钢护筒成孔技术应用研究

钢护筒成孔技术应用研究

李明   谭嵘   田飞

中国电建集团贵州工程有限公司    贵州省 贵阳市550000

摘要：本文以盘江普定发电项目桩基溶洞处理工程实例，探究钢护筒在岩溶地区桩基施工中的应用。钢护筒在岩溶发育、地质条件复杂的桩基施工过程中可有效降低施工安全风险，提高成桩基施工质量，加快基施工进度。

关键词：钢护筒；成孔技术；应用研究

前言：盘江普定发电项目位于安顺市普定县兔儿山，电厂下部的岩层状态为中到强烈发育岩溶地带的地质状态，本工程基础处理设计为桩径φ800旋挖钻孔桩，孔深20~60米，桩底持力层置于完整中等风化泥岩层或中等风化砂岩层上，嵌入该岩层内深度1.6～5.8米，持力层为中风化灰岩石天然单轴抗压强度≥5000KN或≥5500KN。本工程施工区域地质复杂，根据地勘超前钻勘报告显示，该施工区域地质情况要么高深度粘土层或高回填区，要么呈多重或单层大型溶洞。

1、研究方向

电厂烟囱是一个重要高大建筑，桩基设计结构安全等级为一级。本项目烟囱钻孔99个，88个钻孔遇见溶洞、溶蚀裂隙，岩溶率88.8%，岩溶发育强烈。岩溶发育深度在2.0-53.5m之间，洞高0.4-11.3m、顶板厚度12-27m。桩基设计长度20m-50.5m，桩基范围内有地下水，溶蚀洞隙软塑粘土夹碎石。根据原定旋挖桩干成孔施工方案，施工过程中常出现严重塌孔，多根桩存在多次回填和多次复钻的情况，且回填复钻成孔效果不佳，严重影响工期；同时因为多次塌孔导致沉渣、孔壁掉土夹泥等不可控问题，难以保证桩基质量，因此烟囱桩基施工多采用钢护筒施工工艺。

2、具体施工过程综述

(1)、穿越高深度粘土层或高回填区

根据施工勘得到桩基下部的地质情况，在采用旋挖钻机的施工时，先旋挖钻进至孔深6m或9m位置处，使用液压式振动锤振动沉入护筒，护筒下沉高度高于孔口高度，再将钻头下到孔中继续钻进，直至中风化岩层。钢护筒与钢护筒之间采用焊接连接，由于桩较深，沉入钢护筒长度较长，护筒之间焊接采用满焊，钢护筒焊接连接满足刚度、强度的要求。在下埋钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，要避免因偏心造成护筒产生偏斜，出现偏斜及时纠偏。

(2)、穿越溶洞技术措施

单护筒施工方法：采用直径1000mm钻头从地面开孔钻进至最下层溶洞上口向下1米，使用液压震动锤从孔口沉入内径900mm钢护筒，将钢护筒沉至最下层溶洞下口向下1米标高。钢护筒安装完成后，采用直径800mm钻头继续钻进至桩底标高成孔（终孔），同时对于这部分桩需采用水下混凝土浇筑工艺施工。

多级护筒施工方法：二级护筒跟进护壁施工工艺，采用直径1400mm钻头从地面开孔钻进至上层溶洞上口岩层向下1米左右位置，使用液压震动锤从孔口沉入内径1200mm钢护筒，将钢护筒沉至大溶洞上口岩层向下1米左右位置。钢护筒安装完成后，采用直径1100mm钻头根据实际情况继续钻进，分两种情况：1、若充填物太多钻进无法至岩层只能钻进快速掏孔至溶洞内中、底部时，应直接沉入内径900mm钢护筒用振动锤压至岩面然后用800mm钻头继续成孔；2、能直接钻进入岩，使用液压震动锤从孔口沉入内径900mm钢护筒，并将钢护筒沉至溶洞下口入岩处位置，然后用800mm钻头继续成孔。

(3)、钻至设计标高后的处理措施

当钻进至设计标高时，需要通过渣样判断桩基是否进入持力层；并通过物探方法探测桩底5m范围或3倍直径范围内是否有溶洞、裂隙、软弱夹层等不良地质情况。桩底标高需由地勘、设计、监理、建设等单位联合验收，如实际地质情况与地勘报告差别较大时需通知设计单位进行桩长的设计变更。

(4)、水下混凝土灌注质量措施

当桩基成孔后，及时组织对桩长、竖直度、沉渣厚度等的检测，下放钢筋笼浇筑水下混凝土。由于设计的桩基为端承桩，必须严格控制孔底的沉渣厚度<5cm;不得用加深桩长代替清孔。混凝土浇筑直接影响整根桩基的质量，因此混凝土必须连续灌注，并保证导管埋入混凝土面1m以上，浇筑提升过程至导管埋置深度宜控制在2-6m，经常性的测量、计算混凝土面的标高，及时调整导管埋深。浇筑至设计标高后，需要超灌0.5-1.0m，将与泥浆接触的混凝土和有浮浆的混凝土清除掉，保证桩基混凝土质量。

3、存在问题及对策

(1)、因烟囱下方溶洞处于斜岩地层，钢护筒仅能对一个方向支护，斜岩下端部分位置围护不到，钻进浇筑中存在漏浆，会发生钢护筒外侧填充物坍塌、后期灌注混凝土挤破孔壁等意外，因此刃脚的固结处理至关重要，钻进及灌注过程仍须做好应急预案。

(2)、强烈发育岩溶区钻孔桩在灌注混凝土过程中灌注速度不能太慢，同时混凝土初凝时间控制在6h左右，在混凝土水头压力作用下薄弱溶洞壁容易被压穿导致混凝土流失造成断桩。同时在砼浇筑过程中，若等砼初凝后，拔护筒，则因为震动大，损伤桩身，无法保证桩身质量；在砼初凝前拔护筒，因为施工区域地质复杂，存在多重溶洞，砼面可能会急速下降，导致砼导管与砼分离，导致断桩现象；且拔护筒后，难以预料地底溶洞大小与实际溶洞地质情况，难以避免拔护筒后，溶洞泥浆、地下水对未初凝的砼造成冲击洗刷现象而导致断桩；综合考虑，为保证桩身质量，本项目施工对桩身进行护壁的钢护筒不拔出。

4、结束语

通过对贵州省盘江普定发电项目烟囱99根岩溶地层桩基的成孔钢护筒的技术研究，得出钢护筒成孔技术是一种十分高效的钻孔方式，在面对这种高回填高粘土及多层串珠状溶洞时，无需进行不必要的停顿。同时由于钢护筒的高度能够随时进行调整，这使得钢护筒在钻进时能够克服这些地质问题，极大提升了钻进效率，解决了溶洞发育地区桩基的成孔及因溶洞漏浆引起的塌孔、混凝土灌注过程混凝土挤破孔壁、软塑粘土掏不净等技术难题，虽钢护简用量较大，但加快施工进度、确保了施工质量，对同类工程具有一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]袁况,王欢,陈志伟,等.流砂地层双钢护筒旋挖桩成孔工艺开发与研究[J].建筑施工, 2021, 43(10):3.

[2]李文彬.干成孔旋挖桩施工技术在路桥梁工程中的应用方法[J].中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术, 2022(7):3.