桩基及围护施工中遇地下障碍物的处理技术

桩基及围护施工中遇地下障碍物的处理技术摘要:在桩基础及围护桩施工过程中,经常会碰到地下障碍物,使桩基或围护结构无法施工。本文针对不同障碍物情况选择不同的处理方法,如冲击锤处理及全回转钻机清障。从而安全、快捷、经济的解决施工中遇到的问题。对在今后施工中遇到的障碍物的处理具有一定的借鉴意义。

关键词:地下障碍物冲击锤处理全回转钻机清障

1 引言

作为高层建筑基桩和基坑围护的钻孔灌注桩以及作为“两墙合一”的地下连续墙在桩基及围护施工中应用十分广泛,施工中特别是在旧城改造或特殊地层中,经常会遇到各种地下障碍物,给地下结构施工带来很大困难。以往处理地下障碍物一般采用人工清除或大开挖方法整体清除,然后回填后夯实再进行施工作业。但对大型地下障碍物地埋深较大的障碍物,不仅整体清除工程量大,耗时长,费用高,而且多采用经开挖作业扰动及地下水浸扰挖出的土方回填,这样的回填土呈流塑状不易夯实,给后续施工增加了难度,还会影响施工质量。

根据多年的实践,我们在地下结构施工中摸索出处理地下障碍物的一些行之有效的方法。

2 冲击锤钻机处理方法

2.1 冲击锤钻机原理

冲击锤钻机原理是用冲击式装置或卷扬机提升钻锥(一般采用8JZ125型冲击锤钻机),上下反复冲击,靠冲锥的重量和冲击功能直接冲击,将土石劈裂、劈碎,部分挤入井壁之内,由泥浆悬浮钻渣,使钻锥每次都能冲击到孔底新的土层,冲击一定时间后,放入掏渣筒掏渣,提出外倒掉,泥浆一方面起悬浮钻渣作用,另一方面起护壁作用。

2.2 施工方法

2.2.1 安装钻机

(1)钻机稳定地安装在钻孔的一侧,钻机支承垫木不得压在孔口钢护筒上;

(2)调整钻机,使钻锥起吊滑轮缘,钻锥中心和桩孔中心三者在同一垂线上,即钻锥的起吊钢丝绳和桩孔的中心在同一直线上,稳定好钻机和扒杆缆风绳。

2.2.2 泥浆配制

为保证冲击锤钻机成孔过程中能有效的悬浮钻渣和保持孔壁稳定,必须配制较高性价比的泥浆。泥浆用量为成孔体积的1.5倍。每立方泥浆中,配合比(重量比):水∶粘土(黄泥)＝1∶2。

2.2.3 测量放样

采用全站仪进行桩位放样,在测放桩位前,先复校基点,闭合测量,符合误差允许要求后,再测放桩位。桩位测放允许偏差不大于20mm,并做好标志。

2.2.4 埋设护筒

护筒是保护孔口,隔离上部杂填松散物,是防止孔口塌陷的必要措施。由于冲击锤的具有的特殊性,施工震动较大,造成对周围墙体的影响软大,因此,在冲击锤施工前必须埋设护筒。护筒选用钢制护筒,直径应大于桩径,且不影响冲击锤正常施工。护筒埋入深度以满足隔离杂填土,防止孔口塌陷为准(一般为1.5～2.0m),护筒外周间隙用粘土回填并捣实,以确保护筒稳定牢靠。

2.2.5 钻机钻进

(1)开始钻孔时应先在孔内灌注泥浆,泥浆比重指标根据土层情况而定。采用Φ800mm,高2.0m,重1.5～3.0T重锤(利用工程桩作为立柱桩上部成孔时采用直径为Φ1000mm重锤),钻进时应保持钻锥稳定,应采用小冲程,慢速,使初开孔坚实,竖直能起导向作用,避免碰撞护筒;

(2)钻进过程中,根据钻进中的实际地质情况随时调整泥浆及钻锥的落距,沙层、砾石、卵石、岩石落距控制在1.5～2.5m,并调大泥浆比重;

(3)钻进过程中随时检查,钻锥的起吊钢丝绳和桩孔中心是否在同

一直线上,如不在同一直线上,应调整钻机使其符合要求再钻进;

(4)因故停钻时,孔口应护盖,严禁钻锥留在孔内,以防埋钻;

(5)在钻孔排渣、提钻、除土或因故停钻时,应保持孔内有规定的水头和符合要求的泥浆密度、粘度,以防坍孔。

2.3 工程实例-杭州来福士广场

该工程位于杭州市正在兴起的钱江新城核心位置,毗邻杭州市民中心、杭州大剧院和国际会议中心。项目占地面积40355m2。

由于场地原部分为池塘后经过回填形成,根据地质勘察报告,场地填土厚度大(最大填土厚度7.8m),填土成分复杂,回填材料中分布有较多块石、建筑垃圾,对于桩基及基坑支护结构施工带来影响。根据前期于现场开挖后揭示的地下障碍情况及桩基施工过程中所遇的情况看,位于地块东北区分布较大范围的深层地下障碍物,块石尺寸一般为300～600mm,埋藏深度可达18.0m。该区域地下障碍物对于桩基工程施工影响较大。

该项目于2010年7月2日～2010年12月3日期间采用冲击锤钻机进行地下障碍处理。共完成处理243孔,障碍物深度为5.0～20.0m,图1,图2。

3 全回转钻机处理方法

3.1 全回转钻机工作原理

3.1.1 就地清障法

全回转钻机:整套设备包括全回转驱动装置、钢套管、液压冲抓斗,为了实现对切割后的大体积混凝土进行破碎,有些情况下还配有专用钻头、液压重锤和铅锤。

全回转动力设备夹紧套管进行360°回转钻进,并将钢套管压入,利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物进行切削,利用套管的护壁作用。在套管内部重锤对套管内的大体积混凝土障碍物进行破碎,用冲抓头清除套管内土体和障碍物,抓斗有两扇可以活动的斗叶,在整个冲抓过程中斗叶在闭合与张开两种状态之间转换,实现破碎和抓取。

该设备定位快捷、准确、铅直精度高,施工速度快,噪音低,无污染,是一种新型的清除地下障碍物施工工艺。

3.1.2 无损清障法(全回转钻机拔桩)

通过减少或解除桩侧土体摩阻力后将旧桩整体吊出,外侧套管(振动或回旋钻进)作为护壁,内侧采用高压水幕或内套管反向钻进等,将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩,在旧桩拔出时只需考虑桩的自重无需再考虑桩周围的摩阻力。其特点是适用范围广泛,

清障彻底、无环境污染,无需工人下到孔底,即安全又快速,是一种实用性很强的先进施工方法。

3.2 施工方法

3.2.1 套管回转

全回转钻机采用楔形夹紧机构将回转钻机的回转支承环与套管固定,楔形夹紧机构与套管的咬合与松开由夹紧油缸控制,当夹紧油缸向上提升时,楔形块跟着上升,夹紧机构松开;当夹紧油缸向下收缩,楔形块也随之下降,从而牢靠地将套管和回转支承装置咬合。套管回转由液压马达驱动。

3.2.2 套管压入

套管插入初期的好坏可以说是对以后的套管压入有很大影响,因此,初期、后期的套管压入施工方法和注意事项是不一样的。

(1)套管插入初期(自重压入)

在套管插入初期会对以后套管的垂直精度有很大影响,所以必须慎重压入。

夹紧套管时,应用在起重机将套管吊起悬空的状态下抓紧。

套管前端插入辅助夹盘之间,先用主夹盘抓住套管,收缩推力油缸落下套管,以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。