强渗透性地层旋挖钻施工混凝土灌注桩质量通病分析.pdf

5 2 探矿工程( 岩土钻掘工程) 第 3 6 卷第 1 1 期 强渗透性地层旋挖钻施工混凝土灌注桩 质量通病分析 杨 明星 ，王丽仙 ( 山西省第三水文地质 工程勘察 院， 山西 晋 中0 3 0 6 2 0 ) 摘要： 对强渗透性地层旋挖钻进成孔混凝土灌注桩质量通病进行了分析 ， 总结此类地层必须重视泥浆护壁质量 对混凝土灌注桩施工质量的重大影响， 必须重视钻斗的活塞抽吸对孔壁的破坏性， 建议其验收标准中增加泥浆护 壁质量验收， 重视清孔后的孔径验收， 不可完全沿用与旋挖钻孔泥浆护壁效果有着天壤区别的回转钻、 潜水钻成孔 混凝土灌注桩的质量验收标准。 关键词 ： 强渗透性地层； 旋挖钻进； 成孔 ； 灌注桩； 通病； 护壁验收； 孔径验收 中图分类号 ： T U 4 7 3 ． 1 4 ； U 4 4 3 ． 1 5 4 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2— 7 4 2 8 ( 2 0 0 9 ) 1 1— 0 0 5 2— 0 3 A n a l y s i s o n C o mmo n Qu a l i t y De f e c t s o f C o n c r e t e Gr o u ti n g P i l e w i t h A u g e r Dr i l l i n S e r i o u s P e r me a b l e F o r ma ti o n ／ Y A N G Mi n g — x i n g ，W A NG L i — x i a n( S h a n x i P r o v i n c e N o ． 3 I n s t i t u t e o f H y d r o g e o l o g y a n d E n g i n e e ri n g G e o l o g y I n v e s t i g a t i o n ， J i n z h o n g S h a n x i 0 3 0 6 2 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r a n a l y z e d c o m m o n q u al i t y d e f e c t s o f c o n c r e t e g r o u t i n g p i l e w i t h a u g e r d ri l l i n s e ri o u s p e r m e a b l e f ~ rma - t i o n ， s u m m e d u p t h e i m p o r t a n t e ff e c t o f w a ll p r o t e c t i o n o n c o n c r e t e g r o u t i n g p i l e ．Q u al i t y a c c e p t a n c e s t a n d a r d o f w a l l p r o - t e c t i o n wi t I l mu d i s qu i t e d i ff e r e n t t o r o t a r y d ril l i n g a n d w a t e r d ri l l i n g f o r c o n c r e t e gro u t i n g p i l e ．t h e p a p e r p rop o s e d t h a t q u ali ~ a c c e p t a n c e s h o u l d r e p l e n i s h a l l i t e m o f wall p r o t e c t i o n w i t h mu d，t a k e c a r e o f t h e d i a me t e r a f t e r h o l e c l e a n i n g ． Ke y wo r d s ：s e r i o u s pe r me ab l e f o rm a t i o n ；a u g e r d ri l l i n g ；b o r e h o l e c o mp l e t i o n ；gro u t i n g p i l e ；c o mmo n d e f e c t s ；a c c e p t an c e o f w all p rot e c t i o n；a c c e p t an c e o f h o l e d i a me t e r 旋挖钻机因其具有装机功率大、 输出扭矩大、 轴 向压力大、 机动灵活、 施工效率高、 环保等特点 ， 配合 不同钻具 ， 适应我 国大部分地区的地质条件 ， 成为适 合建筑基础工程 中成孔作业最 理想的施工机械之 一 。在我国， 旋挖钻机的大量应用只是在近几年 ， 还 缺乏相应的产品标准 ， 尚未编制旋挖钻机施工规范 和施工质量验收标准 ( 《 建筑桩基技术规范》 J G J 9 4 — 2 0 0 8和《 建筑地基基础工程施工质量验收规范》 G B 5 0 2 0 2—2 0 0 2没提及旋挖钻工艺 ) 。旋挖钻成孑 L 与回转 、 潜水钻成孔工艺有本质区别 ， 其泥浆护壁效 果有着天壤之别 ， 但旋挖钻施工仍千篇一律的引用 回转钻 、 潜水钻等施工规范和施工质量验收标准 ， 致 使在强渗透性特殊地层 ( 如砂层、 卵砾石层、 粉土 层 、 松散杂填层 ) 施工 时经常 出现质量事故或质量 缺陷。 1 常见质量事故或缺陷 ( 1 ) 孔 口垮塌事故； 2 ) “ 焊” 导管 ， 造成桩施工中断桩体报废事故 ； ( 3 ) 孔径检测合格而桩体检测在砂层段有严重 “ 缩径” 现象； ( 4 ) 实际桩顶以下 2 m 内普遍出现桩中心泥心 现象 ， 泥心呈倒锥形。 2 质量事故或缺陷形成原因分析 2 ． 1 强渗透性地层施工机理 的区别 旋挖钻进是动力头回转加压通过钻杆带动钻斗 取土进尺， 卷扬机提升钻斗将土提出孔外 ， 如此频繁 提土而成孔。旋挖钻孔内不能 自然成浆 ， 必须事先 制备泥浆。钻进过程泥浆仅起护壁作用不循环 ， 成 孔后孔内累积砂率很高 ， 需利用清孔设备循环泥浆 长时间清孔 。旋挖钻成孔快而清孔慢。 回转钻进是转盘 回转通过钻杆带动钻头在孑 L 底 转动 ， 不断切削孔底 ， 同时循环泥浆将切削渣不断冲 出孔外沉淀， 如此不断回转泥浆冲孔而成孔 。回转 钻孔 内能 自然成浆 ， 基本不需制备 泥浆。钻进过程 泥浆起护壁和循环携带切削渣作用。成孔后孑 L 内含 砂率很低， 继续冲孔很快完成清孔。回转钻成孔慢 收稿 日期： 2 0 0 9— 0 6—1 4 作者简介： 杨 明星 ( 1 9 6 9一) ， 男( 汉族 ) ， 山西运城人 ， 山西省第三水文地质工程勘察 院工程 师 ， 探矿工程专业 ， 从事岩 土工程工作 ， 山西省 晋 中市榆次区鸣李第三水文地质勘察院巨力公司， y a n g m i n g x i n g 8 8 8 1 @1 6 3 ． c o n 。 2 0 0 9年 1 1月 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 5 3 而清孔快。 2 ． 2 孔 口垮塌原因分析 旋挖钻泥包 的钻斗和孔壁问隙很小 ， 钻斗相当 于一个大活塞 ， 经常提下 钻斗 ， 形成 活塞 的往复运 动， 导致对孔壁抽吸作用 的产生。孔 内泥浆柱压力 越大 ， 钻斗活塞与孔壁间隙过水流量越大 ， 则钻斗活 塞底部负压越小 。因此 ， 在孔 口段提升钻斗造成 的 抽吸作用最强。如果孔 口段砂砾层 、 粉土层 、 杂填层 富水 ， 抽吸导致孔径增大以至局部过大， 最终形成塌 孔 。 2 ． 3 “ 焊 ” 导管， 造成桩灌注施 工中断桩体报废事 故原因分析 正常灌注混凝土时 ， 导管埋深在 2—6 m问( 符 合《 建筑桩基技术规范》 J G J 9 4—2 0 0 8要求 ) ， 孔壁 附近混凝土失水引起 “ 假凝” 现象 ， 导致不能灌注且 强力也不能拔出导管 ， 造成桩灌注施工 中断桩体报 废事故。 孔上部总是新补泥浆 ， 钻斗在孔上部的抽吸作 用会不断破坏泥皮 ， 造成泥皮脱落孔底 ， 新补充的泥 浆就不断的形成泥皮补修孔壁 ， 导致上部孔壁消耗 泥浆量很大， 因此孔底部总是 已被上部孔壁消耗过 的泥浆。又因旋 挖钻进泥浆不循 环且不能 自钻成 浆 ， 致使孔底段泥浆得不到更新和改善 ， 含沉砂量特 别高 ， 含泥量很少 ， 泥浆质量非常差。致使全孔 由上 至下 ， 孔壁泥皮越来越薄甚至无泥皮 ， 泥皮质量也越 来越差 ， 引起下部孔壁渗透性很强 ， 漏失严重。 如果清孔仍没解决严重漏失 问题 ， 灌注时， 在泥 浆柱和混凝土柱的强大压力下 ， 导管埋深段 的混凝 土很快失水 ， 失 去和易性 ， 将 导管“ 固结 ” 而引发事 故 。 2 ． 4 孔径检测合 格而桩体 检测在砂 层段有 严重 “ 缩径” 现象原因分析 旋挖钻成孔时 ， 孔底有大量浮砂。此时用探笼 检查 ， 孔径符合要求 。清孔过程中， 一方面孔底段浮 砂被上返泥浆携带 冲出孔外 ， 一方面很大量 的浮砂 上返经过强渗透性地层段时 ， 随大量渗漏积聚在砂 类地层孔壁， 引起桩体在强渗透地层段有严重“ 缩 径” 现象。 2 ． 5 实际桩顶以下2 m内普遍出现中心泥心现象， 泥心呈倒锥形现象原 因分析 通过在事故多发地旋挖灌注 0 8 0 0 ml n 、 桩长 3 0 m的混凝土桩至地表 ， 过大约 2 h ， 观察此桩桩顶情 况 ： 桩顶混凝 土下落 3 2 0 m m， 桩 顶 中心 中空直 径 6 5 0 m m， 中空深度 1 ． 5 m， 中空底 部直 径小 于 1 0 0 m mo 先 固结 的混凝土发生在孔壁 ， 后固结 的混凝土 发生在桩 中心 ， 混凝土的固结是 由孔壁向桩中心逐 步形成的。孔壁处混凝 土的 固结时 间短于初凝时 间 。 此事例说明强渗透性地层 ， 处理不 当极易造成 混凝土失水 “ 假凝 ” 引起“ 焊 ” 导管现象 和桩顶 以下 2 m 内普遍 出现桩中心泥心现象 。 3 强渗透地层工程案例 3 ． 1 淮河某特大桥桩基工程 地质水文条件 ： 砂 、 粘 土、 粉土互层 ， 砂层较 多， 地表下 1 m粘土层 ， 其下是 3 m的富水粉土层 ； 水位 在地表下 0 ． 3 m内。 设计桩长 6 0 m， 桩径 1 0 0 0 mm， 采用旋 挖钻进 成孔 ， 制备膨润土泥浆正循环清孔。施工除钻进时 不循环泥浆外 ， 其 它施工工艺和验 收标 准完全参照 现有回转钻的工艺和标准 。 施工各 个工序 严 格验 收， 钻 斗直径 已加 大到 0 1 0 1 6 mm， 但仍不能彻底解决孔底 段 2 0 m的灌注 量偏小问题。每次成孔后必用的 0 1 0 1 0 mm探笼检 查孔径 ， 均合格 ， 并且对 1 O个钻孔清孔前 的每 1 2 h 一 次测孔仪器检测 ， 即使放置 4天后孔径仍然合格。 但灌注时计算还存在灌注量偏小 问题。经 4 h清孔 前后测孔仪器检测 ， 发 现砂层段存 在严 重“ 缩径 ” ， 孔径最小为 8 0 0 m m。说 明旋挖钻孔下段强渗透地 层泥浆护壁效果差 ， 在泥浆柱高压下 ， 孔壁仍具有极 强渗透性 ， 清孔时砂粒 随上返泥浆而悬浮至强渗透 地层段 ， 随泥浆渗漏而堆积在孔壁形成缩径 。 对孔上段测孔径仪器检测或通过灌注量反算 ， 平均孔径达到 1 2 0 0 m m。本 区域施工 ， 护筒底部及 外缘 ， 经常被钻斗抽吸掏空 ， 导致孔 口塌孔。 在本 区域施工 的回转钻孔 ， 却没一例出现上述 问题。旋挖钻在钻进到一定深度后 ， 进行孔底补浆 和循环 ， 大大改善了泥浆护壁质量 ， 完全消除了此通 病。 3 ． 2 包头某桩基工程 地质水文条件 ： 全孔段粉细砂层 ， 水位在地表下 1 0 m 。 设计桩长 3 0 m， 桩径 8 0 0 m m， 采用旋挖钻进成 孔， 制备膨润土泥浆正循环清孔。施工除钻进时不 循环泥浆外 ， 其它施工工艺 和验收标准完全参照现 有回转钻 的工艺和标准。 本工程同样出现上个案例的问题， 且经常出现 探矿工程( 岩土钻掘工程) 第3 6 卷第 1 1 期 “ 焊” 导管现象和桩顶下 2 m 内普遍 出现空心桩现 象 。 无论导管埋深段在水位上下， 都经常出现“ 焊” 导管现象 。即使灌注时问在 1 0 mi n内、 在导管埋深 不足 6 m时也会“ 焊” 。 对搅拌出的混凝土 ， 出仓混凝土塌落度为 2 2 0 mm， 经过 1 0 m i n检测混凝 土塌落度为 2 1 0 m m， 再 经过 1 0 mi n 检测混凝土塌落度为 2 0 0 m m， 混凝土 塌落度损失不大 ， 不是造成“ 焊”的原因 ； 对通过震 动动力头提出的导管鉴定 ， 不存 在钩挂钢筋笼 的迹 象 。说明混凝土固结是由孔壁高渗透性导致 。 本工程前期 ， 有 3 0 ％的桩 出现桩顶下 2 m内普 遍出现空心桩现象。桩最后灌注很顺利 ， 导管底节 拔除孔 口时导管内外未见混凝土 固结 ， 排除因混凝 土凝固造成拔除导管时抽心现象。前述灌注混凝土 至地表的观察试验就发生在本案例 中。旋挖钻在钻 进到一定深度后， 进行孔底补浆和循环， 大大改善了 泥浆护壁质量， 完全消除了此通病。 4 总结 在强渗透性的地层进行旋挖混凝土灌注桩基施 工 ， 钻进过程不仅泥浆护壁效果差 ， 而且孔壁泥皮不 断遭到钻斗破坏 ， 导致上述质量通病常常发生0因 此建议其验收标准除参照回转钻的施工规范和验收 标准外 ， 必须重视清孔后 的孔径验 收、 漏失量验收 ( 护壁验收) 问题 ， 才能消除此类通病 。 参考文献 ： [ 1 ] J G J 9 4 — 2 0 0 8 ， 建筑桩基技术规范[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 2 0 2— 2 0 0 2 ， 建筑地基基础工程施工质量验收规范 [ S ] ． 全国危机矿 山找矿又见新成果 中国地质调查局网站消息2 0 0 9年 1 1月5— 6日， 全国 危机矿山接替资源找矿项 目管理办公室 、 云南省国土资源 厅、 云南冶金集团下属的云南澜沧铅矿有限公司在云南澜沧 拉祜族 自治县联合召开现场会， 交流研讨澜沧老厂矿山最新 找矿成果。通过全国危机矿山找矿专项以资金拉动、 理论创 新 、 专家指导和多方支持， 老厂矿山新增铅锌金属量 1 0万多 吨、 银2 3 0多吨， 极可能在矿区深部发现一个超大型矽卡岩 型斑岩 型钼矿 ， 矿山开采时限 由不足 3年延 长到 3 0多年 ， 预 计潜在经济价值超千亿元。 老厂铅矿已有断断续续 6 0 0多年开采历史， 新中国成立 后 ， 相关勘查单位进行过较为详细的调查评价， 并由当地铅 矿开采。该矿矿业权由云南澜沧铅矿有限公司拥有， 其丰富 的金属矿储量使公司成为澜沧县乃至普洱市最大的纳税企 业 ， 对澜沧这个国家级贫困县的经济社会发展意义非常重 大。 以汤中立院士、 裴荣富院士、 全国危机矿山找矿专项总 工程师叶天竺为代表的专家委员会、 监审专家等对该矿的最 新进展高度评价。由于理论 、 技术所限， 此前的钻探多停留 在7 0 0 m以浅， 至 2 0 0 6年， 剩余储量只够开采 3年。全国危 机矿山接替资源找矿专项于 2 0 0 6年为该矿山立项， 中央财 政资金投入6 9 4万元 ， 拉动企业自筹投入1 8 9 4 ． 9 8 万元， 共布 置 1 8个 钻孔 ， 累计 钻探 1 ． 1万多 米 ， 钻探最 深 达到 近 1 5 0 0 i n 。经过 3年多工作， 在深部斑岩发现了 3层钼矿化体。钳 矿化南北控制7 0 0 m、 东西宽超过4 0 0 m、 矿体总厚度达 6 0 0 — 8 0 0 m， 为一个深部厚大钼矿床， 预计远景规模可达超大 型。公司一位技术人员说， 由于该矿区位于“ 三江” 成矿带中 南段， 如果得以确认， 将为“ 三江” 地区下一步找矿成果提供 重大理论支持。 来自国土资源部、 全国危机矿山接替资源找矿项 目办公 室、 云南省国土资源厅及云南省有关地勘单位、 矿业企业、 科 研院校及普洱市、 澜沧县等方面的有关负责人和代表参加了 现场会 。 地质找矿改革发展大讨论座谈会在京召开 中国地质调查局网站消息2 0 0 9年 1 1 月 1 4—1 5日， 地 质找矿改革发展大讨论办公室在京组织召开了十三省( 区、 市) 国土资源厅大讨论办公室负责同志暨地勘处长座谈会。 会议认真学习了国土资源部部长、 党组书记、 国家土地总督 察徐绍史在中国地质学会 2 0 0 9年学术年会上的讲话， 总结 了大讨论活动的做法和特点、 成效和收获、 认识和体会 ， 会议 围绕《 国土资源部关于构建完善地质找矿新机制的若干意 见》 、 《 关于促进国有地勘单位改革发展指导意见》 、 《 地质找 矿改革发展报告》 进行了广泛深入的研讨。大讨论办有关人 员参加了会议。 与会代表介绍了各地在大讨论活动中取得的思想、 理论 成果和政策成果， 对提交会议讨论的文件给予了充分肯定 ， 认为这些成果必将对地质找矿改革发展起到十分积极的推 动作用。 与会代表还建议， 要进一步明确地勘单位改革发展的定 位、 目标、 形式和内容， 按照地质工作规律、 市场经济规律 ， 建 立适应社会主义市场经济要求的地质勘查工作体制， 增强其 市场竞争力和社会服务功能。建立矿产资源开发监理机制， 解决目前地质工作中存在的质量问题。