折斷；轉(zhuǎn)向裝置與頂錐的連接處脫開。

預(yù)防處理措施：用打撈活套、打撈鉤打撈，或用沖抓錐來抓取掉落的沖錐；勤檢查易損壞部位。

2.6 孔壁坍塌 造成孔壁坍塌的主要原因有：孔壁被供水管直接沖刷，或在松散砂土中鉆進(jìn)的速度非常快，或停在某個(gè)地方有較長的時(shí)間空鉆；沖擊錐或搗渣筒傾斜撞擊孔壁；成孔后停滯時(shí)間過長，沒有進(jìn)行灌注；相鄰施工的樁間距太小。但是最關(guān)鍵的是未考慮到土質(zhì)條件，采用合適的成孔工藝以及合適的泥漿質(zhì)量，特別是在選用護(hù)壁泥漿時(shí)，一定要保證其質(zhì)量過關(guān)。若是泥漿密度不大或護(hù)筒埋置不夠深、護(hù)筒的回填土和接縫處出現(xiàn)漏水漏漿情況，最終使孔內(nèi)液面達(dá)不到要求的高度或者孔內(nèi)有承壓水，孔壁的靜水壓力變小等，這些情況都會導(dǎo)致坍孔。而且，清孔后泥漿密度變小，粘度也會變小，無法保證孔壁的穩(wěn)定。

相關(guān)解決辦法：首先應(yīng)該找到坍孔的部位。隨后，將粘土和砂土回填到高于坍孔1到2米的地方；如果出現(xiàn)了嚴(yán)重的坍孔，就要全部回填，直到回填物沉積密實(shí)再重新鉆孔；成孔后立即進(jìn)行灌注，停滯時(shí)間長時(shí)加泥漿進(jìn)行護(hù)孔；調(diào)整好施工順序，適當(dāng)加大相鄰樁位施工時(shí)間間隔。

2.7 樁身混凝土出現(xiàn)蜂窩、孔洞及斷樁事故 出現(xiàn)這一狀況的主要原因有：沒有調(diào)整好混凝土的配合比，原材料不合格，可能是水泥已經(jīng)過了有效期，出現(xiàn)結(jié)塊的現(xiàn)象，強(qiáng)度不夠、沒有嚴(yán)格控制好加水量及外摻劑等。因?yàn)榛炷敛痪邆浜芎玫暮鸵仔浴⑻涠龋诠嘧⒒炷習(xí)r就很可能出現(xiàn)卡管的情況，也就是說混凝土?xí)诜e在導(dǎo)管內(nèi)，導(dǎo)管被混凝土或鋼筋籠卡住無法提上來；混凝土不具備較大的坍落度以及較好的流動性，沒能夠均勻的攪拌混凝土；也可能是提升導(dǎo)管過多了，這樣就會使樁身夾泥或斷樁。

相關(guān)的解決辦法：我們可以通過在樁身混凝土中鉆孔，用壓力灌漿加固或采用換樁芯及補(bǔ)樁等方法來解決。

2.8 吊腳樁 清孔后泥漿相對密度不會很高，孔壁坍塌或孔底有泥砂進(jìn)入，或者是沒有及時(shí)的灌筑混凝土；沒有清渣干凈，有較多的殘留沉渣；鋼筋骨架、導(dǎo)管等物碰撞到孔壁，使孔壁坍落孔底。

相關(guān)的解決辦法：一定要將鉆孔清查干凈，在合適的時(shí)候及時(shí)的進(jìn)行灌筑混凝土；保證合適的泥漿濃度；保護(hù)好孔壁不要被重物碰撞。

3 總結(jié)

沖擊成孔是比較適用于火山碎屑巖地質(zhì)條件的，它能有效的控制混凝土的充盈系數(shù)和樁基質(zhì)量。樁基成孔是樁基施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，成孔質(zhì)量直接影響樁基質(zhì)量，我們必須充分了解場地的地址和水文條件，全面分析各種復(fù)雜地質(zhì)條件對工程施工的影響，合理的選擇成孔方式和施工措施，確保樁基質(zhì)量，避免造成嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍.灌注樁基工程機(jī)械沖擊成孔施工工藝[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009(04).

[2]艾利群，劉小亭.增加孔壁粗糙度提高鉆孔灌注樁承載力的原理及施工措施[J].新余高專學(xué)報(bào).2006(03).

[3]陳彬.沖擊成孔灌注樁的成孔質(zhì)量控制[J].西部探礦工程.

2011(02).