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岩溶地质岩土塑性与旋挖桩成孔研究
摘要:地表水丰富的岩溶地区如何有效解决岩土塑性变形,提高钻孔施工质
量及施工效率,是桩基工程施工持续研究的课题。桩基施工过程中,通过对不同
岩土的特性分析、研究、试验,人为改善孔壁岩土的含水量、剪切力、稳定性,
降低旋挖灌注桩成孔或钻孔过程中发生的塌孔、缩颈的概率,有效节约成本的同
时提高了成孔施工质量。
关键词:岩溶地质;旋挖钻孔;岩溶解析;岩土塑性
0引言
旋挖钻机因其优良的性能、成熟的钻孔工艺,在云贵高原被广泛应用。尤其
适用于钻孔施工区域非河道、农田、湖泊、沼泽或旋挖钻机不能到达的山区时。
钻孔灌注桩在岩溶地区的成孔一直具有强烈的不可控因素,对岩土详勘报告的重
视程度不足、钻孔工况选择不当、钻孔过程管理不善、成孔异常处理不当,必然
造成钻孔作业连续性差、施工效率低下、成本增加。经实践证明介于干作业与水
作业成孔之间,钻孔孔壁岩土为可塑的情况下,通过改善岩土塑性,能一定程度
上抑制成孔异常,有效提高成桩的质量。
1工程概况/研究的目的
云南东部某项目,施工场地呈缓坡状,依山而建,具有典型的岩溶地质特征。
桩基数量1137根,设计为嵌岩端承桩,桩径0.6m。工程采用旋挖钻孔灌注桩工
艺,前期完成354根桩基施工,桩基检测结果Ⅰ类桩占比较低,项目部要求后续
Ⅰ类桩占比≥90%。
2工程重难点/研究的方法
能否完成提升Ⅰ类桩占比的质量目标,项目开展了专项质量提升活动。结果
表明旋挖灌注桩成孔或钻孔过程中出现的塌孔、缩颈是Ⅰ类桩占比不足的主要原
因之一。钻孔周边土壤因水土流失造成的塑性变形、钻机工作带来的扰动、钻杆
进尺的速度变化、钢筋笼下放过程剐蹭孔壁、成孔后至浇筑停留时间过长等情况,
均能造成孔壁泥土脱落或向内挤压,由此形成塌孔、缩颈。其中土壤的扰动、钻
孔进尺速度、钢筋笼剐蹭、成孔闲置时间长等,均可通过加强组织及过程管理得
到解决,土壤水土流失造成的塑性变形则具有强烈的偶然性,难以控制。随即就
水土流失造成土壤塑性变形的成因、提高其稳定性的方法进行了深入剖析。
3施工工艺流程/研究的过程
3.1岩溶解析
3.1.1岩土详勘信息
根据项目岩土详勘报告揭露。本地区岩溶中等发育,多为覆盖型岩溶、局部
暴露。地下形态主要有峰从、孤峰、溶沟、溶斗、溶蚀洼地、溶洞等。地下水主
要有潜水类型地表水、孔隙水、岩溶裂隙水、地下暗流等,地下潜水水位0.4~
5.7m。土层主要有人工填土、红黏土、粉质黏土、砂土、沉积物等,含砾、碎石、
黏土等,含量差异大、可塑性差,土色呈灰褐、褐、红色、灰黄及杂色,厚度
0~25m。塑性指数13~33,平均含水率33.2%、平均液性指数0.23、液限平均值
34.78%、平均膨胀率37.2%。
3.1.2原因分析
岩溶地区岩层、土层、土质、地下水等情况多变,是旋挖钻孔施工中的不可
控因素,导致成孔异常制约了成桩质量的提升。
当钻孔深度超过地下潜水水位后因破坏暗流、岩溶裂隙,造成的积水或泉涌
对孔内土层的含水量、抗剪切力、重力等发生变化,随时可能发生缩孔、塌孔、
窜孔等突发状况。回填覆土层因回填年限不一,土质情况差异较大,多数较为松
散,受堆载、机械振动,易引起土层扰动产生塌孔。砂土因其含砂孔隙度高、密
实度差,失水极易引发塌孔。红黏土类似于膨胀土,遇水膨胀、失水收缩,受含
水量波动较为敏感,易引发钻孔缩颈、塌孔。暗流及泉涌持续水流可能对成桩的
完整性形成了一定威胁。
3.1.3物理特性分析
为便于研究,在可能发生缩颈、塌孔的钻孔过程中,留置土样时,辨识记录
土样的类型、种类、状态、颜色等基本信息。进行土壤现场实时鉴定分析。
碎石土,土层深度范围3.9~7.6m、厚度不均,是人工填土,排列不规则、
颗粒大而不均、级配不良、密度低,受振动易坍塌[1]。表面颜色呈灰色,用手
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搓捏时不宜成型,具有孔隙比大、亲水性差、透水性强、可塑性差等特点。当钻
孔发生时因土粒表面静水压变化,自由水流动、土颗粒位移,造成土层抗剪切力
降低而引起土块掉落。旋挖钻孔过程中不可避免的存在振动、剐蹭、失水情况,
导致塌孔时有发生。
砂土,土层深度范围0~25m、厚度0.7~2.9m,是沉积物,排列规则、颗粒
均匀、密度较低,含水量流失易坍塌。表面颜色呈灰黄,用手搓捏时可成型,
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