氧化铝厂房施工中的机械成孔灌注桩施工技术要点分析

氧化铝厂房施工中的机械成孔灌注桩施工技术要点分析

何嘉

五矿二十三冶建设集团第一工程有限公司 湖南湘潭 411100

【摘要】随着建筑规模的扩大，现代建筑施工技术的不断发展，新技术的推陈出新，新技术越来越多的被应用于工业建筑工程中，如灌注桩施工技术。灌注桩施工技术具有诸多优点，如工艺施工步骤较少、施工质量易控制、适用范围广，可以用于各种复杂地质条件，如喀斯特地貌区域，因此广泛应用于工业建筑中。文章以贵州某氧化铝厂房建筑工程为例，探讨喀斯特地貌环境下的机械成孔灌注桩施工难点、施工要点以及施工质量控制措施。

【关键词】厂房；建筑施工；机械成孔；灌注桩；施工

喀斯特地貌是地下水和地表水对可溶性岩石的溶解、沉降、冲刷断裂、重力下落、滑坡和沉积作用形成的特殊地质环境。随着贵州省社会经济的桥的加快发展，工业建筑工程数量和规模不断上升，在此背景下桩基施工技术得到广泛应用，尤其是成孔灌注桩桩凭借承载力大、适用性强等优点得到业界广泛认可，被用于喀斯特地貌等不良地质环境下的房屋建筑、道路桥梁工程建设，可以有效解决工程建设中地质条件不连续的问题，有效减少施工质量问题，提高施工安全性。本文以贵州某工业厂房建筑工程为背景，对喀斯特地貌环境下的机械成孔灌注桩施工技术和施工质量控制展开研究，以期对工程建设质量的提升及社会经济效益的发展做出贡献。

1工程概况

本工程为中电投贵州务正道1000kt/a氧化铝项目Ⅱ标段，位于贵州省遵义市务川县镇南镇，总建筑面积6.9万平方米，占地面积12400平方米，主要分为分解、蒸发两个系统。分解系统主要为分解分级子项内建筑、安装工程，含31台分解槽、2台锥形母液槽、4台立盘过滤机、分级喂料泵及大、小循环泵等大型设备安装工程。蒸发系统主要分为蒸发槽罐区、蒸发站、蒸发循环水、液碱储存及片碱化碱、综合过滤区域内建筑、安装工程。基础形式均采用砼灌注桩+筏板或独立基础，砼灌注桩直径1000mm、1200mm，长度6～28.99m，总计764根。地质调查报告表明，岩溶填充物区位于黄海高程19.29-12.15m处，桩的有效长度穿过喀斯特地貌抛石区，可见，穿越喀斯特地貌区域的灌注桩施工技术和质量控制是该工程建设中的重、难点，是本文研究的重点问题。

2喀斯特地貌机械成孔灌注桩施工难点

根据本项目地质勘查可知区域地层有大量溶洞，但由于喀斯特地貌空间分布不规则，不能排除危险的的溶洞存在，如在勘探和成孔过程中存在溶洞与溶洞之间贯通相接的可能，将导致机械成孔过程中突发漏浆、塌孔等事故；对于鹅卵石和硅质泥质粘土层，进行机械成孔灌注桩施工时经常会出现漏水、塌孔、埋孔等现象；在中风化破碎石灰岩地层，溶蚀现象较严重，在机械成孔灌注桩施工时，可能会出现偏孔、卡锤等现象。由于钻孔岩面与桩基施工岩面的差异，在桩基施工过程中，岩面深度可能会出现较大偏差，出现孔塌陷、缩径、底部泄漏、钻孔偏斜、卡钻等常见问题，因此，喀斯特地貌环境下机械成孔灌注桩施工对于施工人员来说是需要重点克服的难题。

3喀斯特地貌灌注桩成孔方案选择

喀斯特地貌区域地质、水文环境复杂，施工风险高。因此，在选择成孔方案时，必须结合实际情况慎重、保守地选定。常见的机械成孔方法包括螺旋钻和冲击钻，对于喀斯特地貌建议使用冲击钻，因为地层中的岩体、岩石成分具有较大的土壤和基岩粒度，风化程度不严重，地下水丰富。因此，本项目采用冲击钻沉孔方案，桩基施工采用端部支撑桩，嵌入稳定基岩层，场地基岩为高硬度石灰岩。

4 喀斯特地貌机械成孔灌注桩施工要点

4.1施工前的准备

准备工作是确保灌注桩质量安全的有效手段。首先，深入分析工程项目的地质报告，全面掌握地质情况。其次，还要做好人员准备、工程准备、设备材料准备、场地准备、资源配置规划等。尤其是在施工前需要基于桩基施工图纸和地质勘察报告的柱状图制定专项施工方案，合理布置桩基分布图，形成的桩孔需要实时调整，使其互不干扰，确保现浇桩的施工质量、施工安全。

4.2施工工艺流程

喀斯特地貌区域桩基施工工艺流程如图1所示。

图1喀斯特地貌区域桩基施工工艺流程

4.3施工技术要点

3.3.1 护筒选择与埋设

(1)首先应合理确定内套管的长度和内径。护筒长度L=(h+H)m，其中h为前次开挖确定的溶洞高度，H为溶洞到顶面地面的距离。单层护筒内径应比桩径大10cm，多层套管最内层内径比桩径大20cm，钢护筒的直径必须误差需严格控制，确保平直，由卷扬机加工成型，且需具备良好的刚度。一个大型溶洞单层护筒，两个大型溶洞用双层护筒。护筒直径应比桩身直径大20cm，便于布置钢筋笼和调整钻头偏心距。

(2)埋设护筒时要密切关注其垂直度，确认垂直度偏差可控，如果偏差超出范围，必须做出调整。

(3)护筒埋设高度需要高出地面20cm。

3.3.2 钻孔

(1)安装钻机

成孔钻机设备到位后，使用自动控制系统调整其垂直度。将钻头的中心与护筒十字的中心对齐。施工时，要确保钻杆的垂直度符合要求，随时关注钻进深度、地质条件变化以及施工时间，以便保证施工质量。

(2) 喀斯特地貌区域钻进

根据地质报告，能明确溶洞的大致范围，在钻进至喀斯特地貌区域上方2m处，缓慢钻孔时发现钻进阻力明显降低，经过试钻确定进入喀斯特地貌区域，此时应立即以1:1的比例用粘土、砾石和水泥回填，反复进行钻进碾压，目的时保证周围的喀斯特溶洞大部分都被填满。填充完成后，在溶洞上方1m处注水，并用浮球测量水位深入，如2小时后，确认有水且水位没有明显变化，可以抽干水后继续钻进。

3.3.4 钢筋笼吊放

（1）钢笼在现场预先调整好，放置在灌注桩附近进行吊装。下部钢筋笼使用安装在汽车起重机吊放。

（2）吊放时要控制好钢筋笼的中心位置，确保与孔中心对齐。

（3）钢笼高度应严格控制，底高公差控制在±5cm范围内，顶高公差控制在±2cm范围内。

（4）在钢筋笼底部网上50cm处布设加强钢筋，同时设置十字交叉钢筋，作用是确保砼浇筑时钢笼不上浮。

（5）钢筋笼吊装作业完成后需重新测量桩深。如发现有塌孔，应吊起钢筋笼，重新清孔并钻进。

3.3.5砼浇筑

（1）底口砼浇筑

从钻孔到钢筋笼吊放再到砼浇筑，全过程时间控制在2小时以内，目的是避免塌孔。放置好钢笼和穿孔板后，放置浇筑用的管道，将管道底部放置在钢笼底部的交点处（距底部50cm）。确认上部砼料斗初始充填量可以满足管道埋深1m后，开始浇注。浇筑过程应连续。管道埋置深度为2m～6m，第一次浇筑速度应合理控制，不宜过快，以免钢筋笼上浮。

（2）溶洞区域砼浇筑

在溶洞区域进行砼浇筑时，在溶洞1m～2m以下部位不建议浇筑速度太快，以免现场出现塌孔，浪费材料。在浇筑过程中密切关注浇筑高度，确保浇筑后的高度在70cm以上，在浇筑过程中，应预留试块以备检验。

3.3.6拔出护筒

待砼终凝后即可拔出护简。并在桩顶位置设置防护盖板和警戒标志。

3.3.3 钻进常见问题处理

（1）偏孔。该项目所在区域的岩溶发育以熔融裂缝为主，且多数沿地层发育，沿着裂缝层层融化和蔓延的小溶洞。在施工过程中，应不断监测钻杆的垂直度。钻进至溶洞底部时需要缓慢钻进，指导钻头完全穿透岩石表面后恢复正常速度。如果发现发现成孔位置有偏差，需提起钻头，调整后再次钻进。

（2）卡钻。由于喀斯特地貌区域溶洞发育不完全，岩石形状不规则，发生卡钻的概率较高。如遇卡钻，可以通过爆破方式处理，将雷管、炸药置于钻头位置。在桩顶放置一块钢板，以防止爆炸时物体从桩顶冲出，爆破前所有人员应疏散到20m外，由专业爆破人员进行引爆，通常爆破量为一根20em长乳化炸药。

（3）塌孔。埋设护筒能够防止大部分土体塌孔问题。然而，塌孔也可能存在于土石界面上方和护筒下方。针对此类塌孔问题，可以在塌陷孔上方约2m处用优质粘土填充后再进行钻进。钻孔至桩底标高后，用铲斗将孔底的矿渣清除。

（4）土洞、溶洞漏浆。施工时要密切注意钻头的使用情况、钻进现场周围的沉降情况以及套管内水位的变化。在孔洞或堵塞的情况下，可以用回填土黏土、毛石和水泥等材料进行封堵，填充高度应比溶洞高50cm。待回填稳定后，在灌注泥浆，用底锤压实。 为保证人工孔壁的形成，需要反复添加填料和冲击压实，将填料压入土洞、溶洞，直至漏浆现象停止。

4 机械成孔灌注桩施工质量控制

(1)通过观察挖掘出的碎屑，碎石筛网去除的碎屑含量应在95%以上，沙泥含量应小于5%。

(2)砾石岩性坚硬，砾石表面“新鲜”，表面无乳白色鳞片状物质。

(3)根据冲进记录判断。在无间断换浆的情况下冲进，每小时进尺在 0.1m~0.2m 间，可以认定为此进尺速度符合完整灰岩的进尺速度。同时，观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微反弹。最后，听锤头冲击岩面的声音，如果为完整灰岩，声音会显得沉闷浑厚。

(4) 提起钻头前，需通过测锤检查孔底沉碴，如可以明显感觉到测锤与孔底岩面的直接撞击，则表示可以进行浇筑。同时需确保二次清孔至提起钻头间的时间不超过15~20min，以尽量减少沉碴。

(5)大型溶洞区域桩基施工时，砼的侧向压力使由砾石和黄泥形成的挡土墙在开挖过程中容易坍塌，砼流失甚至损坏。对此问题可采取以下结构措施来应对这种现象。加快水下砼的浇注速度。

(6)浇筑过程中，增加管道埋设深度。一般情况下，管道埋设深度控制在6米以上。浇筑大溶洞时应密切关注并合理控制砼表面的高度。

(7)漏浆严重或反复渗漏的桩基，浇注时应增加浇筑高度，但一般以设计高度为2.5m以上为限，尽量避免浇筑后拔出导管后混凝土面降低形成短桩

结束语

综上所述，为有效提高喀斯特地貌区域工业房屋建筑工程质量，需要结合喀斯特地貌地质特征以及建筑工程施工要求合理运用机械成孔灌注桩施工方法。在机械成孔灌装桩施工中，由于钻进冲击力大、穿透力强等特点，可使桩基深深嵌入中风化岩层中，成功确保桩基承载力桩。因此，钻孔灌注桩在喀斯特地貌区域得到广泛应用。作为施工方需全面掌握机械成孔灌注桩施工技术要点，严格控制各个护筒埋设、钻进、钢筋笼吊放、清孔等施工环节的质量，以确保桩基施工质量。

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