火山碎屑岩地质条件下的桩基施工

关键词：火山碎屑岩地质 冲击成孔 质量控制 

浙江国华宁海电厂二期海水冷却塔位于浙闽粤沿海燕山期火山活动带的北端，燕山晚期强烈的火山爆发形成了巨厚的火山碎屑岩。厂区地层主要有第四系土层、白垩系下统馆头组凝灰质粉砂岩和侏罗系上统磨石山组e段的凝灰岩。该厂地不存在地震断层破裂效应、地震砂土液化、边坡稳定性和软土地震震陷可能，但场地位于海洋和边坡的边缘，上部分布厚层软弱土，地基土成因、岩性和状态在平面分布上明显不均匀，工程场地为抗震不利地段。该厂地地层的分布情况由上而下分别为：人工回填素填土；海积淤泥；冲、洪积软可塑粉质粘土；硬可塑粉质粘土（或混碎石）；角砾状凝灰岩的全风化、强风化、中风化岩石。 

根据冷却塔地段的岩土分布特点和岩土工程条件，结合建筑物地基设计方案，确定采用冲击成孔灌注桩。本文将对火山碎屑岩地质条件下的冲击成孔进行分析。 

冲击成孔原理：在冲击式钻机或卷扬机的协助下，带动冲击钻头进行作业，提升钻头到一定高度，然后再将其放下，让其做自由降落，在冲击动能作用下冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，排除钻渣时可以使用掏渣筒，也可以采取其他的方法。冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下，每次冲击转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。 

1 根据地层构造，各地层采用不同的操作方法 

1.1 回填石渣段 开孔时回填粘土进行冲击，冲击护筒内或护筒底部时速度要慢，少放绳。护筒下如遇大石块要轻捶击，防止护筒偏移或偏孔。孔内浆液比重宜为1.20～1.25g/cm3，以保证孔内护壁良好，不形成塌孔。冲击回填石渣段时，每次冲击不超过1.0m，并采用正循环清孔。 

1.2 淤泥层、粘土层及全风化凝灰岩段 冲击时，根据地层情况控制钢丝绳的放绳量。冲击淤泥时，少放勤放钢丝绳，进行低锤冲击，防止活塞效应卡钻；冲击粘土层时，加快进尺速度。钻进过程中，操作手要观察泥浆面变化情况，当发现泥浆面较低或泥浆较浓时，及时补浆换浆。施工时严格控制钻头直径，边齿磨损较严重时，及时补焊或更换。 

1.3 强风化及中风化凝灰岩段 凝灰岩段低锤冲击，每钻进100～300mm用正循环清孔一次，将孔底稠泥浆及悬浮在泥浆中的岩石碎块清除，以提高施工效率。根据勘察报告，基岩面较陡，此时注意钻孔偏斜，发现钢丝绳偏离桩孔中心，及时回填片石至偏孔上方300～500mm处，然后重新冲击。当明显感觉到地面震动或进尺速度减慢时，提出钻头检查取样筒内是否有岩样，当全断面进入中风化凝灰岩后，经确认达到设计要求后终孔。 

2 施工过程中出现的问题分析及预防处理措施 

2.1 桩孔不规则 造成桩孔不规则的主要原因有：钻头转向装置没有正常工作，在进行冲击的时候钻头停止转动；泥浆黏度太高，具有较大的冲击转动阻力，钻头转动困难；冲程不大，钻头转动时间不够或者是没有进行较大的转动。 

相关解决办法：要对转向装置做好实时的检验工作，保证其灵活性；合理的调配泥浆的黏度，使其占有适当的比例；用低冲程时，随着时间的推移，逐渐提高冲程，交换冲击修整孔形。 

2.2 钻孔偏斜 造成钻孔偏斜的主要原因有：冲击时有不均匀的探头石、漂石，钻头不能够均衡受力；基岩面不够缓；钻机底座发生倾斜。 

相关解决办法：如果有探头石，要回填碎石，或者是把钻机稍微向探头石的方向移动，采用高冲程对探头石进行猛烈的冲击，先把探头石弄碎，然后进行钻进；如果是有基岩就用低冲程，保证钻头的正常运转，保证达到一个更高的冲击频率，遇见基岩后换高冲程再进行钻进。 

2.3 桩身倾斜、桩位偏差较大 造成这种现象的原因包括施工人员在放样时违背了某些要求，或者是在钻孔机械定位上不够准确；在钻孔时出现了障碍物或孤石，还可能是在软硬土层交界处和岩石倾斜处，钻头不能够均衡的受力，这些都会造成桩孔倾斜。若是钻杆发生弯折或者是未能连接准确，钻头钻杆中线不同轴线，也是会使桩孔偏斜的。而且，场地凹凸不平或者是未对钻架进行合理的调整等情况都可能导致倾斜的状况。桩孔如果过大，护筒中心不同轴线等方面的原因也同样会使桩身出现一些倾斜。一开始挖基坑时，如果挖土太深，就会由于土侧压力而导致桩位发生变化。基坑开挖后，要严格的检查桩位是不是在要求的范围内。 

相关解决办法：在解决这种问题时，要具体问题具体分析，根据产生问题的不同原因制定合理的解决方案；如果桩位变化过大，要找到相关的设计人员进行核实，必要时在基础底板内增设暗梁。 

2.4 冲击钻头被卡，提不起来 原因分析：钻孔不规则；遇较大的探头石；石块落在钻头与孔壁之间；未及时补焊钻头，孔径逐渐变小，冲击时被卡；粘土层中冲程太大，泥浆黏度过高导致吸钻。 

预防处理措施：如果钻孔不圆，钻头还能继续向下运动，可让钻头向下活动直至转动到孔径比较大的地方再提起钻头；使钻头向下活动不在卡点上；通过钻头的上下运动让石块落下；做好钻头修补工作，如果孔径减小了，要注意保持合适的钻头直径，保证合理的孔径设计；向孔内泵送泥浆，保证泥浆质量过关，替换孔内黏度过高的泥浆。 

2.5 钻头脱落 原因分析：大绳在转向装置连接处被磨断，绳卡松脱，或冲锥本身在薄弱断面折断；转向装置与顶锥的连接处脱开。 

预防处理措施：用打捞活套、打捞钩打捞，或用冲抓锥来抓取掉落的冲锥；勤检查易损坏部位。 

2.6 孔壁坍塌 造成孔壁坍塌的主要原因有：孔壁被供水管直接冲刷，或在松散砂土中钻进的速度非常快，或停在某个地方有较长的时间空钻；冲击锥或捣渣筒倾斜撞击孔壁；成孔后停滞时间过长，没有进行灌注；相邻施工的桩间距太小。但是最关键的是未考虑到土质条件，采用合适的成孔工艺以及合适的泥浆质量，特别是在选用护壁泥浆时，一定要保证其质量过关。若是泥浆密度不大或护筒埋置不够深、护筒的回填土和接缝处出现漏水漏浆情况，最终使孔内液面达不到要求的高度或者孔内有承压水，孔壁的静水压力变小等，这些情况都会导致坍孔。而且，清孔后泥浆密度变小，粘度也会变小，无法保证孔壁的稳定。 

相关解决办法：首先应该找到坍孔的部位。随后，将粘土和砂土回填到高于坍孔1到2米的地方；如果出现了严重的坍孔，就要全部回填，直到回填物沉积密实再重新钻孔；成孔后立即进行灌注，停滞时间长时加泥浆进行护孔；调整好施工顺序，适当加大相邻桩位施工时间间隔。 

2.7 桩身混凝土出现蜂窝、孔洞及断桩事故 出现这一状况的主要原因有：没有调整好混凝土的配合比，原材料不合格，可能是水泥已经过了有效期，出现结块的现象，强度不够、没有严格控制好加水量及外掺剂等。因为混凝土不具备很好的和易性、坍落度，在灌注混凝土时就很可能出现卡管的情况，也就是说混凝土会囤积在导管内，导管被混凝土或钢筋笼卡住无法提上来；混凝土不具备较大的坍落度以及较好的流动性，没能够均匀的搅拌混凝土；也可能是提升导管过多了，这样就会使桩身夹泥或断桩。 

相关的解决办法：我们可以通过在桩身混凝土中钻孔，用压力灌浆加固或采用换桩芯及补桩等方法来解决。 

2.8 吊脚桩 清孔后泥浆相对密度不会很高，孔壁坍塌或孔底有泥砂进入，或者是没有及时的灌筑混凝土；没有清渣干净，有较多的残留沉渣；钢筋骨架、导管等物碰撞到孔壁，使孔壁坍落孔底。 

相关的解决办法：一定要将钻孔清查干净，在合适的时候及时的进行灌筑混凝土；保证合适的泥浆浓度；保护好孔壁不要被重物碰撞。 

3 总结 

冲击成孔是比较适用于火山碎屑岩地质条件的，它能有效的控制混凝土的充盈系数和桩基质量。桩基成孔是桩基施工的一个重要环节，成孔质量直接影响桩基质量，我们必须充分了解场地的地址和水文条件，全面分析各种复杂地质条件对工程施工的影响，合理的选择成孔方式和施工措施，确保桩基质量，避免造成严重的质量安全隐患和经济损失。 

参考文献： 

[1]张军.灌注桩基工程机械冲击成孔施工工艺[j].石家庄铁路职业技术学院学报.2009(04). 

[2]艾利群，刘小亭.增加孔壁粗糙度提高钻孔灌注桩承载力的原理及施工措施[j].新余高专学报.2006(03). 

[3]陈彬.冲击成孔灌注桩的成孔质量控制[j].西部探矿工程. 

2011(02).