王廣杰 朱成斌

(中國一冶集團(tuán)有限公司交通工程公司，湖北 武漢 430081)

談在上覆玄武巖地層中樁基成孔的施工方法

王廣杰 朱成斌

(中國一冶集團(tuán)有限公司交通工程公司，湖北 武漢 430081)

以海秀快速路一期工程為例，通過分析工程上覆玄武巖的地質(zhì)情況，研究了玄武巖對(duì)施工造成的影響，提出了沖擊鉆與旋挖鉆聯(lián)合施工的樁基成孔方案，并對(duì)主要的施工技術(shù)及操作要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，有效提高了施工效率。

玄武巖，泥漿，沖擊鉆，旋挖鉆，鉆孔

1 工程概況

?？谑泻Ｐ憧焖俾芬黄诠こ?，總線路為長濱路K0+786.095～海榆西線K4+081段，全長約為3.295 km，近一半地層中存在不同厚度的玄武巖。全線樁基工程有φ1.0 m，φ1.2 m，φ1.5 m三種樁徑的鉆孔灌注樁，樁長52 m～58 m，共913根。其中為上覆玄武巖地質(zhì)情況的有272根，約占總樁數(shù)的30%。

本項(xiàng)目沿線場地主要通過的地貌單元為：海積Ⅱ級(jí)階地、海積Ⅲ級(jí)階地、火山熔巖低臺(tái)地等，其地表多為火山巖，即玄武巖。根據(jù)此地質(zhì)情況，取較為典型的Pm27處柱狀圖為例，如表1所示。

表1 工程地質(zhì)特征

2 玄武巖對(duì)施工造成的影響

玄武巖，是由火山噴發(fā)出的巖漿冷卻后凝固而成的一種致密狀或泡沫狀結(jié)構(gòu)的巖石，屬于基性噴出巖。其主要成分為SiO2,占到總量的45%～52%，其結(jié)構(gòu)呈斑狀，氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造較普遍，其體積密度為2.8 g/cm3～3.3 g/cm3，致密者壓縮強(qiáng)度很大，可高達(dá)300 MPa，有時(shí)甚至更高。

正是其結(jié)構(gòu)和高硬度的特點(diǎn)，給成孔施工造成了諸多難點(diǎn)：

1)成孔過程中對(duì)機(jī)具的磨損破壞很大，養(yǎng)護(hù)成本較高；

2)成孔速度緩慢，施工工期較長；

3)其氣孔構(gòu)造，使鉆頭在沖進(jìn)或者挖進(jìn)的過程中，存在很多不確定性，容易發(fā)生偏孔。

3 施工方案的確定

針對(duì)此種地質(zhì)特點(diǎn)，有三種施工方案可供選擇。方案A:采用沖擊鉆，一沖到底；方案B：采用大型旋挖鉆機(jī)，一次性旋挖成孔；方案C：采用沖擊鉆+旋挖鉆，聯(lián)合施工。為了最終確定一種最佳的方案，現(xiàn)選擇Pm27承臺(tái)位中1號(hào)樁為例，其樁的設(shè)計(jì)直徑為1.5 m，樁長60 m，分別采用A，B，C三種方案施工，匯總其機(jī)械臺(tái)班和施工周期信息，如表2所示。

對(duì)比分析，大型旋挖機(jī)在巖層的掘進(jìn)速度快于沖擊鉆，但對(duì)機(jī)具的磨損和破壞太大，且成本過高，不予考慮；而沖擊鉆無論在巖層還是土層中施工，均效率太低，造成工期緊張。綜合考慮施工成本和工作效率，項(xiàng)目部最后選擇了方案C，使用沖擊鉆與旋挖鉆聯(lián)合施工的方法挖孔。

表2 三種方案的施工要素對(duì)比

4 施工技術(shù)

4.1 主要的施工工藝流程

根據(jù)火山巖層厚度的不同，其施工方式也有所不同。當(dāng)巖層頂面標(biāo)高高于承臺(tái)底標(biāo)高時(shí)，先將整個(gè)承臺(tái)范圍內(nèi)的巖石破除開挖完成，再將承臺(tái)基坑分層回填并壓實(shí)，后測量放樣、埋設(shè)護(hù)筒、使用旋挖機(jī)完成挖孔即可。當(dāng)巖層頂面標(biāo)高低于承臺(tái)底標(biāo)高時(shí)，如Pm27承臺(tái)位地層的情況，其工藝流程如圖1所示。

此處之所以要先將承臺(tái)范圍的巖層破除后分層換填壓實(shí)，再開始鉆孔是有其根據(jù)的。如果一開始直接鉆孔，等樁澆筑完成后，再進(jìn)行承臺(tái)范圍巖石的破除，極易導(dǎo)致樁頭的破壞，甚至造成樁身開裂、斷樁等嚴(yán)重后果。

4.2 泥漿的制備和應(yīng)用管理

泥漿質(zhì)量，是成孔過程中一個(gè)十分重要的因素，它直接影響到挖孔和灌注過程的順利與否。施工時(shí)，要根據(jù)地質(zhì)情況和施工需要，隨時(shí)調(diào)整泥漿的比重、粘度、含砂率三大性能指標(biāo)。

4.2.1 制備方法

在支架范圍外離樁位較近的地方，挖建足夠體積的泥漿池和沉淀池，向泥漿池中注入清水，然后根據(jù)孔位的地質(zhì)情況，按照一定的泥漿配合比投入膨潤土、CMC(羧甲基纖維素)、純堿等材料，最后用泥漿泵攪拌均勻，隨時(shí)檢測泥漿的比重、粘度，補(bǔ)加材料，直至達(dá)到理想狀態(tài)即可。

4.2.2 技術(shù)要點(diǎn)

1)泥漿三大指標(biāo)的確定。在成孔過程中，泥漿的比重一般控制在1.15～1.20[1]，遇到樁長范圍內(nèi)砂層厚度大于10 m，或者砂層較淺的地質(zhì)情況，比重可調(diào)至1.25，粘度控制在16 s～22 s，含砂率控制在4%以內(nèi)。本工程初始為沖擊鉆，對(duì)孔壁擾動(dòng)較大，且過程中碎石粗砂較多，為使泥漿能很好的包裹砂粒帶出孔外，泥漿的比重需調(diào)高至1.20～1.30，保證其粘度在16 s～22 s左右。

2)泥漿稠度的調(diào)整。從制備初期到挖孔、清孔、灌注階段，其性能指標(biāo)不是固定不變的，需要根據(jù)不同施工階段的需要進(jìn)行補(bǔ)加材料，調(diào)制達(dá)標(biāo)后方可繼續(xù)使用。如本工程前期使用沖擊鉆孔，所需泥漿比重較高，達(dá)1.20～1.30，突破9.1 m玄武巖后，地下10.5 m以下多為粘性土，細(xì)砂、粗砂層厚較小，因此需要調(diào)低比重至1.1～1.15，換用旋挖鉆施工。

具體操作如下：向泥漿池內(nèi)注入清水?dāng)嚢瑁鶆蚝髾z測其指標(biāo)，根據(jù)結(jié)果的偏大或者偏小，向池內(nèi)繼續(xù)添加清水或者膨潤土等材料，后攪拌均勻檢測，不斷重復(fù)此操作，直至各指標(biāo)達(dá)到施工要求即可。其中，可用以下工程實(shí)驗(yàn)總結(jié)的計(jì)算公式，估算用以調(diào)整泥漿比重的膨潤土量：

其中，m為需要添加的膨潤土量；ρ1為沖擊鉆鉆孔過程中需要的泥漿相對(duì)密度；ρ2為旋挖鉆鉆孔過程中需要的泥漿相對(duì)密度；γw為水的密度。

3)泥漿的管理。經(jīng)過數(shù)根樁的灌注施工后，泥漿池底部會(huì)沉積一定厚度經(jīng)清孔帶出的渣子，使泥漿面抬高，因此，需要間歇性的清底除渣，或者挖沉淀池配合施工。注意，泥漿池宜低于沉淀池，泥漿經(jīng)過沉淀后流入泥漿池，可循環(huán)使用。

4)突發(fā)狀況的處理。海南多臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)必伴隨著大雨，而大雨天氣會(huì)直接改變泥漿池內(nèi)的水量，從而造成泥漿性能指標(biāo)的改變，遇到此類情況，需要抽排表層清水，后用泥漿泵，或者挖機(jī)鏟，攪拌均勻，再投入比例的適量配料重新調(diào)制泥漿，以保證其三大性能指標(biāo)在施工需求的范圍之內(nèi)。

4.3 操作要點(diǎn)

1)測量放樣。根據(jù)復(fù)測的導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)成果，用全站儀進(jìn)行樁基中心位置放樣。用細(xì)木樁大致標(biāo)記該點(diǎn)，周圍呈四方形打木樁，采用拉線十字交叉控制中心位置，并復(fù)測校準(zhǔn)。

2)埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒在樁基施工中具有固定樁位、保護(hù)孔口不坍塌、隔離地面水、維護(hù)孔壁和鉆孔導(dǎo)向等作用，因而，其尺寸和埋設(shè)都十分關(guān)鍵。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，實(shí)際地質(zhì)情況，以及相關(guān)規(guī)范要求，本樁孔的開挖采用鋼護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)徑180 cm，護(hù)筒長度延伸至巖層頂面。護(hù)筒埋設(shè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其垂直度，確保樁位準(zhǔn)確。護(hù)筒坑采用人工開挖，將十字中心沉入坑底，吊車吊放護(hù)筒，使護(hù)筒平面中心位置與樁中心一致，平面位置的偏差控制在50 mm以內(nèi)，豎直線傾斜不大于1%。護(hù)筒底部用粘性土予以分層夯實(shí)。

注意，護(hù)筒頂要高出地面0.30 m，護(hù)筒周圍0.5 m范圍，使用粘性土加筑一圈保護(hù)壁，保證護(hù)筒內(nèi)泥漿有一定水位，使孔內(nèi)護(hù)壁壓力不小于壁的主動(dòng)土壓力，以達(dá)到護(hù)壁效果。

3)一期沖擊鉆階段。在中風(fēng)化玄武巖層中沖孔，必須經(jīng)常提鉆，檢查鉆頭和鋼絲繩的磨損情況，查看轉(zhuǎn)向裝置的靈活性和連接的牢固性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保施工效率和施工安全。

經(jīng)常檢測成孔的垂直度，以防偏孔、擴(kuò)孔，增加混凝土的成本。

堅(jiān)持先慢后快的原則，過程中注意隨時(shí)監(jiān)測泥漿的指標(biāo)，并及時(shí)調(diào)整，使泥漿與地質(zhì)情況同步，保持在最佳功能的狀態(tài)。

另外，在提鉆快到護(hù)筒底部時(shí)，要慢慢提起，防止碰到護(hù)筒口，造成護(hù)筒底部塌孔或者護(hù)筒錯(cuò)位變形等事故。

4)二期旋挖鉆階段。玄武巖以下，多為粘性土，根據(jù)其土質(zhì)特征同步調(diào)整泥漿比重、粘度，使其充分發(fā)揮潤滑護(hù)壁、裹渣清孔的性能。

旋挖鉆進(jìn)過程中，隨時(shí)注意孔內(nèi)水壓差，泥漿比重、粘度以防塌孔。同時(shí)，還要檢測豎直度，避免發(fā)生斜孔、偏孔等問題。

如因故停鉆，把鉆頭提至孔外，防止塌孔埋鉆，并把孔口加蓋或者張拉防護(hù)圈，防止工人不慎墜入。

5)交接階段。前后兩期施工，要相互照顧、緊密銜接，有條不紊的開展，如泥漿比重的調(diào)整、護(hù)筒位置在埋設(shè)時(shí)和交接時(shí)進(jìn)行兩次復(fù)測。

另外，過程中要做好鉆孔起止時(shí)間、土質(zhì)、深度等數(shù)據(jù)的記錄，以方便回顧查閱。

4.4 偏孔問題的分析與處理

沖孔過程中，偏孔發(fā)生較頻繁。主要是因?yàn)闃犊追秶龅椒蔷|(zhì)巖或探頭石，使鉆頭向軟質(zhì)邊傾斜。而隨著深度的推進(jìn)，由于軟質(zhì)邊的方向不定，當(dāng)軟質(zhì)邊方向在同一個(gè)平面，一層一層疊加，可能造成“蛇形孔”；當(dāng)軟質(zhì)邊方向不在同一個(gè)平面內(nèi)，甚至?xí)霈F(xiàn)“環(huán)狀孔”，如圖2所示。

偏孔造成最直接的后果就是卡鉆，甚至還會(huì)影響后期鋼筋籠的安裝，造成鋼筋籠無法入孔等。那么就這一問題應(yīng)該如何處理，下面舉例說明其解決方法。

以樁口范圍遇到非均質(zhì)巖而造成偏孔的情況為例：首先，及時(shí)回填片石及粘土，后采用小沖程鉆進(jìn)，將片石和粘土壓密實(shí)，繼續(xù)鉆孔，若仍然偏孔，可采用C30以上混凝土灌注，重新鉆進(jìn)。通常，采用這種“修補(bǔ)均勻，重新鉆進(jìn)”的方法，即可順利解決問題。

5 應(yīng)用效果

海秀快速路項(xiàng)目一期工程，針對(duì)這種上覆玄武巖的樁位，利用沖擊鉆與旋挖鉆聯(lián)合施工的工藝技術(shù)，獲得了很好的效果。到目前為止，共完成了252根樁，與單一使用沖擊鉆施工比較，縮短了近一半的工期，樁基質(zhì)量檢查均為Ⅰ類，得到了監(jiān)理、業(yè)主及社會(huì)的一致好評(píng)。

6 結(jié)語

通過此次對(duì)上覆玄武巖地層中成孔施工技術(shù)的總結(jié)，凸顯了在復(fù)雜地質(zhì)情況中，沖擊鉆與旋挖鉆聯(lián)合施工的可取性，強(qiáng)調(diào)了泥漿在施工過程中的重要性。該方法突破了傳統(tǒng)單一成孔工藝的理念，集中發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢，有效的提高了施工效率，降低了施工成本。另外，本文還淺談了偏孔的成因和糾偏的方法?？傮w上，本方法改善了此類地質(zhì)情況的成孔施工工藝和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的增值。

[1] GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

Discussion on pile foundation hole-forming construction methods in basalt-overlying stratum

Wang Guangjie Zhu Chengbin

(China1stMetallurgyGroupCorporationTrafficEngineeringCompany,Wuhan430081,China)

Taking the Haixiu express highway phase I engineering as an example, through analyzing basalt-overlying stratum engineering geology conditions, studies the impact of basalt upon the construction, puts forward the pile foundation hole-forming scheme by combining percussion drilling with rotary drilling, and describes major construction technologies and operation points. As a result, it effectively improves construction efficiency.

basalt, slurry, percussion drilling, rotary drilling, drill hole

2015-01-19

王廣杰(1989- )，男，助理工程師； 朱成斌(1966- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)10-0080-03

TU473

A