在基础工程施工中,当遇到坚硬的地层或复杂的地质条件时,直接施打钢板桩可能会遇到困难,甚至导致桩体变形或损坏。此时,引孔施工成为一种必要的辅助手段。引孔施工是指在钢板桩正式施打前,预先在地层中钻出一定直径和深度的孔洞,以降低后续打桩的阻力,确保施工顺利进行。
1、引孔施工的必要性
引孔施工主要应用于以下几种情况:
(1)地质条件复杂:当场地内存在厚实的砂层、密实的卵石层、强风化或中风化岩层时,土壤或岩石的强度较高,直接打桩极为困难。
(2)邻近建筑物保护:在邻近已有建筑物或地下管线区域施工时,直接振动打桩可能对周边环境产生不利影响。预先引孔可以减少振动和土壤挤压,起到保护作用。
(3)控制桩体垂直度:在硬质地层中,钢板桩容易发生偏斜。通过引孔引导,可以有效控制桩体的垂直度和平面位置,提高施工质量。
(4)提高施工效率:对于需要嵌入硬质持力层的工程,引孔可以显著降低打桩设备的负荷,加快施工进度,并减少对桩体本身的损耗。
2、引孔施工的主要方法
根据地质条件和设备能力,引孔施工通常采用以下几种方法:
(1)长螺旋钻机引孔:这是最常用的方法之一。长螺旋钻机利用其底部带钻头的钻杆,通过旋转切削土壤,并将渣土通过螺旋叶片输送至地面。该方法适用于粘土、粉土、砂土等地层,效率较高。
(2)旋挖钻机引孔:对于含有卵石或强度较高的岩层,旋挖钻机是更合适的选择。它通过液压动力头驱动钻斗旋转,利用钻斗底部的切削齿破碎岩土并装入斗内,然后提升至地面卸渣。成孔质量好,孔径规则。
(3)冲击钻机引孔:在遇到坚硬的岩层时,可能会采用冲击钻机。它依靠钻头的反复冲击来破碎岩石,适用于各种复杂岩层,但效率相对较低,且振动和噪音较大。
(4)高压旋喷引孔:在需要加固孔壁或处理特殊软弱地基时,可采用高压旋喷桩机。通过高压喷射流切割土体,同时注入水泥浆液,形成水泥土柱,既完成了引孔,也起到了局部加固的作用。
3、引孔施工的技术参数控制
引孔施工的质量直接关系到后续钢板桩的施打效果,需要严格控制以下技术参数:
(1)引孔直径:引孔直径通常略小于钢板桩的宽度,但大于桩体厚度。具体直径需根据地质报告和钢板桩规格确定,一般为桩宽度的70%-90%。直径过小则减阻效果不明显,过大则可能导致周围土体坍塌。
(2)引孔深度:引孔深度一般要求穿透硬土层,进入其下相对较软土层一定深度,或达到设计桩深的特定位置。深度不足可能无法有效降低打桩阻力,过深则可能造成浪费并增加不确定性。
(3)孔位与垂直度:孔位的放线多元化准确,与钢板桩的轴线保持一致。孔的垂直度偏差需控制在允许范围内,以确保钢板桩能够顺利沿着孔洞下沉,不发生偏位或扭转。
(4)泥浆护壁:在松散砂层或易塌孔的地层中引孔时,通常需要采用泥浆护壁工艺。通过循环泥浆在孔壁形成一层泥皮,稳定孔壁,防止坍塌。
4、引孔施工的基本流程
一个完整的引孔施工流程通常包括以下步骤:
(1)施工准备:熟悉地质勘察报告和设计图纸,确定引孔的具体位置、深度和直径。清理和平整施工场地,确保设备能够就位。对测量仪器进行校验,准确定出每个引孔的中心点。
(2)设备就位与调试:将选定的钻机移动至指定孔位,调整支腿使设备处于水平稳定状态。检查钻杆、钻头等部件是否完好,连接是否牢固。进行空载试运行,确保各系统工作正常。
(3)钻孔作业:启动钻机,按照设定的转速和进尺速度进行钻孔。操作人员需密切关注钻机仪表盘上的数据(如扭矩、压力),通过声音和出土情况判断地层变化。及时记录钻进过程中的各种情况。
(4)成孔检查与清孔:达到设计深度后,缓慢提钻。对成孔的直径、深度和垂直度进行检测,确保符合设计要求。如果孔底有沉渣,需进行清孔处理,通常采用旋挖斗捞渣或泥浆循环清孔。
(5)移机与后续施工:一个孔完成后,钻机移向下一个孔位,重复上述过程。在所有引孔作业完成后,应尽快组织钢板桩打桩设备进场,沿着已引好的孔洞依次施打钢板桩,避免孔壁长时间暴露导致塌孔。

5、施工注意事项与质量控制

为确保引孔施工的安全与质量,需注意以下几点:
(1)地下管线探查:施工前,多元化使用物探方法或查阅相关资料,明确施工区域内所有地下管线的位置和埋深,在引孔时予以避让或采取保护措施。
(2)钻进参数优化:根据不同的地层,选择合适的钻压、转速和钻进速度。在软土中可适当提高转速和进尺速度;在硬岩中则应采用低转速、大钻压,避免设备过载。
(3)孔壁稳定性监测:在整个施工过程中,尤其是在易塌孔地层,要随时观察孔口情况,发现缩径或塌孔迹象应立即采取措施,如调整泥浆性能或下放护筒。
(4)与打桩作业的衔接:引孔施工与钢板桩打桩应紧密配合。引孔完成后,宜在当天或短时间内开始打桩,防止雨水浸泡或其它因素导致孔壁失稳。
(5)废弃泥浆与渣土处理:引孔产生的泥浆和钻渣应集中收集,运至指定地点进行处理,不得随意排放,做到文明施工和环境保护。
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总之,钢板桩引孔施工是一项技术性强、要求细致的工作。它虽然不是主体工程,但对于克服复杂地质难题、保证钢板桩施工的顺利进行起着至关重要的作用。通过科学的方案选择、严格的参数控制和规范的作业流程,可以有效提升整个钢板桩支护工程的质量、安全和效率。