软岩地基钻孔灌注桩施工时间控制分析

软岩地基钻孔灌注桩施工时间控制分析

冯立文

冯立文

珠海洪湾中心渔港发展有限公司广东省珠海市519020

摘要：论述钻孔灌注桩在珠海港高栏港区软岩地基中的应用，并对其施工时间控制进行详细分析，为桩基工程施工以及类似工程设计提供参考。

关键词：软岩；钻孔灌注桩；强度；变形模量

1引言

钻孔灌注桩在高层建筑、高速公路、铁路桥梁基础、港口码头建设中应用广泛。钻孔灌注桩基础涉及地形、地质、有无水、埋置深浅及桩的承载形式、截面面积和桩数量多少、排列布置等一系列问题，涉及面广，在施工过程中，合理控制泥皮厚度、沉渣厚度以及成孔时间对桩基承载力的提高非常有利。灌注桩为地下施工，质量直接影响尚不结构的安全，超声波检测法是对钻孔灌注桩质量检测行之有效的检测方法之一。本文以珠海港高栏港区某工程桩基工程为背景，对该工程软岩地基的钻孔灌注桩施工时间控制进行探讨，以指导工程实践。

2工程概况

珠海港高栏港区某工程位于珠海市高栏港区。基础采用?1200灌注桩，桩基几乎全部嵌固在泥质粉砂岩中。

3地质情况

根据地质勘察报告，该工程上部地层主要为第四纪全新统海相沉积层（Q4m），中部为第四纪上更新统冲洪积层（Q3al+pl），和海相沉积层（Q3m）互层，基岩为燕山期风化泥质砂岩（γ）。结合桩基工程的地层岩性，主要地层从上而下可划分为以下五个主要岩土体单元，分述如下：

第一大层：①1淤泥、①2淤泥质粘土、①3淤泥、①4淤泥质粘土和①5淤泥质粉质粘土；

第二大层：②1粘土；

第三大层：③1淤泥质粘土、③2粉细砂、③3粘土、③4粘土、③5粘土及③6粉质粘土；

第四大层：④1粗砾砂及④2粘土；

第五大层：⑤1全风化岩、⑤2强风化岩及⑤3中风化岩。

4工程特点分析

珠海港高栏港区某工程施工区域天气变化较快，自然环境恶劣；根据地质资料分析，地质较软，成孔深度大，容易造成塌孔和缩颈现象。

5强度和变形模量试验

结合珠海港高栏港区某工程建设，借鉴李晓波对软岩饱水状态下的力学实验，对本工程的岩土进行强度和变形模量试验。首先进行切割、打磨、制成直径50mm、高100mm的标准试样。在标准试验条件下，经过不同时间饱水后在常规的力学试验机上进行干燥状态、饱水3天、7天、15天、1个月和3个月强度和变形模量试验。

在饱水过程中，软岩的微观结构开始发生变化，大的孔隙被水填充、孔隙慢慢扩张，随着水份的逐渐渗入，大孔隙连通，软岩结构变得疏松，结构发生变化。

6钻孔灌注桩成孔施工

根据本工程地质情况，粘土层与粗砾砂所占岩层较多容易塌孔，所需泥浆护壁措施，而正循环钻机钻孔速度较慢，有利于泥浆护壁的进行，并且成孔效果较好，因而选择正循环钻机进行成孔施工。钻孔机架安放在平台上平整稳固，使用手拉葫芦将其与平台拉牢，确保钻孔过程中不发生倾斜和移动，将钻机调平对准钻孔，把钻头吊起徐徐放入护筒内，对正桩位，启动泥浆泵和转盘，等泥浆输到孔内一定数量后，开始钻孔。钻机开钻时，慢速推进，待导向部位全部钻进土层后，方可正常钻进。钻进时，必须注意连续补充泥浆，维持护筒内应有的水头，避免坍塌。

桩基的成孔时间对桩周土体的应力释放、泥皮厚度和沉渣厚度都有影响；尽量缩短成孔时间，减小泥浆在孔内停滞时间，成孔时间越长，必导致桩周岩层暴露于水中的时间会越长，引起泥皮厚度增大、钻孔应力释放、孔壁泡水软化，软岩的强度和变形模量会大幅度下降，对桩基的承载力和刚度会产生不利影响。因此，钻机成孔过程应根据地层土质合理选用进尺速度，钻孔应连续进行，不得间断。开始钻进及护筒刃脚部位时，应低档慢速钻进。对亚粘土、轻亚粘土层一般为3m/h，淤泥质软土应控制在2.5m/h以防止缩颈，在粉砂层应缓慢进尺，严禁提钻蹲捣，并应加大泥浆比重以防止塌孔，泥浆比重一般应为1.25~1.35之间。钻进过程中，要确保泥浆水头高度高出孔外水位0.5m以上，泥浆如有损失、漏失，应及时补充，并采取堵漏措施。钻进过程中，每进2-3m应检查钻孔竖直度，在护筒泥浆中捞取钻渣，以便和设计地质资料核对。钻进时，为减少扩孔、弯孔和斜孔，采用减压钻进，使钻杆维持垂直状态，使钻头平稳回转。当钻至设计桩底标高时，在停止进尺同时使钻机空运转，将其孔底泥块绞碎并随泥浆托出，此过程逐渐降低泥浆比重，并降至1.2。

7桩基成孔时间的确定

在忽略其它外界因素影响的条件下，结合工程实际情况，从软岩暴露于水中会使软岩结构发生变化，力学性质改变进而影响桩基承载力的角度，确定桩基合理的成孔时间。由试验结果可知，在饱水条件下，软岩的单轴极限抗压强度和变形模量在0-3内降幅急剧下降，3-16内降幅变慢，之后变化平缓。因此，钻孔施工时间越短，对提供桩基的承载力非常有利。

8塌孔与缩径的处理

钻孔过程中，在淤泥质地层钻进时，容易产生缩径。为了保证孔径符合设计要求，可以采用上下反复扫孔，扩大孔径。另外应经常检查钻锥尺寸，如发现钻锥磨损过大应及时更换，保证孔径满足设计要求。在砂层中钻进容易产生塌孔，为了防止塌孔可以适当加大泥浆比重，泥浆由膨润土及水泥和外加剂调制而成，泥浆在钻孔、成孔中由于静水压力的作用，泥浆可作用在井孔壁形成一层泥皮，阻隔孔内外渗流，保护孔壁免于坍塌，泥浆还起浮悬、携带钻渣、清洗孔底、冷却钻头等的作用，使钻进正常进行控制钻机钻进速度，以稳定土壁。如因地下水位变化大造成塌孔，可增加护筒深度和保持筒内外水位差。发生塌孔时，先探明塌孔位置，将砂和泥土混合物回填到塌孔位置以上1～2m，如果塌孔严重，应全部回填粘土，等回填物沉淀密实后，重新进行钻孔。

9结语

本文以珠海港高栏港区某工程为依托，通过软岩暴露于水中会使软岩结构发生变化，力学性质改变进而影响桩基承载力来确定桩基的合理的成孔时间越短越好，以指导现场施工管理人员进行有效施工，确保了工程正常顺利进行，为今后类似结构工程积累相关经验。

参考文献：

[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）中国建筑工业出版社.

[2]舒翔，刘利民.钻孔灌注桩承载力的成孔效应[J]建筑技术，2003，34（3）：185-186.

[3]港口工程桩基规范（JGJ254-1998）人民交通出版社

[4]港口工程灌注桩设计与施工规范（JTJ248-2001）人民交通出版社

[5]水运工程混凝土施工规范（JTS202-2011）人民交通出版社