长螺旋钻孔压灌桩技术在厚砂层夹杂液化土层复杂地质条件下的应用

2022-09-17 17:14 浏览量:899

   长螺旋钻孔压灌桩无泥浆污染、施工速度快、施工效率高、成本较低等优势,国内近几年的应用推广较快,但施工管理细节较多,过程控制不到位容易出现较多质量问题,如缩颈、断桩、夹泥等桩身质量问题。尤其在液化地层及厚砂层组合条件泵送压灌与钻杆提升配合操作,需经验丰富的钻机司机及把头师傅同步配合。此时,您需要一套轻松简单的把头神器———桩把头智能提醒仪。



文章摘自《施工技术》49卷第14期

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长螺旋钻孔压灌桩技术在厚砂层夹杂液化土层复杂地质条件下的应用

陈 霄

平煤神马建工集团有限公司,河南平顶山 467000

[摘 要]通过对化工储罐地基承载力不足且地基深部存在厚砂层夹杂液化土层复杂地质条件下满足上部化工储罐大荷载的基本运行工况的研究,对厚砂层夹杂液化土层复杂地质条件下长螺旋钻孔压灌桩施工进行探索,总结出该工艺在类似地质条件下的应用技术,并介绍了施工关键技术措施,在工程中成功应用,对类似工程实施具有一定的借鉴意义。

[关键词]长螺旋钻孔压灌桩;液化地层及厚砂层;二次成孔;后插钢筋笼

[中图分类号]TU 753.3   [文献标志码]B   [文章编号]1001-523X202214-0034-03

APPLICATION OF LONG AUGER DRILLING BORED PILE UNDER COMBINED CONDITION OF

LIQUEFIED FORMATION AND THICK SAND LAYER

Chen Xiao

AbstractThrough the study of the basic operating conditions of the chemical storage tank under the condition of insufficient foundation bearing capacity and the combination of deep liquefied strata and thick sand layer, the basic operating conditions of the upper chemical storage tank with large load, the long spiral drilling under the combination of liquefied stratum and thick sand layer is studied. The construction of cast-in-place piles with steel cages inserted after pressing concrete was explored, and the application technology of this process under similar geological conditions was summarized, and the key technical measures of construction were introduced, which were successfully applied in the project. It has certain reference significance for the implementation of similar projects.  

Keywordslong spiral bored pileliquefied formation and thick sand layersecondary pore formingback inserted reinforcement cage

长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼成桩施工工艺是近几年发展起来的一种新工艺,其施工过程是由长螺旋钻机成孔,通过钻杆向桩孔内泵压混凝土,然后利用振动器将钢筋笼沉入桩身混凝土中成桩。该施工方法因具有无泥浆污染、施工速度快、施工效率高、成本较低[1],特别是在富含地下水的液化地层和厚砂层中有较好的工程应用。

1    工程概况

某公司1号罐区新增环己酮罐基础设计为直径18.30m钢筋混凝土圆形基础,环己酮储罐满载后重约4130t,天然地基承载力无法满足设计要求,考虑采用桩基础来提高地基承载力。

根据勘察报告,该区域以粉质粘土为主,地下水位约为自然地面下5m,自然地面以下约10~14m存在4m厚中细砂层且分布不均匀(图1),此为典型液化地层;根据该地质情况设计采用钢筋混凝土桩。

针对地基承载力不足且地基深部液化地层及厚砂层组合地质条件为满足上部化工储罐大荷载的基本运行工况,研究长螺旋钻孔压灌桩施工过程中所出现的后钢筋笼无法安装到位、压灌混凝土的精确控制技术等难点。

2 技术方案控制要点

1)控制要点一:严格控制压灌混凝土的泵压、泵送速度及钻杆提升速度,确保液化地层的成桩质量。为保证成桩质量严格把控以下关键点。

1)钢筋笼加工过程中严格验收,箍筋不得跳扎;运送过程中需吊起转运,严禁在地面拖行,防止箍筋在运输及后插钢筋笼过程中松脱变形。

2)混凝土的坍落度及和易性必须满足后插钢筋笼的自由沉降,混凝土的性能应符合如下规定。

混凝土选用粗骨料最大粒径不宜大20mm,水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥,砂采用粒径0.3 0.5mm的中粗砂,粗骨料含泥量不大于1%;混凝土强度C30,抗渗强度P8水灰比不大于0.45;含砂率为35%40%;灰砂比宜为1∶21∶2.5

混凝土应有良好的和易性和泌水性,初凝的时间应≮6h,灌注前坍落度控制在200mm[2]。

3)桩混凝土压灌过程中,要充分利用混凝土泵送压力推动钻杆上行,泵送压力根据地层情况进行试验桩试验确定,一般控制在3~5MPa

同时与泵入混凝土速度同步匀速缓慢提升钻杆,提钻速度过快会造成缩径,根据地层情况及试验桩试钻情况合理确定钻杆提升速度,一般控制在1.8~2.0m/min

泵送压灌与钻杆提升配合操作,需有经验的钻机司机及指挥同步配合。

2)控制要点二:采用二次成孔保证钢筋笼下放到位。

液化是指饱水的疏松粉、细砂土在振动作用下突然破坏而呈现液态的现象,由于孔隙水压力上升,有效应力减小所导致的砂土从固态到液态的变化现象。

长螺旋钻孔压灌混凝土施工过程的扰动和压力变化及后插钢筋笼过程的震动都会诱发厚砂层液化[3],影响桩身质量。钻杆钻进中的振动使厚砂层稳定性遭到破坏,混凝土压灌过程中的压力变化也造成孔隙水压力上升,砂粒之间有效应力减小导致砂土从固态到液态,从而导致桩径发生变化。

因此在施工过程中出现钢筋笼下放不到位(钢筋笼外露1.5~2m)的问题,根据厚砂层的埋深推断出钢筋笼在厚砂层液化情况下导致笼尖出现了偏移,结合施工现场实际情况研究分析提出以下方案。

结合现场状况提出二次下钻的方案,第一次钻孔完成后钻杆上升,用挖掘机将钻杆钻出粉质粘土填入钻孔,重新使用钻机钻孔,形成简易的泥浆护壁保护钻孔,二次下钻时厚砂层由于已经缩颈对桩身水平荷载大幅减小,提钻过程中也会形成泥浆护壁,可保证钢筋笼下放质量。

3 常见质量问题原因分析

3.1 桩钢筋笼放置不到位

1)混凝土坍落度过小、因浇筑过程中受桩周土体吸水或自身浇筑时间过长造成的混凝土初凝流动性变差,增大钢筋笼下放摩擦阻力,导致钢筋笼无法顺利下放到位。

2)混凝土浇筑过程中本身存在离析、或钢筋笼沉放过程中振锤振捣导致混凝土离析,骨料分离,混凝土流动性变差,进而影响钢筋笼沉放。

3)桩体在混凝土压灌过程中,钻机操作人员提钻速度过快,导致桩孔在周围土体压力作用下产生缩径,尤其在存在厚砂层的地层中。钢筋笼沉放过程中遇到缩径会无法达到设计位置。

4)因桩身成孔时一般钻进深度均长于设计桩身,钢筋笼沉放过程中未在孔口设置固定措施,从而导致钢筋笼在沉放到位后自重作用下继续下沉。

3.2 桩身夹泥

钻杆提钻孔过程中未对孔口堆积的土体进行及时清理,在移钻、后插钢筋笼等作业中把孔口堆积泥块扫入灌注完的混凝土中,造成桩顶上部夹泥,影响桩头质量。

后插钢筋沉放过程中,钢筋笼不垂直不居中,笼尖来回刮擦或插入桩壁土体中,造成桩壁土体泥块脱落混入桩身混凝土。

3.3 断桩、缩径

如果钻杆提升过快,而混凝土泵送量与之不匹配,混凝土不能充满钻孔,在钻杆提升过程中钻孔内产生负压,使孔壁塌陷造成断桩,严重时还会影响邻桩[4]

4 质量控制要点

1)桩基钻孔前,要认真复核桩位标识定位及孔口地面标高,桩位标示定位插入一次性筷子或钢筋头等不可损毁物,使标示物在移钻过程中、或因其他操作标识不会被破坏掉。

钻孔时要检查确保钻杆与桩位标识对中后再开钻,从而预防控制桩基偏位。

2)桩基钻孔前操作司机要检查钻杆垂直度,确认垂直后才开钻,钻进过程中发现偏斜及时调正

进而确保成孔的垂直度。

3)桩基混凝土若不连续浇筑,对泵送管路及钻杆导管及时清洗、清除残渣。

进场混凝土坍落度严格保持设计值,混凝土压灌完成后如发现混凝土因土体吸水造成桩身混凝土流动性明显降低,造成钢筋笼沉放困难,要及时加大混凝土坍落度;混凝土供应应保持稳定,避免供应不及时发生混凝土初凝、离析等。

4)桩基钻孔及混凝土压灌过程中,现场需配备小型挖机,及时清理干净提钻过程中带出泥土,避免泥土在混凝土压灌过程中扫落入桩混凝土造成桩头夹泥。

5)钢筋笼沉放过程中,要尽量少开振动,直接利用钢筋笼及振锤自重快速下沉,以免过振造成骨料下沉集中影响钢筋笼沉放;钢筋笼沉放到位后,边振动边缓慢上提振杆,以确保混凝土振捣密实。

5 承载力实验结论

该工程采用静荷载实验,是在桩顶施加竖向压力,观察沉降、在桩顶产生的上拔位移或水平位移,从而确定单桩竖向抗压承载力的实验方法。低应变实验结果桩身完整性良好,均为一类桩,施工质量优良。


6 结束语

长螺旋钻孔压灌桩无泥浆污染、施工速度快、施工效率高、成本较低等优势,国内近几年的应用推广较快,但施工管理细节较多,过程控制不到位容易出现较多质量问题。

1号罐区环己酮罐基础项目施工中从施工流程和质量控制两方面入手,在施工的多个关键环节进行全面综合的分析与把控,针对现场实际情况分析问题成因,对施工方法进行科学调整,有效降低其质量通病发生。

在施工过程中所总结出的有效经验,为今后液化地层及厚砂层组合条件下长螺旋钻孔压灌桩技术的应用提供了宝贵经验。

参考文献

[1] 翁君耀,周伯苑. “长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩设计和应用[J]. 建筑技术开发,2011388):2.

[2] 刘学亮,宋锦峰,曹凤学,等. 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩工法在液化地层及厚砂层组合条件下施工可行性探讨[J]. 探矿工程( 岩土钻掘工程),2017446):74–77.

[3] 郭正国. 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩在地铁工程的施工应用[J]. 商品与质量:房地产研究,20123):2.

[4] 汤小凝.长螺旋钻孔压灌混凝土桩施工常见问题及防治措[J]. 建材技术与应用,20077):13–14.