凌漢清，阮茂青，汪盛宇

（中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司，北京 102300）

1 引言

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工工藝已經(jīng)十分成熟，但是在穿透厚砂層地質(zhì)條件下，特別是穿透砂層后又遇到巖層的地質(zhì)，選擇沖擊鉆或者回轉(zhuǎn)鉆將造成工期延長或者增加投入，選擇旋挖鉆機(jī)又極易引起塌孔、沉渣厚的問題，甚至存在鉆機(jī)因塌孔而沉陷傾覆的危險(xiǎn)，因此，對該種地質(zhì)的施工工藝控制進(jìn)行研究尤為重要。對此，論文針對該種地質(zhì)施工過程中可能出現(xiàn)的不良狀況進(jìn)行分析和總結(jié)，提出解決措施，為工程項(xiàng)目減少了成本，也為同類工程施工起到很好的借鑒作用。

2 工程概述

徽州大道南延工程地處安徽省廬江縣境內(nèi)，是連接合肥市與廬江縣的一條快速通道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，雙向六車道。該區(qū)域?qū)儆谯讌^(qū)，項(xiàng)目樁基體量大，共2 172根鉆孔灌注樁，樁長分布在32~40 m，樁徑有1.5 m、1.6 m和2.0 m，場地范圍內(nèi)大部分為農(nóng)田，地勢整體較為平坦。根據(jù)橋位樁基附近工程地質(zhì)鉆孔資料顯示，從上至下依次主要以4~6 m黏土層（含素填土、粉砂、淤泥質(zhì)黏土等）、10~20 m砂層（包含細(xì)砂、中砂、粗砂等）及下層強(qiáng)、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖等組成。地下水位高，一般水位在原地面以下約1 m。

3 鉆機(jī)選擇

本標(biāo)段內(nèi)小里程樁長范圍內(nèi)的地層分布自上而下為4~6 m黏土層、10~15 m砂層（包含細(xì)砂、中砂、粗砂）及下層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖組成，強(qiáng)風(fēng)化泥巖抗壓強(qiáng)度≤2 MPa。大里程段范圍內(nèi)依上而下則是4~6 m黏土層、10~20 m砂層（包含細(xì)砂、中砂、粗砂）及下層強(qiáng)、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖組成，其中，中風(fēng)化泥巖抗壓強(qiáng)度在2~15 MPa。因此，在小里程段鉆機(jī)選擇反循環(huán)鉆機(jī)，大里程段選擇旋挖鉆機(jī)。反循環(huán)鉆機(jī)造價(jià)低、成孔速度較快，對孔壁擾動(dòng)較小，但遇到巖層很難鉆進(jìn)。旋挖鉆機(jī)成孔快、對泥漿需求量小，能適應(yīng)軟弱巖層鉆進(jìn)，但對孔壁擾動(dòng)較大。鉆機(jī)選型效果對比見表1。

4 泥漿指標(biāo)控制

泥漿性能指標(biāo)的控制是成孔質(zhì)量保證的一個(gè)重要因素，泥漿指標(biāo)過小，將難以形成有效泥皮護(hù)壁，出現(xiàn)縮孔、塌孔現(xiàn)象，過大又容易造成糊鉆，進(jìn)尺緩慢的情況。為使泥漿滿足性能指標(biāo)，現(xiàn)場采用優(yōu)質(zhì)PHP（聚丙烯酰胺不分散低固相）泥漿[1]，配合比見表2，PHP泥漿性能指標(biāo)見表3。

表3 PHP泥漿性能指標(biāo)表

通過現(xiàn)場實(shí)踐，在這種中間夾砂層的地質(zhì)鉆進(jìn)中，最適宜指標(biāo)是泥漿比重1.14~1.15 g/cm3，黏度18~20 mPa·s，含砂率＜6%。泥漿儲備量應(yīng)達(dá)到樁身3倍體積，各階段泥漿性能指標(biāo)見表4。

在鉆進(jìn)過程中應(yīng)配置濾砂機(jī)，在泥漿循環(huán)中，要及時(shí)過濾鉆進(jìn)中懸浮在泥漿中的砂粒。這是由于砂粒會短暫懸浮于泥漿中，清孔完畢后會很快形成沉渣，造成沉渣過厚，影響樁身質(zhì)量。

5 施工過程控制

5.1 鉆進(jìn)速率

在砂層段，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)速率應(yīng)控制在1~3 m/h，在黏土或軟巖段，以0.5~1 m/h鉆進(jìn)，現(xiàn)實(shí)施工中，往往因疏于管理，在砂層地段鉆進(jìn)過快，極易發(fā)生塌孔，一是由于快速鉆進(jìn)加大對孔壁的擾動(dòng)；二是過快鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭處的泥漿尚未對孔壁形成有效的保護(hù)泥皮，特別在有地下暗流情況時(shí)，極易發(fā)生塌孔。不同地層鉆進(jìn)速度控制見表5。

表5 不同地層鉆進(jìn)速度控制表

5.2 水頭控制

在這種地下水位高、砂層地質(zhì)，如再加上地下暗流，泥漿液面高度控制尤為重要。在實(shí)際施工時(shí)，如地勢平坦，作業(yè)人員往往圖施工簡便，疏于水頭控制，造成孔內(nèi)壓力不足以抵消孔外水土壓力，引起縮孔現(xiàn)象甚至塌孔情況。因此，這種特別地質(zhì)情況下，必須增加水頭高度，因原地面平坦的限制，應(yīng)增加泥漿循環(huán)體系的整體高度，可填土筑島，確?？變?nèi)壓力。針對這種厚砂層地質(zhì)，泥漿水頭高度應(yīng)不低于地下水位高度2.0 m[2]。

5.3 鋼筋籠下放

鋼筋籠下放時(shí)，應(yīng)避免下放時(shí)鋼筋籠觸碰孔壁造成破壞干擾塌孔，需要著重控制好吊放時(shí)的垂直度，要求吊放鋼筋籠時(shí)必須增加頂部扁擔(dān)的方法，嚴(yán)禁直接將吊鉤扣在鋼筋籠上，橫向扁擔(dān)兩邊的吊點(diǎn)距離等于鋼筋籠直徑，保證鋼筋籠基本豎直下放。同時(shí)，鋼筋籠存放和起吊時(shí)要確保不發(fā)生變形，鋼筋籠變形勢必導(dǎo)致下放式剮蹭孔壁。

要盡可能縮短鋼筋籠下放時(shí)間，減少工序銜接時(shí)間，一方面減小塌孔發(fā)生率，另一方面避免沉渣厚度過大。可采取的措施有鋼筋籠節(jié)段加工時(shí)盡可能減少分段數(shù)量，鋼筋籠連接避免采用焊接連接方式，采用機(jī)械連接方法，如直螺紋套筒、冷擠壓套筒等工藝，大大縮短工序時(shí)間。

5.4 水下灌注

在砂層地質(zhì)鉆進(jìn)中，由于懸浮砂顆粒會短暫懸浮后沉底，因此，在二次清孔及沉渣檢測后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灌注。導(dǎo)管進(jìn)場后，需試拼試壓，不得漏水。導(dǎo)管組裝后軸線偏差不超過鉆孔深的0.5%且不大于10 cm，試壓力為孔底靜水壓力的1.5倍，導(dǎo)管底部距孔底有30~40 cm。封底混凝土量根據(jù)計(jì)算確定，保證封底完成后，埋入導(dǎo)管1 m左右。隨混凝土灌注高度提升而拔管，過程中保證導(dǎo)管埋深2~6 m[3]。灌注混凝土應(yīng)具備良好的流動(dòng)性，坍落度宜控制在18~20 cm，控制好灌注速率，因?yàn)榛炷凛^硬或者灌注速度過快都會造成浮籠情況發(fā)生，這不僅會導(dǎo)致鋼筋籠上浮，也會造成鋼筋籠上浮時(shí)擾動(dòng)孔壁，造成砂層孔壁坍落現(xiàn)象，引起混凝土夾層，造成樁身質(zhì)量問題。

首批混凝土灌注前，必須做導(dǎo)管的過球和壓水試驗(yàn)，確保無漏水、滲水現(xiàn)象，驗(yàn)收合格后方能使用，接頭連接處須加密封圈并上緊絲扣，導(dǎo)管下完后，還須進(jìn)行第二次清孔，在灌注混凝土前，再次量測孔深、孔底沉渣厚度。

首盤混凝土灌注量與泥漿至混凝土面高度、混凝土面至孔底高度、泥漿的密度、導(dǎo)管內(nèi)徑及樁孔直徑有關(guān)。首灌混凝土量應(yīng)根據(jù)孔徑進(jìn)行計(jì)算，保證首灌埋管深度＞1 m。首灌混凝土量根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中，V為灌注首批混凝土灌注量，m3；ρ為混凝土密度，t/m3；D為樁孔直徑，m；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，取0.4~0.5 m；H2為導(dǎo)管初次埋深不小于1 m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；Hw為泥漿的深度，m；γw為泥漿的重度，取12 kN/m3；γc為混凝土拌和物的重度，取24 kN/m3。

孔徑越大，首批灌注的混凝土量越多，由于混凝土量大，因此可能出現(xiàn)離析現(xiàn)象，首批混凝土在下落過程中，由于和易性變差，受的阻力變大，常出現(xiàn)導(dǎo)管中堵滿混凝土甚至漏斗內(nèi)還有部分混凝土的現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)加大設(shè)備的起重能力，以便迅速向漏斗加混凝土，然后稍拉導(dǎo)管，若起重能力不足，則應(yīng)用卷揚(yáng)機(jī)拉緊漏斗晃動(dòng)，使混凝土順利下滑至孔底，下灌后，繼續(xù)向漏斗加入混凝土，進(jìn)行后續(xù)灌注。另外，拔管不要太快，否則易導(dǎo)致澆空造成斷樁。

6 結(jié)語

1）反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)適用于含砂地層的成孔，但不適用于非軟弱巖層的情況；旋挖鉆機(jī)適用于非堅(jiān)硬巖層的樁基成孔，在砂層地質(zhì)鉆進(jìn)時(shí)，對孔壁的擾動(dòng)相對較大，易引起擴(kuò)孔、塌孔現(xiàn)象。在穿透厚砂層地質(zhì)后遇到非堅(jiān)硬巖層時(shí)，優(yōu)選旋挖鉆機(jī)成孔，但要在泥漿、鉆進(jìn)速率等方面加以控制。

2）穿透厚砂層地質(zhì)的鉆孔樁泥漿指標(biāo)控制尤為重要，經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該種地質(zhì)的泥漿指標(biāo)為密度1.14~1.15 g/cm3，黏度18~20 mPa·s，含砂率＜6%時(shí)，在防塌孔和保證樁身質(zhì)量上最為適宜。

3）穿透砂層地質(zhì)時(shí)鉆進(jìn)速率要相對緩慢，速率應(yīng)控制在1~3 m/h較為適宜。

4）泥漿液面的高度應(yīng)高出地下水位2.0 m以上。

5）為減少鋼筋籠剮蹭孔壁，可以采用扁擔(dān)梁吊裝的方法確保垂直度，施工過程中應(yīng)盡可能減少工序時(shí)間，可以采用機(jī)械連接替代焊接的方法。

6）水下灌注時(shí)，要保證混凝土坍落度和流動(dòng)性，注意灌注速度，避免浮籠情況的發(fā)生。

徽州大道南延廬江項(xiàng)目采用6臺反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆和4臺280型旋挖鉆機(jī)，通過對泥漿性能指標(biāo)和鉆進(jìn)速率等的過程控制，采用PHP泥漿并可循環(huán)利用，減少了施工成本。成孔檢測結(jié)果表明，垂直度均＜1/300，擴(kuò)孔率＜3%。成樁后檢測樁基完整性良好，I類樁達(dá)到98%。