地基基础

堵管 CFG桩成桩期间，砼阻塞于输料管或钻杆芯管等部位，砼不能沿输送通道运动，称为堵管。堵管是长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料工艺中经常遇到的问题，几乎每一个工地都有这类问题发生。它直接影响工程施工进度，造成材料浪费，增加施工人员的劳动强度。若是故障排除不彻底，使已搅拌的CFG桩混合料失水或硬结，还会增加再次堵管的可能性，给施工带来更大困难。如果处理不当，还会引起断桩，造成工程质量事故。分析堵管的原因，对制定预防措施具有重畀的现实意义。根据现场经验，砼堵管的常见 原因主要有以下几个方面： 1 砼泵送量与提钻速度不协调 当提钻速度远小于砼泵送量时，造成钻头阀门出口阻力增大，这时钻杆内和输送管路上砼输送压力增大，在泵送压力的作用下，砼容易发生泌水离析。对于失水失浆后的砂、碎石而言，管道或钻杆芯管接缝、弯道和糙面都会使它的传输受阻，并很快挤压密实，导致堵管。克服由于提钻速度和砼泵送量不协调匹配而造成堵管的措施， 就是想法使提钻速度和砼泵送量达到动态平衡， 即实现钻头同桩孔中砼料面相对位置的动态平衡 (图2)，也就是说对于M米高的桩体，其等体积的砼需泵送时间应该等于钻杆提拔M米需要的提拔时间结合施工机理，不难得出下面公式： 该工艺中提钻速度和泵送量一般均可调节。首先限定一个变量，然后根据式(1)或式(2)，经过简单的数学运算，即可求得与之协调匹配的另一 个变量，从而实现了对上述平衡的动态控制。 其次要掌握提钻时机，当钻头进入土层预定标高后停止钻进，开始泵送砼，待输送管及钻杆芯管充满砼后，应及时提钻，否则在泵送压力作用下容易将钻头处水泥浆液挤出，同样可使钻头阀处产生干硬性砼塞体，使管路赌塞。 2 管道接口处密封不严漏水、漏浆 砼在管道中的输送靠的是泵送压力，而泵送压力靠其中的液相物质传递。如果管道接缝处密封不严就会漏水或漏浆，从而使砼失水、失浆而使输送阻力增大，导致堵管。所以在施工前和施工过程中要随时检査管道连接处的密封情况，发现问题及时解决。 3 钻头阀门设计不合理或类型选择不当 有些厂家生产的钻头其阀门密封不严，当在饱和砂土或粉土层中虛工的螺旋叶片剪切液化形成的超孔隙水压力，会使泥砂通过阀门接触缝隙进入钻头，形成一定厚度的砂塞，使砼无法正常下落，造成堵管。有的钻头阀门的长度和开启角麽设计不合理，诰成阀门不能打开到正常位置，也是浩成诸管的原因之一。 还有的钻头阀门不灵活，摩阻力过大，砼泵入钻杆后因压力小而无法打开，造成堵管。所以购买钻头时要检查钻头阀门的密封性、灵活性和阀门长度，开启角度的合理性。 目前长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料工艺所用钻头，按其阀门的设置和开启方向分为两种，一种为侧开门，另一种为底开门。前者在钻头两边设计两个抛物线型阀门，在钻进过程中两阀门关闭，防止泥砂进入钻杆内，造成钻杆堵塞。当泵送砼到达钻头底部时两阀门打开，由此将砼灌入孔内。后者就是钻头阀门和钻尖为一整体，向下钻进时密封，提钻时阀门在砼挤压下向下开启。与侧开门钻头相比，底开门钻头的特点就是阀门在钻头底部，避免侧向挤压钻头使之打不开的弊端。当施工地层为饱和粉+或砂+时, 如果使用侧向阀门钻头，此时阀门外侧除了承受土的侧向压力外，还要承受超孔隙水的侧压力，当阀门内侧的混凝土侧压力小于阀门外侧压力时， 就会导致阀门打不开而堵管，遇到这种地层时应选用底开门钻头。 4 弯头排气阀不能正常开启 砼泵送前和泵送过程中管内充有空气。为了使空气排出，在导向弯头与内腔管的接合部位设置排气阀，以排出砼输送过程中管内空气。当排气阀损坏或被砼堵塞时，则因其不能正常工作而造成堵管。 5 输送泵工作参数调整不当 以D30型号的砼输送泵为例，一般泵压可调到16MPa，砼出口泵送压力可达4MPa，如果输送泵液压系统压力调设太低，就会造成堵管，另外， 换向阀处零件磨损卸压、液压元件发生故障，压力达不到要求，过大过小都会造成堵管。 6 砼原材料和砼配合比选择不当 1) 砼原材料选择不当 实验表明，粗骨料粒径过大容易堵管，但粒径过小，砼强度较低。结合施工经验，建议混合料中粗骨料采用卵石时，最大粒径为25mm，采用碎石时，最大粒径为20mm。 水泥应具有良好的保水性能，使砼在泵送过程中不易泌水。CFG桩砼强度等级一般为C15〜 C25，普通硅酸盐水泥或矿渣水泥都能满足要求。其水泥强度等级一般选用P. 032. 5，如用髙标号水泥配制，则会使水泥用量偏少，影响其和易性和密实度，容易堵管。 2) 砼配合比选择不当 在正确选择砼原料后，砼的配合比合适与否 显得至关重要，往往由于砼配合使用不当造成堵管。主要是水泥用量少，砂率不适当。造成这种现象的原因主要是实验室给出的配合比例不合理，或者原料计量不准没有按照正确的配合比配制砼。所以按照合适的配合比配制砼是保证砼顺利输送的重要环节之一。 3) 砼坍落度控制不当 在CFG桩施工中砼坍落度过小或过大都会造成砼泵送困难和堵管。混凝土的输送阻力随坍落度降低而增大，所以坍落度过小，则可能使混合料的可泵性明显降低，即不易泵送。但并不是坍落度越大越容易泵送，因为坍落度过大会造成混合料发生泌水或离析，在砼输送管内水浮到上面， 在泵压作用下，水先流动，骨料与砂浆分离，粗骨料处于相互接触的状态，磨擦力加大，从而导致堵管。根据工程实践，长螺旋钻孔管内泵压CFG桩砼的坍落度宜控制在160〜200mm。 窜孔 在饱和粉土和粉细砂层中施工时常遇到这种情况。当施工完一根桩后，在邻近施打另一根桩的过程中，随着钻具的钻进，发现已打桩桩顶突然下沉，粧顶下落数厘米，甚至达2m以上。当新打桩灌注砼成桩后，已打桩下沉桩顶有所回升，有时也可回升到原桩顶标高，这种两桩之间的连通现象称为窜孔。如对窜孔发现不及时和采取措施不当容易造成桩顶标高低于设计标高，桩身夹泥等质量问题。通过观察发现已打桩桩顶下沉多数发生在新打桩提钻过程中，这可能是由于新打桩在向下钻进时，剪切振动使饱和粉土和砂土层中能量积累，使土层液化，而后打桩提钻过程中，由于提拔的吸力，导致孔内出现短暂的真空状态，钻孔中某一时刻为真空时，相当于10m高的水头差， 使两桩之间液化土层向新打桩方向流动，这样就形成了窜孔。解决窜孔的主要方法是：采取大桩距的设计方案，避免新打桩对已打桩的剪切扰动；调整打桩顺序，采取隔桩或隔排跳打方法，跳打顺序视桩间距和土层情况而定；改进钻头，提高钻进速度，减少钻进对饱和砂土、粉土剪切扰动和能量积累，减弱土体液化态势。对于施工过程中容易窜孔的场地要及时清理钻进弃土，以便及时观测到打新桩过程中周边已打桩桩顶下沉情况，当新打桩提钻泵送砼到发生窜孔土层时，应停止提钻， 连续泵送砼直到窜孔桩桩顶恢复到原标高。 桩身上部空芯或夹砂 长螺旋钻孔管内泵压CFG桩混合料成桩工艺有时在保护桩或保护桩以下产生桩身空芯或夹砂，浅的几十厘米，深的1米多。例如在商丘某工地施工中有部分桩出现此类现象。造成桩身空芯的主要原因可能是排气阀堵塞不能正常将管内空气排出，导致粧体存气，形成空芯，为避免桩身空芯，施工中应经常检査排气阀的工作状态，发现堵塞及时清洗。 造成上部桩身中心夹砂的主要原因可能是在桩上部泵送时提钻速度过快，钻头没有埋在砼里， 两侧阀门排出的砼包裹了塌在孔里的流砂；另一 种情况是泵送过程中地层没有塌陷而是阀门排出 的砼将浮浆包裹而成。 憋钻 憋钻就是指长螺旋钻在钻进过程中钻杆向下钻进速度过快，致使螺旋叶片上的土来不及带出孔外，而挤压在钻杆与孔壁之间，致使钻杆突然停止旋转，严重时会损坏动力头的电机。如果出现憋钻，应立即关掉回转动力电源，将钻杆用最低提 升速度提起后重新施钻即可。为了预防憋钻事故 的发生，施工前应组织施工人员，根据地层特征制定合理的施工方案。在施工钻进过程中，根据动力头工作电流值的变化对钻杆旋转速度和钻进速度进行合理调整，一般常采用间歇式钻进方法，即钻迸一空钻一钻进，钻进到设计深度后空钻30〜 60s，待电流稳定后停钻。 钻机定位不准 桩位的布设是依据现场定位轴线，将设计图纸上的每一个桩位用一定长度的竹签定位在实地。由于长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工时弃土较多（图3)w，若弃土不能及时清运，随着弃土的增加，施工中找到已定桩位的标志比较困难。所以解决的办法是远距离参照定位，也就是在弃土外找到与施工桩位在同一直线上的两个定位点，来确定施工桩位，认真对照桩位 布置图确定施工桩在图纸上的位置及编号，做好施工记录。 CFG桩施工对周边环境的影响 长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工在饱和砂土和粉土层中时对周边环境的影响，越来越引起人们的关注，如果这个问题不能得到妥善解决，就会制约其在这种地层中的应用。长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工时对周边环境的影响，主要表现为施工场地内地面沉降，地下水携砂、带泥，并造成周边地面或路面及房屋墙面裂缝。通过对多项工程实例分析认为主要是地层因素和施工因素。 1 地层的影响 饱和砂土和粉土是长螺旋钻孔管内泵压 CFG桩成桩混合材料施工造成对周边环境影响的内因。郑州市区具有这种岩土特征的地层多分布在郑州东北部，地表下0〜17m范围内的粉土易失水、易被扰动，具有轻微液化可能，深度14m左右存在较软弱有机物粘土。场地范围内地下水位高，分成上层潜水和下层微承压水，这种土受扰动易产生液化、产生流变、造成临近地基土向孔内流动，使得地面下沉或表层地基土变形过大，拉裂了路面或周围建筑物的墙面。 2 施工的影响 长螺旋钻孔管内栗压CFG桩成桩混合材料施工时，在驱动钻具向下钻进过程中，螺旋叶片对孔周土具有剪切和振动作用，促使土体液化，孔隙水压力升高，当提升钻具时，抽吸作用形成孔内短 暂的真空状态，此时钻孔周围一定范围内土体中的孔隙水携带泥砂向孔中渗流，从而孔周土逐渐向孔内流动，并向远处扩展。这种施工对周围环境的影响机理在施工现场轻型井点降水过程中也得到了证实，在长螺旋钻孔管内泵压CFG桩成桩混合材料施工开始前轻型井点抽出的水为满足降水要求的清水，当CFG桩开始施工后，轻型井点抽出的水为含砂较大的浊水。 解决问题的基本思路 1) 査明单桩施工对桩的影响，从而为设计部门提供最优桩间距的设计参考值，并为施工单位选择正确的施工顺序提供参考。 2) CFG桩施工同基坑支护工程统一考虑，首先作基坑水泥土搅拌桩止水幕墙，直接阻断孔隙水渗流的便捷通道，降低CFG桩施工对周边环境的影响。 3) 探讨有关施工参数的改进。 施工过程中容易产生堵管、窜孔，钻进弃土大，造成钻孔定位不准，施工对周边环境有影响等问题， 针对这些问题提出了有效的质量控制措施，对类似工程的施工有借鉴意义。同时应该继续加强对这些问题的研究，从而提高该工艺的应用水平。