本发明涉及建筑施工技术领域，具体而言，涉及一种砂层地质钻孔灌注桩的施工方法、化学泥浆护壁在其中的应用及桩基。
背景技术：
随着成孔作业的桩工机械的不断发展，钻孔灌注桩被广泛应用到高层建筑、公路桥梁或大型构筑物等地基基础设施工程中。钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔在地基土中形成桩孔，并在其内灌注混凝土(或先在孔内吊放钢筋笼然后灌注混凝土)而制成的桩。钻孔方法包括泥浆护壁钻孔和干作业钻孔两种。其中泥浆护壁钻孔灌注桩的施工过程包括测定桩位、埋设护筒、制备泥浆、成孔、清孔、下钢筋笼及浇筑混凝土。
在钻孔灌注桩施工过程中，泥浆起到重要作用，例如能够保护孔壁，压抑地下水，防止孔壁坍塌，悬浮钻渣，延缓钻渣沉降等。现有的泥浆是采用膨润土加粘土配置泥浆，然而在中粗砂层较厚的砂层地质中进行钻孔灌注桩施工时，该泥浆的护壁效果较差，在下放钢筋笼时容易出现塌孔现象，以致钢筋笼被埋在孔中无法拔出，造成较大的经济损失，也为后续施工带来困难；此外由于砂层地质的地质坚硬，也容易出现钻尖或钻杆折断的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，以改善现有的砂层地质钻孔灌注桩施工过程中容易出现塌孔、钻尖或钻杆折断的技术问题。
本发明的第二个目的在于提供一种化学泥浆护壁在砂层地质钻孔灌注桩施工中的应用，化学泥浆护壁能够有效提高护壁效果，减少塌孔的发生，同时改善钻尖或钻杆折断的问题，保证钻孔灌注桩施工的顺利进。
本发明的第三个目的在于提供一种采用本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法得到的桩基，经超声波对桩基完整性检测均为ⅰ类桩，施工质量优良。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供一种砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，包括成孔步骤和清孔步骤；所述成孔步骤采用化学泥浆护壁，钻进开始时及钻进过程中均控制化学泥浆的粘度和ph值，并控制钻进速度为小于2m/h；在化学泥浆护壁中，化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10；所述清孔步骤中采用两次清孔方式，控制成孔到二次清孔的时间。
可选地，所述砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，采用反循环回转钻机泥浆护壁反循环法进行砂层地质钻孔灌注桩施工，成孔过程中采用化学泥浆护壁；钻进开始时，化学泥浆的粘度为20-25s，ph值为8-10；钻进过程中，化学泥浆的粘度为18-22s，ph为8-10；且每隔20-40min对化学泥浆测试一次粘度和ph值，并作相应调整后继续钻孔，最后成孔；化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10。
可选地，所述清孔步骤包括：首次清孔，先停止泥浆循环20-30min，待沉渣沉淀后清孔10-30min，使化学泥浆的含砂率≤2％；二次清孔，采用反循环法清孔并以高压空气辅助清孔。
可选地，在所述成孔步骤中，钻进的速度为每小时1.2-1.6m。
可选地，在所述成孔步骤中，每次掏渣加水完成后加入碱，保持ph值为8-10。
可选地，在所述成孔步骤中，保持化学泥浆的ph值为8-10；开始钻孔时，化学泥浆的粘度控制在20-25s之间，钻进过程中，化学泥浆的粘度控制在18-22s之间，且每隔30min对化学泥浆测试一次粘度和ph值，并作相应调整后继续钻孔，最后成孔。
可选地，所述砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，在成孔步骤前，还包括埋设护筒步骤，采用钢护筒保护砂层地质中的软砂层。
可选地，在二次清孔完成前，混凝土到达桩位处。
本发明还提供化学泥浆护壁在所述砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中的应用；在化学泥浆护壁中，化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10。
本发明还提供一种桩基，采用所述砂层地质钻孔灌注桩的施工方法得到，所述桩基的直径为1.5-2.5m，为ⅰ类桩。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，通过控制施工过程中的钻进速度，能够使钻头与孔壁多次挤压摩擦而形成较密实稳定的孔壁；通过严格控制化学泥浆的粘度和酸碱度，能够确保化学泥浆护壁具有较佳的护壁效果，防止塌孔的发生，并且还能够有效冷却钻头、润滑钻具，减少钻尖或钻杆折断的问题，保证钻进工作的顺利进行；此外通过控制成孔到二次清孔的时间，能够防止化学泥浆产生沉淀，避免上层泥浆性能下降，而造成护壁性能失效的现象，进一步保证了化学泥浆的护壁性能。
(2)本发明化学泥浆护壁在砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中的应用，为在砂层地质中进行钻孔灌注桩施工提供了有利保障，能够有效改善在深厚砂层钻孔过程中泥浆护壁效果较差，钻尖或钻杆容易折断的问题，从而有效保证施工进度和施工质量，降低施工风险，显著提高经济效益和社会效益，适于推广应用。
(3)本发明提供的桩基采用本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法得到，经超声波对桩基完整性检测为ⅰ类桩，从而能够有效保证整个桥梁工程的施工质量优良，确保工程合格顺利的完成。
具体实施方式
下面将结合实施方式或实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式或实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施方式提供一种砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，包括成孔步骤和清孔步骤；成孔步骤采用化学泥浆护壁，钻进开始时及钻进过程中均控制化学泥浆的粘度和ph值，并控制钻进速度为小于2m/h；在化学泥浆护壁中，化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10；清孔步骤中采用两次清孔方式，控制成孔到二次清孔的时间。
与现有技术相比，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法的有益效果为：
本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，通过控制施工过程中的钻进速度，能够使钻头与孔壁多次挤压摩擦而形成较密实稳定的孔壁；通过严格控制化学泥浆的粘度和酸碱度，能够确保化学泥浆护壁具有较佳的护壁效果，防止塌孔的发生，并且还能够有效冷却钻头、润滑钻具，减少钻尖或钻杆折断的问题，保证钻进工作的顺利进行；此外通过控制成孔到二次清孔的时间，能够防止化学泥浆产生沉淀，避免上层泥浆性能下降，而造成护壁性能失效的现象，进一步保证了化学泥浆的护壁性能。
可选地，钻进速度典型但非限制性为1.2m/h、1.3m/h、1.4m/h、1.5m/h、1.6m/h、1.7m/h、1.8m/h或1.9m/h。
可选地，化学泥浆粉典型但非限制性为购买的旋挖钻机专用化学泥浆。
可选地，化学泥浆中，水和化学泥浆粉的质量比典型但非限制性为1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9或1：1。
优选地，化学泥浆按每立方米水加入0.5kg的化学泥浆粉配制。
可选地，化学泥浆的粘度典型但非限制性为18s、19s、20s、21s或22s。
可选地，化学泥浆的含砂率典型但非限制性为2％、3％、4％、5％、6％、7％或8％。
可选地，化学泥浆的ph值典型但非限制性为8、9或10。
可选地，本发明中，钻孔用水ph值不小于8，化学泥浆的粘度控制在18s～22s，配置化学泥浆时先调节化学泥浆的ph值，再逐渐加入化学泥浆粉，待粘度达到设计要求时，再进行钻进施工。
可选地，为了有效防止塌孔现象，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，采用gf350反循环回转钻机泥浆护壁反循环法进行砂层地质钻孔灌注桩施工，成孔过程中采用化学泥浆护壁；钻进开始时，化学泥浆的粘度为20-25s，ph值为8-10；钻进过程中，化学泥浆的粘度为18-22s，ph为8-10；且每隔20-40min对化学泥浆测试一次粘度和ph值，并作相应调整后继续钻孔，最后成孔；化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10。
可选地，为了及时了解对施工过程中的化学泥浆性能，保证化学泥浆性能的稳定性，以保证化学泥浆护壁具有较好的护壁效果，在钻进过程中对化学泥浆进行检测的间隔时间典型但非限制性为20min、22min、25min、27min、30min、32min、35min、37min或40min。
可选地，调整化学泥浆的粘度可以调节加入的化学泥浆粉与水的比例。
可选地，调节化学泥浆的ph值可以通过加入碱性物质或酸性物质。通过调节适宜的ph值，能够有助于粘质土颗粒的分解，增加水化膜的厚度，从而提高化学泥浆的稳定性。
可选地，为了提高清孔的效率，进一步保证化学泥浆的护壁效果，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中，清孔步骤包括：首次清孔，先停止泥浆循环20-30min，待沉渣沉淀后清孔10-30min，使化学泥浆的含砂率≤2％；二次清孔，采用反循环法清孔并以高压空气辅助清孔。由于从首次清孔到砼开始浇筑中间过程间隔一定时间，容易造成化学泥浆部分沉淀，因此需要进行二次清孔。二次清孔时以反循环法清孔并以高压空气辅助清孔，能够有效提高清孔效率，保证化学泥浆性质的均匀性和稳定性。
可选地，为了使钻孔产生的沉渣沉淀，首次清孔时，停止泥浆循环的时间典型但非限制性为20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min。
可选地，在泥浆循环停止使沉渣沉淀后，首次清孔的时间典型但非限制性为10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min、27min或30min。
可选地，首次清孔结束后，钻孔内的含砂率典型但非限制性为0.5％、1％、1.5％、1.8％或2％。
可选地，为了有效保证化学泥浆护壁的护壁效果，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，在成孔步骤中，钻进的速度为1.2m/h-1.6m/h。通过控制钻进的速度，能够使钻头和孔壁多次挤压摩擦，从而形成较密实且稳定的孔壁，实现化学泥浆护壁的护壁效果。
可选地，为了避免钻孔过程中钻尖折断或钻杆折断的情况，在含砂礓、卵石的地层中，降低钻进速度，并采用卷扬机对钻杆轻缓上提，能够减小钻尖的阻力及钻杆的扭矩，避免因钻杆扭矩过大而容易造成钻杆折断的问题。
可选地，在钻孔开始前，对钻杆和钻头进行焊缝检查，如果有损伤，及早进行补焊加固处理。
可选地，在钻进过程中，如果发现钻机的电机负荷过大过过小，立即停止施工，检查孔深及钻杆情况，拆除钻杆将钻头提出后检查，解决问题后继续钻进，尽量避免钻头折断或钻杆折断的情况。
可选地，为了保证化学泥浆护壁性质的稳定性，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，在成孔步骤中，每次掏渣加水完成后加入碱性物质，保持ph值为8-10。具体地，每次掏渣加水完成后可以测定下化学泥浆的ph值，再根据测定结果确定所需加入碱性物质，调节化学泥浆的ph值保持8-10。
可选地，调节化学泥浆的ph时加入的碱性物质典型但非限制性为烧碱；优选地，为了加快调节ph值，调节化学泥浆的ph时加入的碱性物质为片状烧碱。
优选地，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法，在成孔步骤中，保持化学泥浆的ph值为8-10；开始钻孔时，化学泥浆的粘度控制在20-25s之间，钻进过程中，化学泥浆的粘度控制在18-22s之间，且每隔30min对化学泥浆测试一次粘度和ph值，并作相应调整复合粘度和ph值要求后继续钻孔，最后成孔。通过严格控制化学泥浆的粘度和酸碱度，能够确保化学泥浆护壁具有较佳的护壁效果，防止塌孔的发生，并且还能够有效冷却钻头、润滑钻具，减少钻尖或钻杆折断的问题，保证钻进工作的顺利进行。
可选地，为了实现保护孔口及维持化学泥浆水位的效果，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中，在成孔步骤前，还包括埋设护筒步骤，采用钢护筒保护砂层地质中的软砂层。
可选地，采用接长护筒的方法对塌孔的桩位进行二次下压护筒，增加护筒的入土深度，同时对上层软砂层采用钢护筒护壁，从而防止塌孔现象再次发生。
可选地，为了保证施工的质量较佳，本发明实施方式提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中，在二次清孔完成前，混凝土到达桩位处。由于混凝土准确及时地就位，因此保证孔底尘渣符合要求后能够立刻灌注混凝土，从而确保施工质量较佳的效果。
可选地，对于已塌孔的桩，可以采用dpr-200型正循环钻钻进，分别用直径逐渐增大的三种钻头分别钻孔到孔底，打捞出残余钢筋，最后直径最大的钻头成孔，再放下钢筋笼，灌注砼至桩顶，也能够得到合格的灌注桩，降低工程的损失，保证完成施工。
本发明实施方式还提供一种化学泥浆护壁在砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中的应用；在化学泥浆护壁中，化学泥浆包括水和化学泥浆粉，且水和化学泥浆粉的质量比为1：(0.5-1)，化学泥浆的粘度为18-22s，含砂率≤8％，ph值为8-10。
本发明实施方式提供的化学泥浆护壁在砂层地质钻孔灌注桩的施工方法中的应用，为在砂层地质中进行钻孔灌注桩施工提供了有利保障，能够有效改善在深厚砂层钻孔过程中泥浆护壁效果较差，钻尖或钻杆容易折断的问题，从而有效保证施工进度和施工质量，降低施工风险，显著提高经济效益和社会效益，适于推广应用。
本发明实施方式还提供一种桩基，采用本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法得到，该桩基的直径为1.5-2.5m，为ⅰ类桩。
本发明中，ⅰ类桩指的是没有任何缺陷的灌注桩。
由于本发明实施方式提供的桩基采用本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法得到，经超声波对桩基完整性检测为ⅰ类桩，因此能够有效保证整个桥梁工程的施工质量优良，确保工程合格顺利的完成。
下面结合具体工程对本发明提供的砂层地质钻孔灌注桩的施工方法进行详细说明。
对于某河流的河面宽约300m，水面高程约27m，水深最深处约6m，需要进行跨河桥梁和接坡工程。工程目标为：跨河主桥为五孔跨56m拱桥，共六个桥墩，每个桥墩为直径2.0m的钻孔灌注桩6根，共需要直径2.0m的钻孔灌注桩36根，单桩的桩长59m，钻孔深度约73m。
地质勘测结果为，该河道中，桥墩所处的地质构成为自上而下为厚度约0.5m的淤泥层、厚度约6m的中砂层、厚度约8m的中粗砂层、厚度约2.4m的黏土层及厚度大于45m的中粗砂层，相应地质处的中砂和中粗砂局部密实，30m以下为中粗砂且含卵石、砂礓地质层，地质情况较复杂。
具体工程施工时，先定位钻孔灌注桩的位置，相应设备做好钻孔准备；然后安装护筒，采用钢护筒保护砂层地质中的软砂层；再制备化学泥浆，每立方米水中加入0.5kg的化学泥浆粉，调节化学泥浆的粘度为20s，含砂率6％，ph值为9；再进行成孔步骤，在钻进开始时，调节化学泥浆的粘度为20-25s，ph值为8-10，在钻进过程中，保持化学泥浆的粘度为18-22s，ph值保持在8-10，且每隔30min对化学泥浆测试一次粘度和ph值，如果不符合要求则作相应的调节，然后继续钻孔至达到设计标高，在成孔步骤中控制钻进速度为1.2-1.6m/h；再进行清孔步骤，首次清孔时，先停止泥浆循环30min，待沉渣沉淀后清孔10-30min，使化学泥浆的含砂率≤2％，继续二次清孔时，采用反循环法清孔并以高压空气辅助清孔；在二次清孔完成前，使混凝土到达钻孔处，在二次清孔完成后立刻下放钢筋笼，下放导管，在孔底沉渣复合要求后立刻浇筑混凝土，完成成桩过程。
在上述过程中，需要加快各工序之间的衔接，减少停止工作时间和无效的工作时间，并且加快拆除设备、下放钢筋笼、下放导管和灌注桩基混凝土的施工速度，从而能够在保证施工质量的基础上有效提高施工效率，保证工程高效完成。
在上述采用本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法的施工过程中，未出现塌孔，钻尖折断或钻杆折断的现行，施工过程顺利高效的进行。得到的桩基经超声波完整性检测均为ⅰ类桩，表明施工质量优良。此外，上述施工方法中采用化学泥浆可以有效加快施工进度，提高砂层钻孔灌注桩的化学泥浆护壁效果，达到有效缩短工期，提高施工质量的目标。本发明砂层地质钻孔灌注桩的施工方法不仅保证工程高效高质量的完成，而且显著提高社会效益和经济效益，适于推广应用。
尽管已用具体实施方式和实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。