海水環(huán)境沖擊鉆孔灌注樁清孔質(zhì)量控制

葉 超

(福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心)

1 概述

清孔是鉆孔灌注樁施工中重要的一環(huán)，其主要的目的是降低泥漿的相對(duì)密度、粘度、含砂率等指標(biāo)，清除鉆渣，減少孔底沉淀厚度，防止樁底沉渣過厚而降低樁基承載力。其常見的主要清孔方法有兩種。正循環(huán)換漿法和反循環(huán)抽漿法。通常正循環(huán)換漿法用于沖擊鉆施工，反循環(huán)抽漿法則應(yīng)用于回旋鉆施工。

正循環(huán)換漿法:就是通過泥漿泵將較大比重的泥漿通過泥漿管注入孔底，利用泥漿的比重懸浮起鉆漿，并通過泥漿自孔底向孔口的流動(dòng)將鉆渣排出孔外。

反循環(huán)抽漿法則是通過空壓機(jī)和風(fēng)管在排渣管(導(dǎo)管)一定深度位置注入壓縮空氣，使壓縮空氣與導(dǎo)管內(nèi)的泥漿混合后形成氣、水混合物，從而與導(dǎo)管外的孔內(nèi)泥漿形成負(fù)壓，使得風(fēng)管內(nèi)的水、氣混合物在負(fù)壓下向風(fēng)管口流動(dòng)，在導(dǎo)管底口產(chǎn)生的“吸力”，將孔底的鉆渣及泥漿抽出孔外。除渣后的部分泥漿再循環(huán)至孔內(nèi)，同時(shí)補(bǔ)充新的泥漿。

在海水環(huán)境中，由于海水中富含的Cl-、Mg2+、Ca2+，從而會(huì)降低泥漿的粘度和膠體率，使得泥漿懸浮能力較差，一旦靜置，泥漿中土顆粒則極易聚集和下沉，清孔排渣困難。因此，在海水環(huán)境中實(shí)施鉆孔，通常需采取專門的海水泥漿配方，即通過在泥漿中加入如聚陰離子纖維素PAC等來提高泥漿保持粘度和膠體率的能力，同時(shí)增強(qiáng)泥漿的耐鹽抗鈣性能。但對(duì)于大多數(shù)工程而言，聚陰離子纖維素PAC等添加劑的成本相對(duì)較高(每立方米約增加成本40～60元)，而施工中由于鉆孔墩位的不停變換，泥漿的回收和利用較為困難。因此，選用不加添加劑的普通泥漿的情況就普通存在，如此一來，海水環(huán)境中的鉆孔灌注樁清孔質(zhì)量更顯重要。

2 海水中沖擊鉆鉆孔沉渣原因分析

2.1 原因一

沖擊鉆一清大多正循環(huán)排渣。由于泥漿中含有大量的土顆粒，受海水泥漿粘度及膠體率差的影響，土顆粒在海水的懸浮能力較差，當(dāng)泥漿攜帶鉆渣由孔底向孔口流動(dòng)至一定高度后，不同粒徑的土顆粒就會(huì)在不同高度位置停止上升，懸浮于半空中。而隨著一清時(shí)泥漿的不停循環(huán)，孔中部的泥漿濃度越來越大，土顆粒相互吸附，形成較大顆粒，就又逐漸沉向孔底。這樣一來不僅降低了第一次清孔的效率，而且還會(huì)在鋼筋籠下時(shí)，由于此時(shí)泥漿相對(duì)處于靜置，從而在孔底形成較厚的沉渣，甚至可達(dá)數(shù)米。這些較厚的沉渣往往在二次清孔時(shí)也無法徹底清除，特別是孔底鋼筋籠四周。且這些濃泥漿一但與泥漿中的砂結(jié)合，形成板結(jié)，則更不易清除，從而導(dǎo)致沉渣超標(biāo)。

2.2 原因二

沖擊鉆在臨近終孔時(shí)，此時(shí)由于孔深基本處于該樁最大深度，排渣較為困難。通常作法為拋填粘土，從而增加泥漿比重以利于排渣。而此時(shí)由于即將面臨終孔，從為防止超鉆和減小對(duì)孔底持力層的破損的角度出發(fā)，通常情況下采用50 cm小沖程沖擊，以縮小進(jìn)尺，減少孔底持力層的破壞;同時(shí)也以此撓動(dòng)底部鉆渣，使之懸浮后經(jīng)正循環(huán)排出。但如此一來，由于鉆頭僅在50 cm有限的小沖程上、下活動(dòng)，鉆頭的旋轉(zhuǎn)角度很小，從而導(dǎo)致孔底所拋粘土和聚集下沉的土顆粒無法被鉆頭撓動(dòng)到，無法形成泥漿，相反則可能吸附于于孔底，形成所謂的“死泥”。從而導(dǎo)致在一、二次清孔時(shí)均無法吸出，形成沉渣。

2.3 原因三

通常鉆孔樁二清采用氣舉反循環(huán)清孔，效率較高且好。但對(duì)于板結(jié)物往往效率及效果將大為折減。其原因在于深泥漿與泥漿中的細(xì)砂、粉細(xì)砂、鉆渣結(jié)合形成的板結(jié)物通常較致密(這一點(diǎn)可從很多工程的取芯芯樣看出)，從而使得二清時(shí)流動(dòng)的泥漿很難浸入到其內(nèi)部，從而導(dǎo)致“吸力”大為降低，這也是為什么氣舉反循環(huán)能把10～20 cm左右卵石吸出卻未必能夠?qū)⒖椎壮猎蓛舻脑蛩凇?/p>

在二次清孔時(shí)，雖然會(huì)將導(dǎo)管沿孔四周作上、下移動(dòng)，但由于此時(shí)導(dǎo)管的直徑與孔深相差極為懸殊，系一個(gè)細(xì)柔桿件，從而使得導(dǎo)管口雖然在沿孔四周作移動(dòng)，但導(dǎo)管底口由于沉渣的影響，移動(dòng)的軌跡通常僅限于孔中心的一定范圍。在導(dǎo)管作上、下活動(dòng)時(shí)，由于導(dǎo)管的自重破壞了孔底中心位置的沉渣，從而使得孔底中心位置沉渣會(huì)吸出，但孔的四周任無法有效吸出，從而形成鍋底狀沉渣。

圖1 氣舉反循環(huán)清孔鍋底狀沉渣形成示意圖

3 針對(duì)措施

針對(duì)上述海水環(huán)境中清孔存在的困難和方法上的不足，采取改進(jìn)清孔工藝、加強(qiáng)一清質(zhì)量、控制終孔后泥漿中的細(xì)砂含量和土含量等措施。

(1)優(yōu)化清孔方法。采用正、反循環(huán)結(jié)合法清孔，即一清和二清采用正反循環(huán)交替清孔。樁孔終孔后一清時(shí)，首先保證在孔底錘頭反復(fù)撓動(dòng)的情況下，用正循環(huán)清孔，之舉在于沖散孔內(nèi)粗粒徑鉆渣和孔底殘余的粘土;之后再進(jìn)行反循環(huán)清孔，其作用時(shí)快速排出因正循環(huán)作用懸浮起來鉆渣及泥塊，并初步調(diào)整泥漿指標(biāo)。二次清孔則主要采用反循環(huán)，其作用是進(jìn)一步降低泥漿中的砂率和泥漿比重;期間根據(jù)實(shí)際情況穿插采用正循環(huán)清孔，其作用沖起并懸浮鋼筋籠四周及孔底的沉渣，避免鍋底狀沉渣的出現(xiàn)。兩者相互作用，達(dá)到將沉底沉渣清理干凈并及時(shí)排出孔外的目的。

(2)為了防止粘土沒及時(shí)轉(zhuǎn)化成泥漿而吸附于孔底的狀況出現(xiàn)，嚴(yán)禁杜絕在摩擦樁2～3 m，端承樁50～100 cm范圍內(nèi)嚴(yán)格直接向孔內(nèi)投注粘土造漿的作法，期間泥漿指標(biāo)如不能滿足排渣要求，則采用方法:人工造濃漿補(bǔ)漿;下風(fēng)管采用反循環(huán)排渣，即將反循環(huán)排渣管下鉆頭頂3～4 m，在沖擊鉆進(jìn)時(shí)，同時(shí)開啟反循環(huán)排渣，完成最后1～2 m鉆進(jìn)。

(3)增加配置泥漿旋流分離器和配套的空壓機(jī)，降低泥漿中的土顆粒和含砂量，減少海水環(huán)境中板結(jié)層厚度，保證第一次清孔、第二次清孔質(zhì)量。

(4)為防止孔壁泥皮過厚，在入巖前鉆頭上加焊鋼筋箍，刮除孔壁多余泥皮;且下放鋼筋籠時(shí)，底節(jié)鋼筋籠添加足夠的圓形墊塊，用于鋼筋導(dǎo)向，避免鋼筋籠箍筋大面積刮落泥皮。

針對(duì)以上措施存在正循環(huán)與反循環(huán)相互頻繁切換的問題，為保證鉆孔效率，提高清孔質(zhì)量，通過改進(jìn)氣舉反循環(huán)導(dǎo)管體系，來達(dá)到正、反循環(huán)交替的便捷。正反循環(huán)交替清孔工藝示意圖如下。

圖2 蝶閥關(guān)、三通接循環(huán)池泥漿泵，正循環(huán)

反循環(huán):蝶閥開，頂面三通管接空壓機(jī)高壓皮管，壓縮空氣通過風(fēng)管進(jìn)入導(dǎo)管，帶動(dòng)泥漿經(jīng)過閘閥從排渣管排出，形成反循環(huán)。

正循環(huán):閘閥關(guān)閉，三通管接沉降池泥漿泵，泥漿通過風(fēng)管順導(dǎo)管進(jìn)入孔底，帶動(dòng)沉渣從孔口排出，形成正循環(huán)。

4 清孔質(zhì)量的檢查方法

根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，一般端承樁孔底沉渣不大于5 cm，摩擦樁不大于15 cm?；炷翝沧⑶澳酀{指標(biāo)應(yīng)達(dá)到以下要求:比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20 s。

根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，清孔前樁底沉渣過厚或清孔時(shí)間過長時(shí)，孔底沉渣易板結(jié)，一般平底測(cè)錘無法量測(cè)準(zhǔn)確，另外摩擦樁終孔后由于一清、二清的反復(fù)清孔，易將樁底軟土層吸附成鍋底或凹凸不平狀，使得樁底標(biāo)高發(fā)生變化，這些給量測(cè)孔底沉渣厚度帶來了困難，如何有效而準(zhǔn)確地來判斷清孔后的沉渣厚度，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可通過以下兩點(diǎn)方法來判斷沉渣指標(biāo)是否滿足要求。(1)對(duì)于基巖較硬樁基，可使用重4 kg平底測(cè)錘在孔底多個(gè)方向下放撞擊基巖的反彈情況來判斷。(2)對(duì)于摩擦樁或基底較軟樁基，可通過同時(shí)在多個(gè)相同位置下放相同重量的平底測(cè)錘和尖頭測(cè)錘量取孔深，若所測(cè)孔深相差較小，也可反映樁底清孔較理想。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，在海水環(huán)境中，采取以上清孔方法及施工控制措施，清孔效果徹底，減少了孔底沉渣厚度，壓縮了清孔時(shí)間，提高了清孔效率和清孔質(zhì)量，降低了施工成本。經(jīng)取芯驗(yàn)證表明混凝土芯與基巖結(jié)合密實(shí)，成樁質(zhì)量可得到保證。

[1]王志軍.淺述鉆孔灌注樁試成孔[J］.山西建筑，2007，(14).

[2]李叔陽.淺談鉆孔灌注樁施工工藝及質(zhì)量控制[J］.科技信息，2009，(31).

[3]黃少忠.鉆孔灌注樁施工過程質(zhì)量控制[J］.建筑設(shè)計(jì)管理，2006，(4).