復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制與提升效率方案比選

嚴(yán)劍

【摘要】本文主要以實際工程為依托，對復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工中沖擊鉆、反循環(huán)回旋鉆和大功率旋挖鉆3種施工方法和施工效果進(jìn)行對比分析，以期確定出最為合適的施工方案。

【關(guān)鍵詞】樁基礎(chǔ)施工；沖擊鉆；反循環(huán)回旋鉆；大功率旋挖鉆

引言

在樁基礎(chǔ)施工中，鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，其為樁基礎(chǔ)整體施工質(zhì)量的提升做出了巨大貢獻(xiàn)。但是截止目前，在復(fù)雜地層內(nèi)進(jìn)行樁孔施工仍是困擾我國施工領(lǐng)域的難題，只有選用對復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)最為適用的施工工藝，才能保證樁孔施工質(zhì)量和施工效率。本研究所涉及的工程為杭州-黃山（高鐵）項目杭州桐廬段富春江特大橋（全長為2986.4m），以主墩22#樁基為研究對象，其地層條件為：上層14m范圍為卵石漂石，往下4-6m地層是強(qiáng)風(fēng)化巖石300KPa，再往下為弱風(fēng)化巖，強(qiáng)度大于450KPa，樁長27m，下面本文就通過分析沖擊鉆、反循環(huán)回旋鉆和大功率旋挖鉆的工藝特點和施工效果，進(jìn)一步比較3種成孔工藝在復(fù)雜地層條件下的具體實用性，希望能為類似工程施工提供有益借鑒。

一、復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制與提升效率鉆孔工藝比較

1.大功率旋挖鉆成孔

大功率旋挖鉆工藝主要是依靠鉆筒取渣方式除渣，采用的是無水循環(huán)施工方式，旋挖鉆機(jī)自帶行走履帶機(jī)構(gòu)和底盤的大功率鉆機(jī)，以柴油機(jī)為動力，此種施工工藝具有以下幾方面優(yōu)點：成孔速度快，廢漿少，噪音低，施工現(xiàn)場整潔，不會對環(huán)境造成較大污染；在砂層、土層、淤泥層、砂礫石層均可應(yīng)用，具有較強(qiáng)的地層適應(yīng)能力，而且還適用于各種樁基礎(chǔ)工程；克服了機(jī)械成孔時孔底沉淤土多、樁側(cè)摩擦阻力小、泥漿管理差等缺點，極大提高了施工質(zhì)量；超方量小，基本上不超方。但在巖石層、卵石漂石層鉆進(jìn)時，鉆齒消耗大，影響鉆進(jìn)效率，碾磨使還會產(chǎn)生較大的振動，容易產(chǎn)生偏位，且成本高，不得不采用沖擊鉆進(jìn)工藝解決。

采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁，孔壁泥皮薄，護(hù)壁效果不好，所以孔壁土層穩(wěn)定性較差。針對鉆進(jìn)易偏斜、易坍塌、難破碎等特點，在實際應(yīng)用中，需做好焊齒滾刀的焊接工藝、焊條以及焊接母材的選擇，本工程專門設(shè)計了旋挖斗。為避免鉆進(jìn)發(fā)生偏斜，采用外圈掏槽，中間定心；鉆進(jìn)過程中及時采用濃度較大的泥漿補(bǔ)漿，泥漿護(hù)壁；為防止塌孔，設(shè)置通氣孔，以消除抽吸作用；選擇較大的筒徑，使耐磨條與孔壁間隙之間保持1cm，使其在鉆進(jìn)過程中起到保徑、支撐作用。

2.沖擊鉆成孔

沖擊鉆成孔主要是利用沖擊鉆頭不斷地沖擊擠壓土壤，將大部分孔內(nèi)泥土、泥砂、石塊、巖渣打碎擠入周圍土體，少部分泥砂和巖渣則通過循環(huán)泥漿工藝或掏渣筒排渣工藝排到孔外，進(jìn)而成孔。此類工藝比較適用于含有漂卵石、石塊的復(fù)雜地層，也能穿透卵石和中等風(fēng)化基巖。在鉆進(jìn)過程中，土層受到擠壓，在孔壁周圍形成比較密實的環(huán)狀土體結(jié)構(gòu)，所以成孔后的孔壁具穩(wěn)定性較好，不會輕易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，另一方面，提鉆時，沖擊鉆鉆頭不提出泥漿面，而且可采用循環(huán)泥漿及時補(bǔ)漿，水頭高度比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)縮孔、塌孔現(xiàn)象。

根據(jù)地質(zhì)情況，鉆頭出量研磨材料提鉆時必須經(jīng)常檢查，復(fù)雜地層提鉆頭次數(shù)增加，由于鉆頭底量和外出量在卵石、基巖中磨損嚴(yán)重，所以必須及時修補(bǔ)，這就降低了純鉆進(jìn)沖擊時間，減少了修補(bǔ)鉆頭的輔助時間，另外就是在提鉆時，應(yīng)在將要達(dá)到護(hù)筒底部時小心地將鉆頭慢慢提起，避免碰撞孔口護(hù)筒，防止塌孔或護(hù)筒錯位變形。

根據(jù)泥漿循環(huán)程序，沖擊鉆成孔施工中可采用正循環(huán)和反循環(huán)兩種排渣方法。正循環(huán)排渣指的是在鉆進(jìn)的同時，通過進(jìn)漿軟管，泥漿泵將泥漿壓進(jìn)鉆頭底，泥漿和鉆渣隨著鉆孔上升而上升，然后從護(hù)筒頂部排漿孔排到沉淀池，鉆渣在此得以沉淀，泥漿則進(jìn)入泥漿池循環(huán)使用。在鉆進(jìn)過程中，鉆渣數(shù)量和鉆渣濃度都呈現(xiàn)上升趨勢，導(dǎo)致不易排出，需重復(fù)碾磨，不利于提高施工效率，而且必須在負(fù)壓條件下才能工作，對排渣管和砂石泵的密封要求非常嚴(yán)格，稍微出現(xiàn)滲漏，排渣系統(tǒng)就不能正常啟動或正常工作，但該工藝也有不易塌孔的優(yōu)點。

3.反循環(huán)回旋鉆成孔

回旋鉆成孔工主要是利用0.02MPa的靜水壓護(hù)壁鉆進(jìn)的，并采用循環(huán)泥漿工藝排渣護(hù)壁，因此，防止鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)坍塌、孔斜非常重要。本工程的成孔工藝調(diào)整后，主要采用反循環(huán)回旋鉆成孔，排渣采用氣舉反循環(huán)方式。回旋鉆機(jī)采用KTY-4000型，該型鉆機(jī)最大鉆孔深度為130m，最大鉆孔直徑4m，功率285kW，整機(jī)自重46t。

二、復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制措施

在具體施工操作過程中很多技術(shù)難以控制，以至于引發(fā)質(zhì)量問題，所以它的質(zhì)量控制是建筑工程中的重要項目，要嚴(yán)格工藝、精細(xì)施工、預(yù)防為主、治理為輔才能提高鉆孔灌注樁質(zhì)量。鉆孔機(jī)有高強(qiáng)度的振動會對土層有影響，甚至影響到鄰近的孔洞容易形成塌孔、斜孔。所以需要在鉆孔的過程中隨時對垂直度進(jìn)行觀測和糾正。如果出現(xiàn)斜孔和塌孔要對鉆機(jī)位置和垂直度進(jìn)行分析。塌孔不嚴(yán)重可以回填砂礫繼續(xù)鉆孔，塌孔嚴(yán)重需要整個鉆孔回填，并且分析是否再進(jìn)行重新鉆孔。要保證成樁質(zhì)量就必須依靠現(xiàn)行的建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。對于原利料質(zhì)保書要進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且進(jìn)行取樣檢測。鉆孔機(jī)、導(dǎo)管也需要用符合建筑行業(yè)規(guī)定。

三、施工效果比較

成孔后，對孔形進(jìn)行檢測，并用鉆桿測量孔深，然后清孔、安裝鋼筋籠、澆筑混凝土，最后將鋼護(hù)筒拔出。根據(jù)檢測結(jié)果，三種成孔質(zhì)量均達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但沖擊鉆鉆頭是靠自重下落，成孔垂直度容易得到保障，鉆進(jìn)過程中對地層擾動較小，護(hù)筒不易出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，樁平面位置易得到保證。另外，在沖擊鉆成孔施工中，要求進(jìn)行泥漿循環(huán)，所以終孔后的含砂率比采用旋挖鉆成孔后的含砂率低，清孔一段時間即可達(dá)到規(guī)范值，有利于保證樁底質(zhì)量。

在工作性能方面，沖擊鉆雖然需人工對準(zhǔn)，效率較低，但可通過加大沖程、提高鉆進(jìn)能力提高對高強(qiáng)度巖層的效果，旋挖鉆則受最大扭矩限制，難以鉆進(jìn)高強(qiáng)度巖層。在鉆孔時間方面，應(yīng)用大功率旋挖鉆，27m長的嵌巖樁成孔時間為9-10d左右，應(yīng)用沖擊鉆為4-9.5d左右，應(yīng)用反循環(huán)回旋鉆為1-4d；在清孔時間上，反循環(huán)回旋鉆成孔鉆進(jìn)距離樁底0.3-0.5m時就可進(jìn)行第一次清孔，清孔與鉆進(jìn)可同時進(jìn)行，所以清孔時間最短。用電耗費上，沖擊鉆明顯低于大功率旋挖鉆和反循環(huán)回旋鉆。綜合上述結(jié)果，筆者認(rèn)為在復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工中，可采用沖擊鉆成孔工藝，

二、結(jié)束語

總之，選用對復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)最為適用的施工工藝尤為重要，這是提高樁孔施工質(zhì)量和施工效率的關(guān)鍵所在。從上文分析來看，沖擊鉆、反循環(huán)回旋鉆和大功率旋挖鉆均能滿足工程施工質(zhì)量要求，但從總體施工效果來看，在復(fù)雜地層樁基礎(chǔ)施工中，可優(yōu)先考慮沖擊鉆成孔工藝，而覆蓋層較厚地段可考慮采用反循環(huán)回旋鉆和大功率旋挖鉆成孔工藝。當(dāng)然，在類似工程中，還需結(jié)合具體情況進(jìn)行比選。

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