CN113216159A - 特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，涉及桩基施工技术领域。本发明包括埋设护筒；在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；清孔。本发明中专用的聚合物泥浆与普通的膨润土泥浆相比其絮凝沉淀速度快，扩孔系数小单桩竖向承载力特征值提高约11％，单方综合成本较低，在相似地质条件下可通过现场试配选取聚合物泥浆进行护壁成孔，可节省工程成本；且施工过程中钻进成孔作业效率提高，未出现误工、工期拖延情况。

Description

特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，具体涉及一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法。

背景技术

当天然地基上的浅基础无法满足建筑物承载力或者沉降要求时，考虑利用基地以下相对较好的土层承载，而桩基础因承载力高、强度大的优势，常作为将荷载传递给深部地层的有效方式，其中泥浆护壁灌注桩作为常用的成桩工艺，被广泛采用。在灌注桩成孔施工时，备制的泥浆在循环时能降低钻具的磨损、冷却钻具温度，同时在其循环时能带出成孔时形成的各种颗粒、减少孔底沉渣，而且滞留桩孔中的泥浆会起到平衡孔壁压力、防止孔内坍塌的作用。

在施工中，泥浆需专门进行备制，即现场按灌注桩工作量多少，开挖适当大小的泥浆池，注入清水，再按规范要求投入一定量的膨润土，多用人工进行充分搅拌而成；当施工场地地层中含有粘性土层时，也可在成孔过程中自行造浆，即成孔钻进时先使用清水进行钻进、循环，随着粘性土层被削切、磨碎，随后融入水体后，循环的水体会成为泥浆。

一些特殊地质条件下，例如原始地貌为火山岩风化剥蚀台地，后经挖方填海改造形成的人工地貌，场地地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松。该种地质条件下，因地层中有粘性土层，在灌注桩施工中，多采用自造浆方式备制泥浆。现有技术中通常采用膨润土专门备制泥浆，除工程造价加大外，该类泥浆稠度大，比重不好控制，致使泥皮过厚，会造成基桩承载力降低等缺陷。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，解决了针对特殊地质条件下，采用自造浆方式备制泥浆造成基桩承载力降低的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，包括：

S1、埋设护筒；

S2、在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；

S3、清孔。

优选的，所述步骤S2中的化学泥浆性能指标包括比重为1～1.05g/cm³，粘度18～22pa·s，含砂率小于等于4％。

优选的，所述步骤S2中的化学泥浆的PH值在8～10之间。

优选的，所述步骤S2中采用的分散剂为氢氧化钠。

优选的，所述步骤S3清孔后，采取距离孔底45～55cm处化学泥浆，采用比重计检测所述化学泥浆性能指标。

优选的，所述步骤S3清孔后还包括成孔质量检查：对孔径、孔位和倾斜度，采用钢筋笼验孔器进行检测；

所述检测具体为，将钢筋笼验孔器吊起，使钢筋笼验孔器中心孔与钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下畅通无阻，表明孔径大于设计孔径，符合要求，否则有颈缩或孔倾现象，不符合要求，处理后，再次用钢筋笼验孔器检测，直至合格。

优选的，所述成孔质量检查还包括对孔深和孔底沉渣，采用标准绳进行检查；

所述检查具体为：测绳在使用前要预湿后重新标定，测绳达到孔底后，记下测绳长度，从护筒高程进行校核；成孔后检测及允许偏差：桩孔中心，偏差小于等于5cm；孔径不小于设计孔径；倾斜度小于1％，不小于设计深度；沉淀厚度；不大于设计要求厚度。

优选的，所述步骤S1中的护筒顶面至少高于施工水位或者地下水位2m，且至少高于施工地面0.3m。

优选的，还包括：

S4、制作与安装钢筋笼；

S5、二次清孔；

S6、浇筑混凝土。

优选的，所述步骤S5中采用反循环二次清孔施工工艺，并将孔底沉渣厚度控制在5cm以内。

(三)有益效果

本发明提供了一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明包括埋设护筒；在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；清孔。本发明中专用的聚合物泥浆与普通的膨润土泥浆相比其絮凝沉淀速度快，扩孔系数小单桩竖向承载力特征值提高约11％，单方综合成本较低，在相似地质条件下可通过现场试配选取聚合物泥浆进行护壁成孔，可节省工程成本；且施工过程中钻进成孔作业效率提高，未出现误工、工期拖延情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例通过提供一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，解决了针对特殊地质条件下，采用自造浆方式备制泥浆造成基桩承载力降低的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例包括埋设护筒；在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；清孔。本发明中专用的聚合物泥浆与普通的膨润土泥浆相比其絮凝沉淀速度快，扩孔系数小单桩竖向承载力特征值提高约11％，单方综合成本较低，在相似地质条件下可通过现场试配选取聚合物泥浆进行护壁成孔，可节省工程成本；且施工过程中钻进成孔作业效率提高，未出现误工、工期拖延情况。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例：

本发明实施例依托海南某桩基工程为例，对本发明的技术方案做详细描述。

对工程地质进行勘探，根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果，依据场地岩土的年代、成因、岩性及物理力学性质，将厂区勘探揭露深度范围内的地层，即本实施例中所指的特殊地层划分为4层，现自上而下分述如下：

一层素填土(Q₄ ^ml)：灰褐色～褐黄色，土质不均，成份主要为黏性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部夹孤石，局部凝灰岩碎块集中分布，硬杂质含量≤25％。根据调查，该层属于新近回填土，后经强夯处理，均匀性差。该层在场地内普遍分布，层厚0.9～10.4m。

二层中砂夹珊瑚礁碎块(Q₄ ^m)：以中砂为主，夹珊瑚礁碎块，局部珊瑚礁分布集中，呈层状堆积。浅灰～灰色，松散～稍密，局部中密，饱和，部分地段为粉细砂，矿物成分以石英、长石为主，分选一般。珊瑚礁主要呈灰白色，以珊瑚骨骼为主骨架，辅以其他造礁及喜礁生物的骨骼或壳体所构成的钙质堆积体，强度较高，多呈碎块状混在中砂层中，部分地段珊瑚礁成层状分布，层厚0.5～7.7m。

三层粉质黏土(Q₄ ^al+pl)：黄褐色，局部浅灰色，无摇振反应，韧性中等，干强度中等，稍有光泽。该层在场区内局部分布，层厚0.90～5.60m。

四层中风化凝灰岩(νQ_2-3)：浅黄色为主，局部浅灰色，主要成份为火山灰和火山碎屑，火山碎屑粒径1～2mm，凝灰结构，块状构造，岩芯呈饼状、短柱状，岩体较完整，风化裂隙较多，岩块强度一般，为软岩～极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层在场地内普遍分布，层厚1.00～28.70m。

如图1～2所示，本发明是实施例提供了一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，包括：

S1、埋设护筒；所述护筒顶面至少高于施工水位或者地下水位2m，且至少高于施工地面0.3m。

S2、在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松。

所述化学泥浆性能指标包括比重为1～1.05g/cm³，优选的为1g/cm³，粘度18～22pa·s，含砂率小于等于4％。

所述化学泥浆的PH值在8～10之间。

所述分散剂为氢氧化钠。

S3、清孔。

清孔后，采取距离孔底45～55cm处化学泥浆，采用比重计检测所述化学泥浆性能指标。

清孔后还包括成孔质量检查：对孔径、孔位和倾斜度，采用钢筋笼验孔器进行检测。

所述检测具体为，将钢筋笼验孔器吊起，使钢筋笼验孔器中心孔与钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下畅通无阻，表明孔径大于设计孔径，符合要求，否则有颈缩或孔倾现象，不符合要求，处理后，再次用钢筋笼验孔器检测，直至合格。

所述成孔质量检查还包括对孔深和孔底沉渣，采用标准绳进行检查；

所述检查具体为：测绳在使用前要预湿后重新标定，测绳达到孔底后，记下测绳长度，从护筒高程进行校核；成孔后检测及允许偏差：桩孔中心，偏差小于等于5cm；孔径不小于设计孔径；倾斜度小于1％，不小于设计深度；沉淀厚度；不大于设计要求厚度。

S4、制作与安装钢筋笼。

S5、二次清孔，具体采用反循环二次清孔施工工艺，并将孔底沉渣厚度控制在5cm以内。

S6、浇筑混凝土。

特别的，所述步骤S2中的化学泥浆具有配制时间短、悬凝携渣能力强、沉淀速度快、环保等特点，而普通的膨润土泥浆具有适用性强、携渣能力突出、沉淀速度慢等特点。现将泥浆试配方案选取聚合物泥浆与膨润土泥浆分别按照不同配比进行试配，从中分别选取最优状态泥浆进行现场施工试用，根据试用结果综合分析对比，选取综合效益较高的泥浆供本工程使用，同时说明本申请实施例提供的钻孔灌注桩的施工方法的技术效果。

本次聚合物泥浆选取聚合物泥浆粉，其分子量高达2000万以上，进行试配，分散剂选取NaOH，采用1m³淡水进行试配,具体配比详见表1.表1.聚合物泥浆配比方案

根据上述试配方案现场检测聚合物泥浆性能指标如表2所示。

表2聚合物泥浆性能指标

根据所述特殊地层分布情况，结合上述聚合物泥浆性能指标检测结果，选取A1配比方案进行聚合物泥浆配制，在现场选取20根Φ600mm，桩长14m灌注桩进行成孔试验，检验其携渣能力、沉淀速度、一定时间段内沉渣厚度，平均扩孔系数。

所述膨润土泥浆采用钠基膨润土，增粘剂选用生物黄原胶(XC)，分散剂采用NaOH，采用1000g淡水进行试配,具体配比详见表3。

表3.膨润土泥浆配比方案

根据上述试配方案现场检测膨润土泥浆性能指标如表4所示。

表4膨润土泥浆性能指标

根据所述特殊地层分布情况，结合上述膨润土泥浆性能指标检测结果，选取B3配比方案进行膨润土泥浆配制，在现场选取20根Φ600mm，桩长14m灌注桩进行成孔试验，检验其携渣能力、沉淀速度、一定时间段内沉渣厚度，平均扩孔系数。

不同泥浆一定时间段内沉渣厚度对比分析

根据试验方案，在旋挖成孔灌注桩钻孔完成后，在不同时间段内分别量测其沉渣厚度，经数学统计分析，具体结果详见表5。

表5不同时间段沉渣厚度

根据上述实测数据结果，聚合物泥浆与膨润土泥浆对比结果表明：聚合物泥浆絮凝沉淀较快，孔底沉渣厚度在短时间内得到较大幅度增长，而膨润土泥浆悬浮作用相对较强，孔底沉渣厚度增幅相对较小，为满足《建筑桩基技术规范》[3]中关于灌注混凝土前孔底沉渣厚度要求，施工中应采用反循环二次清孔施工工艺，将孔底沉渣厚度控制在5cm以内，确保桩基承载力及沉降满足规范要求。

不同泥浆桩基承载力实测结果对比分析

根据现场采用不同类型泥浆进行护壁成孔的灌注桩，分别从20根中选取3根进行桩基竖向静载荷试验并进行对比分析，具体试验结果如表6所示。

表6单桩竖向承载力特征值

根据实测单桩竖向极限承载力数据，对比分析结果表明：在相同施工工况下，采用聚合物泥浆进行护壁成孔与膨润土泥浆相比，单桩竖向承载力特征值提高约11％，这在工程设计中节约工程造价方面经济效益相当可观。对于聚合物泥浆护壁，在清孔彻底的情况下，与膨润土泥浆护壁相比而言，泥皮厚度相对较小，桩身侧阻力得到充分发挥，而膨润土泥浆护壁，泥皮厚度相对较大，导致桩身侧阻力发挥在一定程度上受到影响。

综合经济效益分析

根据现场泥浆配制消耗材料实际采购价格，测算聚合物泥浆与膨润土泥浆单方成本与本工程总成本，具体结果详见表7。

表7泥浆综合成本分析

注：聚合物泥浆消纳方式按降解后土方外运考虑；膨润土泥浆消纳方式按泥浆外运考虑；表中价格均为项目采购价格。

本工程中Φ600mm，桩长14m灌注桩共计2000根，由上表数据，考虑聚合物泥浆循环使用次数为5次，膨润土循环使用次数为1.5次，综合测算可知本项目使用聚合物泥浆将比使用膨润土泥浆单项成本节省约64.4万元，经济效益可观。

根据现场实测数据，采用聚合物泥浆护壁成孔平均扩孔系数为1.16，使用膨润土泥浆护壁成孔平均扩孔系数为1.25，项目部商品混凝土采购价格为520元/m3,综合测算可知本项目使用聚合物泥浆将比使用膨润土泥浆混凝土使用单项成本节省约37万元。

综上，在本发明实施例限定的特殊地质条件下，聚合物泥浆与膨润土泥浆的现场对比试验及数据分析，结果表明：

聚合物泥浆絮凝沉淀速度较快，在施工时注意二次清孔工艺的采用，确保成桩质量；聚合物泥浆护壁成孔与膨润土泥浆相比单桩竖向承载力特征值提高约11％，在工程设计阶段可以适当考虑泥浆护壁类型对单桩竖向承载力特征值的影响；聚合物泥浆与膨润土泥浆相比，聚合物泥浆单方综合成本较低，且扩孔系数较小，在类似地质条件下可通过试配选取聚合物泥浆进行护壁，节省施工成本。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、本发明实施例包括埋设护筒；在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；清孔。本发明中专用的聚合物泥浆与普通的膨润土泥浆相比其絮凝沉淀速度快，扩孔系数小单桩竖向承载力特征值提高约11％，单方综合成本较低，在相似地质条件下可通过现场试配选取聚合物泥浆进行护壁成孔，可节省工程成本；且施工过程中钻进成孔作业效率提高，未出现误工、工期拖延情况。

2、在本发明实施例限定的特殊地质条件下，聚合物泥浆与膨润土泥浆的现场对比试验及数据分析，结果表明：聚合物泥浆絮凝沉淀速度较快，在施工时注意二次清孔工艺的采用，确保成桩质量；聚合物泥浆护壁成孔与膨润土泥浆相比单桩竖向承载力特征值提高约11％，在工程设计阶段可以适当考虑泥浆护壁类型对单桩竖向承载力特征值的影响；聚合物泥浆与膨润土泥浆相比，聚合物泥浆单方综合成本较低，且扩孔系数较小，在类似地质条件下可通过试配选取聚合物泥浆进行护壁，节省施工成本。

需要说明的是，在本文中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种特殊地质条件下钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，包括：

S1、埋设护筒；

S2、在特殊地层中旋挖成孔，钻孔过程中孔内化学泥浆至少高于地下水位1m；所述化学泥浆按质量比包括18～150份聚合物，6份分散剂和1000000份的水；所述特殊地层包括地层成份主要为粘性土，含少量砂和凝灰岩碎块，局部凝灰岩碎块集中分布，土质结构疏松；

S3、清孔。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中的化学泥浆性能指标包括比重为1～1.05g/cm³，粘度18～22pa·s，含砂率小于等于4％。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中的化学泥浆的PH值在8～10之间。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中采用的分散剂为氢氧化钠。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3清孔后，采取距离孔底45～55cm处化学泥浆，采用比重计检测所述化学泥浆性能指标。

6.如权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3清孔后还包括成孔质量检查：对孔径、孔位和倾斜度，采用钢筋笼验孔器进行检测；

所述检测具体为，将钢筋笼验孔器吊起，使钢筋笼验孔器中心孔与钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，上下畅通无阻，表明孔径大于设计孔径，符合要求，否则有颈缩或孔倾现象，不符合要求，处理后，再次用钢筋笼验孔器检测，直至合格。

7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述成孔质量检查还包括对孔深和孔底沉渣，采用标准绳进行检查；

所述检查具体为：测绳在使用前要预湿后重新标定，测绳达到孔底后，记下测绳长度，从护筒高程进行校核；成孔后检测及允许偏差：桩孔中心，偏差小于等于5cm；孔径不小于设计孔径；倾斜度小于1％，不小于设计深度；沉淀厚度；不大于设计要求厚度。

8.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中的护筒顶面至少高于施工水位或者地下水位2m，且至少高于施工地面0.3m。

9.如权利要求1～8任一项所述的施工方法，其特征在于，还包括：

S4、制作与安装钢筋笼；

S5、二次清孔；

S6、浇筑混凝土。

10.如权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S5中采用反循环二次清孔施工工艺，并将孔底沉渣厚度控制在5cm以内。

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