ZT钻孔灌注嵌岩桩施工中常见问题及对策

ZT钻孔灌注嵌岩桩施工中常见问题及对策ZT舟山地区钻孔灌注嵌岩桩施工中常见的几个问题及对策:《建筑科技与管理》2009年第7期[导读]针对钻孔灌注嵌岩桩常见的孤石与基岩的区分，不同风化程度岩石的判别及终孔标准1.前言钻孔灌注桩由于具有施工简单、噪音小、无震动、无挤土作用、适用于各种地质条件等优点，因此，应用十分普遍。尤其是其桩端能进入中等风化基岩，可以提供很高的承载力，很好的抗震性能，以及沉降及承载力不受群桩效应影响；在设计荷载大、单桩竖向极限承载力要求高、地下水位较高、基岩埋深中等～较深的地质条件下，泥浆护壁钻孔灌注嵌岩桩（以下简称钻孔嵌岩桩）常常成为首选桩型。舟山地区钻孔嵌岩桩的使用也较多，码头、桥梁、重型厂房、高层建筑等单桩承载力设计值较高的建（构）筑物，常采用钻孔嵌岩桩。但是，钻孔嵌岩桩在使用过程中也经常遇到一些具体问题和困难，给其应用与施工带来许多困难，我们就自己工作中的经验与体会，对此进行探讨并提出相应的对策。2.钻孔嵌岩桩常见的几个问题及产生原因钻孔灌注桩中常见的孔壁坍塌，桩身缩径、夹泥、断桩，钢筋笼上浮，桩身蜂窝、麻面、露筋，导管堵塞，混凝土离析，桩底沉渣太厚等问题产生的原因及解决方法，见于桩基工程手册［1、2］及诸多文献，本文拟就以往文献中谈得不多的几个问题进行探讨。2.1孤石与基岩的区分。舟山地区为海岛丘陵区，基岩顶部覆盖的第四系中-上更新统残坡积层，以及上更新统洪-冲积层中的碎石土、砂砾层、含砾粘性土中，都有大小不一、多寡不等的砾石分布，局部呈孤石出现。在坡麓带（特别是较大的沟谷出口处）、海蚀崖的底部尤为常见，如东港昌正铭都、山水人家、沈家门海珍苑、莲桥铭城等建设场地。孤石的存在不仅影响勘察和桩基正常施工；而且，一旦将孤石误认为基岩，使得桩端未真正进入基岩持力层，并将因桩基沉降过大而造成严重的后果。除了地质条件复杂、当事者经验不足的原因以外，与部分施工人员素质不高，不愿花很多时间和精力进行判别及嵌岩工作也不无关系。2.2桩孔中岩石风化程度的判别，以及终孔标准的确定。桩孔中强风化、中等风化及微风化岩石的判别，是最为常见、争议也最多的一个问题。其原因首先是由于各种不同风化程度的岩石，在绝大多数情况下成渐变过渡，而不同于常见的岩土层那样呈突变接触，故不容易辨别；其次，缺乏统一的鉴定标志，不同鉴定人员根据各自经验，对岩石风化程度的判别差别很大。此外，嵌岩桩终孔的标准之一——桩机在基岩中钻进速率（cm/h），也多是因人而异，随意性很大。2.3桩机嵌岩施工困难。基桩施工中，由于桩机类型、碎岩工具（钻头）及钻进工艺选用不合适，造成基岩钻进中十分困难，无法满足设计要求，甚至无法嵌岩。3.解决问题的方法及对策3.1怎样区分孤石与基岩（1）认真研究勘察资料，分析场地工程地质背景，是否具备形成孤石条件，必要时与勘察人员进行商讨。（2）桩机操作人员应该精心操作，细心掌握孔内钻进情况。一般说来，在孤石与基岩中钻进，由于岩石坚硬、阻力大，桩机都会发出响声，钻头并有跳头现象；但是，相对于孤石来讲，基岩的结构性要均匀得多，因此，在基岩中钻进所产生跳动与响声，要比钻进孤石时所产生的跳动及响声小得多。工作中只要认真观察、仔细对比，是不难分别的。（3）晚更新世地层中的孤石，常常较下伏基岩风化程度要浅，而中更新世残坡积地层中的孤石，则不易与下伏基岩区分。（4）必要时进行施工勘察，在有疑问的地段，施工少量钻孔进行揭露验证。3.2怎样鉴别岩石风化程度，确定钻孔嵌岩桩终孔标准3.2.1岩石风化程度的鉴别。岩石风化程度的鉴别有定量与定性两大类方法。定量的方法主要是通过测定风化岩石与新鲜岩石的压缩波速度（Vp），以及饱和单轴抗压强度（fr），求得定量指标波速比（Kv）及风化系数（Kf）。但由于这两种方法耗时费钱，一般仅用于大型项目与重要工程。施工现场主要通过桩孔中的岩屑（俗称砂样）进行鉴别。不同风化程度岩石鉴别标志见表1。表1中第1～3项鉴别标志需用仪器检测；第4、5项标志主要适用于基岩露头及人工挖孔嵌岩桩；钻孔嵌岩桩中岩屑鉴别主要使用最后的3项标志。在应用上述标志时应注意以下几点：⑴首先，应确定桩孔中基岩是属硬质岩还是软质岩，因为两类岩石的鉴别标志不同；舟山地区基岩绝大多数为火山岩（凝灰岩、熔结凝灰岩、熔岩）及花岗岩类，皆属坚硬岩石类。关于这点可以参阅勘察报告及区域地质调查报告，或向有关专家咨询。⑵原岩经过强烈风化后，因Fe2+转变为Fe3+，而呈红褐色；或因长石等矿物次生变化为粘土矿物（伊利石、蒙脱石、高岭石等），而呈灰白色。这些次生矿物硬度较低，小刀很容易刻动。⑶要着重鉴定那些棱角状、断口新鲜的岩屑，因为它们才真正代表孔底岩石；而浑圆状岩屑，则是上部岩石被破碎后残留孔底被磨圆的岩屑。⑷利用桩机钻进速率曲线，也能较准确的划分不同风化程度的岩石分界线（详见3.2.2）。3.2.2岩石中钻进速率曲线的作用。由于不同风化程度岩石的鉴别较难，所以，施工中常常采用桩机在岩石中的钻进速率（cm/h），来作为判断不同岩石的标准，如有的场地钻进速率在中等风化凝灰岩中不大于10cm/h，中等风化花岗岩不大于15cm/h，作为终孔标准。这种定量化的指标，对判断岩石的风化程度无疑是有好处的。但是，往往受场地地质条件，以及桩机类型、钻头式样、桩径及桩长的不同而差异很大，另外，上述指标的确定因人而异，随意性很大。fr——饱和单轴抗压强度，MPa；Kf风化系数，为风化岩石饱和单轴抗压强度/新鲜岩石饱和单轴抗压强度；K、v——波速比，为风化岩石压缩波速/新鲜岩石压缩波速。我们的体会是：应该在试桩及施工现场进行详细的钻进打桩记录，作出钻进速率曲线，基岩中该曲线的拐点就是不同可钻性岩石的界线（即岩石不同风化程度的直接反映）。该孔于21.70m进入全风化花岗岩，平均钻进速率为123cm/h；24.60m进入强风化花岗岩，钻进速率37～17cm/h，平均27cm/h；25.34m进入中等风化花岗岩，钻进速率10～6cm/h，平均6.8cm/h。钻进速率曲线上不同岩石的分界面反映十分清楚，根据钻进速率曲线终孔标准定为中等风化岩石内每小时8cm左右为宜。图1利用钻进速率曲线判断岩石风化程度3.3桩机嵌岩困难。钻孔嵌岩桩施工中常常因为岩石坚硬、桩机选型不对、碎岩工具（钻头）及钻进工艺不当等原因，出现嵌岩困难，甚至出现不进尺，造成桩尖无法达到设计深度。岩石的可钻性（即钻进时岩石破碎的难易程度）首先与岩石本身的性质有关，如与矿物组成、结构构造（颗粒粗细、分布及组合方式）、密度、硬度、强度、孔隙度、完整性等因素紧密相关；同时，与桩机设备类型、钻孔直径及深度、钻进方法、钻头的类型及质量、钻进工艺（压力、转速、水量）等有关。要解决基岩钻进困难，主要有以下几种方法：(1)选用功率大、扭矩大的桩机。如上海探矿机械厂所产GPS-15、GPS-10型钻机，两者功率相近（分别为30及37KW），由于后者转速高，档位多，在土层中钻进时GPS-10型效率高于GPS-15型；但前者扭矩17KN•m，大于后者（8KN•m）1倍以上，所以在岩石中钻进，GPS-10型就显得力不从心，应选用GPS-15型。(2)常见的三翼、四翼钻头，只适用于普通的粘性土、粉土、砂土。要嵌入硬质岩一定的深度，就不能指望用一种钻头“包打天下”，应该根据岩石的可钻性，选用不同钻头。(a）对于中等硬度岩石（可钻性6～7级），可改进原有翼式钻头，加大钻头锥尖角（120°），采用优质硬质合金刀片。(b）坚硬岩石（可钻性8级），改用牙轮钻头、滚刀钻头；或者采用分级破碎的办法，将翼式钻头底部的小钻头改为牙轮式或阶梯状钻头。4.结论(1)桩孔中孤石与基岩的区分，主要通过现场细心观察钻机状态（响声、跳动），以及钻进速率（匀速或非匀速）来区分；认真分析勘察资料是必要的前提。(2)岩石不同风化程度的区别，主要通过砂样中简易定性方法进行鉴别，如次生颜色、硬度、指甲掐断、小刀刻划、小锤敲碾等办法；利用钻进速率曲线能较准确划定不同风化程度岩石界线，并确定终孔标准。(3)硬质岩石中钻进，要选用功率大、扭矩大的桩机，并采用合适的钻头及钻进工艺。