一. 岩土工程施工及运营会引起岩土性状和周围环境条件发生变化。监测就是在施工期和施工后运用专用仪器和工艺测试这些变化,以了解施工产生的影响程度和规律,科学地指导设计与施工。随着高科技的发展,监测技术日益更新,但基本上可分为浅层和深层监测两类,而钻孔是实现深层监测的重要手段。下面结合工程实例,从深部土压力测试、分层位移(垂直和水平)测试和基桩抽芯叁方面介绍钻探技术的具体运用。
二. 深部土压力测试杭州市运河截污工程[9]需要在沟槽地面以下4ｍ处量测大直径污水干管地基中垂直土压力分布情况,其安装工艺[9]为:
①钻孔:为了减少地基土的扰动范围和程度,终孔直径应比压力盒直径大一级,采用注水回转钻进工艺以压差护孔。
②埋盒:先回填同类土,夯平孔底,再用自制工具兜吊装压力盒,要求膜面朝向被测压力方向,倾角<10°。
③回填:选用原位土体填孔压密,要求密实度接近原状土,一段时间后补填,方可施加测试荷载。
三. 分层位移测试笔者曾在“佛(山)—开(平)”高速公路“谢边—南庄”段Ｋ7+120断面埋设了分层沉降仪。该断面地层从上而下可分为3层:第一层为褐黄色粘土,稍湿,可塑,厚度1.4～2.0ｍ;第二层为淤泥,软—流塑状态,厚度3.2～7.9ｍ;第三层为黄色粘土,可塑,未钻穿,地下水位处于砂垫层中。
(1)钻孔时采用合金回转、套管护壁工艺。要求套管总长小于孔深1.5～2.0ｍ以上,便于回填料箍住沉降管总成底部;上段套管安装多段0.5ｍ/根的短节,确保拔管时沉降管总成不上升,如图2(ａ)。
(2)安装前,测试管底部均应采用透水隔泥砂装置。透水是为了减少浮力,隔泥砂是为了确保探测器顺利沉入管底测试点。安装时,需在管内灌水,逐段连接。如图2(ｂ)所示。
(3)管底到位后,在测试管外壁和孔内壁的环状间隙中用原位土或中、细砂加水回填。当回填料升至套管底部时,逐段起拔套管,借缩径作用箍住测试管下部,及时回填,
(4)拔除套管后将底端用砼嵌固的长约0.6ｍ、直径为127ｍｍ的钢管套住沉降管总成上端,以提供测深的基准点;周围用沙袋围护,以保护沉降管总成不堵塞和破坏。
四. 抽芯验桩即在桩体(如钢筋混凝土桩、搅拌桩和旋喷桩等)内钻孔以检查桩体质量。钻进采用110～130ｍｍ的人造金刚石孕镶平底钻头和立轴式油压岩芯钻机及其配套矩形螺纹钻杆。钻进规程为中等压力、较高转速及中等泵量,并保持钻进参数一致,进行匀速钻进。
抽芯应注重以下要点:①岩芯完整,采芯率要达到95%～100%,最好一个回次均为整岩样,每段接口吻合;②钻孔在到达桩底前不穿出桩身,垂直偏差<0.5%,可采用下列方法判断桩底沉渣:持力层为中风化基岩时,要求在快过桩尖时停车冲孔,一直冲到孔内返清水,再开车钻进,如进尺突然加快,说明钻头已过桩尖,马上停水停钻,量好机上余尺,缓慢加压通过沉渣,至不再进尺;持力层为强风化岩或砂砾层时,可采用动力触探法确定沉渣厚度;④发现断桩等不良迹象时,须在该桩体内加钻1～2个孔方可作出正确判断;⑤岩溶地区钻芯时,一般要在桩体内钻2～3个孔,且钻入基岩内5ｍ以上,以验证沉渣、桩长和持力层厚度等情况;⑥岩芯管上连接实芯铸铁和取粉管,以自重校正孔斜、有效排渣[10]。近年来,长径比>50的超长桩应用日趋广泛,钻芯是否可行取决于桩体和钻芯孔的垂直度。钢筋笼上有后注浆管时钻芯孔的垂直度由式(1)确定;无筋(或后注浆管)桩的钻芯孔垂直度由式(2)确定:
五.式中:Ｈ———桩体内钻芯孔顶与底的高程差,ｍ;β———钻芯孔轴线顶角,恒取正值,β≤ａｒｃｔａｎ0.5%;Ｄ———实际桩径,ｍ;ｂ———桩顶处钻芯孔中心与基桩中心之间的距离,ｍ,取ｂ=0～Ｄ/4,由桩身是否含障碍物等因素决定,钻芯孔在基桩倾向反侧时取正值;在基桩倾向同侧时取负值。ｄ———钻芯孔直径,ｍ,取110ｍｍ或130ｍｍ; ———后注浆管直径或主筋和后注浆管直径之和,ｍ,由后注浆管是否代替部分主筋确定;ｈ———混凝土保护层厚度,ｍ,取ｈ=30～70ｍｍ;α———基桩轴线顶角,α≤ａｒｃｔａｎ1%,与钻芯孔反向倾斜时取正值,同向倾斜时取负值。
六. 工程桩决定钻芯时,α、Ｄ、ｄ、ｈ、和ｈ为确定值,则β由Ｈ唯一确定,即:一方面,实际桩长条件下,钻芯孔的容许顶角由式(1)、(2)计算确定;另一方面,据式(1)、(2)可计算当β处于容许范围时可以成功钻芯的最大桩长。换言之,桩长超过某值,钻芯孔必然在到达桩底前穿出桩外。