粉砂層地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的成樁工藝選擇及質(zhì)量控制*

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

昆山市中環(huán)快速化改造工程位于江蘇省昆山市，工程范圍包含黃浦江路（東線）、G312（南線）、江浦路（西線）、S339（北線）合圍的四邊道路，總長(zhǎng)44.21 km。昆山中環(huán)主線高架全長(zhǎng)39.77 km，地面道路4.43 km，雙向6 車道，寬度25.5 m， 設(shè)計(jì)速度80 km/h。

工程樁全部采用鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁徑分為1.2 m、1.5 m及1.8 m，最大樁長(zhǎng)約80 m，共計(jì)14 896 根。該處的樁基均為獨(dú)立承臺(tái)樁，對(duì)樁基的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。

昆山地區(qū)地層中砂層（包括細(xì)砂及粉砂）分布較厚，不易清除，容易造成沉渣，以至于原土造漿已經(jīng)不能滿足泥漿指標(biāo)的要求，故在該地質(zhì)條件下如何選擇一套比較合適的鉆孔灌注樁成樁工藝成為了本次施工的一個(gè)重要課題。

2 首次試樁施工[1,2]

2.1 試樁概況

首次鉆孔灌注樁試樁位置為陸家互通立交C匝道8#墩的2#樁。樁徑1 200 mm、樁底標(biāo)高為-68.6 m、地面標(biāo)高+3.00 m，鉆孔深度為71.65 m。

2.2 施工工藝介紹

采用GPS-15型鉆機(jī)正循環(huán)鉆孔施工工藝。C8-2樁成孔施工時(shí)間為39.3 h，第1次清孔時(shí)間2 h，提鉆2 h。

泥漿循環(huán)池總?cè)莘e10 m3，廢漿池、儲(chǔ)漿池未采用。施工過(guò)程中均為自然造漿，未使用新漿置換，無(wú)泥漿外運(yùn)。采用正循環(huán)成孔、清孔工藝。

2.3 成孔檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，從孔口向下12～61 m處孔徑最小為1 080 mm，位于粉土層及粉砂層內(nèi)普遍為1 120 mm，達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑1 200 mm，樁底沉渣厚度約為10 m。

2.4 原因分析

粉土層及粉砂層中鉆進(jìn)速度過(guò)快，掃孔不足；粉砂層較多，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)有效的除砂措施，泥漿含砂量過(guò)大；使用機(jī)型為GPS-15，扭矩及樁機(jī)自重存在不足，鉆頭晃動(dòng)擾動(dòng)樁體。

3 成樁工藝的選擇[3,4]

根據(jù)首次試樁失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及原因的分析，對(duì)昆山當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和鉆孔灌注樁的施工工藝進(jìn)行了認(rèn)真的研究，最后結(jié)合本工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，提出以下2 個(gè)鉆孔灌注樁成孔施工工藝。

3.1 回旋法鉆孔樁施工工藝

回旋法鉆孔樁施工即采用GPS-20型號(hào)的樁機(jī)正循環(huán)成孔、正循環(huán)清孔，配備1 臺(tái)大功率的除砂機(jī)，同時(shí)采取人工造漿。

3.1.1 GPS-20型鉆機(jī)相比GPS-15型鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

首次試樁鉆孔采用的是GPS-15型鉆機(jī)，其扭矩是17.65 kN·m，而GPS-20鉆機(jī)扭矩是30 kN·m，可以減少對(duì)泥漿護(hù)壁的影響，GPS-20下鉆時(shí)采用中擋轉(zhuǎn)速40 r/min，且相對(duì)GPS-15鉆機(jī)可以更加有效地控制成孔速度，配合合理的掃孔工藝，能夠更好地增加泥漿護(hù)壁的效果。

3.1.2 大功率除砂機(jī)的作用

由于昆山地質(zhì)中粉砂分布較厚，且多為細(xì)砂和粉砂，一般的循環(huán)和沉降措施不能夠?qū)⑵淝宄菀自斐沙猎?，從而影響樁基的質(zhì)量。根據(jù)首次試樁的結(jié)果顯示，在沒(méi)有使用除砂機(jī)的前提下，剛提鉆完成后的沉渣深度達(dá)到10 m，約11.3 m3的粉砂，可見(jiàn)昆山地質(zhì)中粉砂含量之大。

3.1.3 人工造漿

由于上部黏土層不是很厚，原土造漿已經(jīng)不能滿足要求，根據(jù)首次試樁的經(jīng)驗(yàn)，鉆機(jī)在黏土層中鉆進(jìn)時(shí)采用原土造漿，當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)其它土層中時(shí)采用人工造漿對(duì)泥漿的指標(biāo)進(jìn)行控制，同時(shí)加強(qiáng)過(guò)程中泥漿指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，確保過(guò)程中的泥漿密度為1.03～1.10 g/cm3，黏度為18～22 s，含砂率＜4%。

綜上，GPS-20型號(hào)鉆機(jī)回旋法鉆孔樁施工工藝可以很好的解決樁機(jī)扭矩及自重不足的問(wèn)題，大大減少了對(duì)樁體的擾動(dòng)；黑旋風(fēng)除砂機(jī)也可以有效地控制泥漿的含砂率，確保在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

3.2 旋挖法鉆孔樁施工工藝

旋挖法鉆孔樁施工即采用不小于280型號(hào)的旋挖機(jī)，同時(shí)配備合理的人工造漿。旋挖法成孔工藝與其他樁基不同，采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝，是一種無(wú)沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法，非常適用于砂土層的施工。

旋挖鉆機(jī)工作時(shí)能原地作整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋挖鉆機(jī)鉆孔取土?xí)r，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時(shí)切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土；遇硬土?xí)r，自重力不足以使斗齒切入土層，此時(shí)可通過(guò)加壓油缸對(duì)鉆桿加壓，強(qiáng)行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后，由起重機(jī)提升鉆桿及鉆斗至地面，拉動(dòng)鉆斗上的開關(guān)即打開底門，鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動(dòng)排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門，再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進(jìn)行下一斗的挖掘。旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動(dòng)、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

鉆孔時(shí)，在黏土層或者粉質(zhì)黏土層中鉆斗升降速度為0.8 m/s，提鉆前時(shí)需反轉(zhuǎn)2 圈合上取土門，并使鉆具表面黏土與鉆斗外壁脫離，以防鉆斗提升時(shí)鉆斗外壁沾有黏土造成坍孔；砂土層及粉砂層中鉆斗升降速度為0.7 m/s，提鉆前需反轉(zhuǎn)1 圈，反轉(zhuǎn)幅度不宜過(guò)大，僅關(guān)閉取土門即可，砂土層內(nèi)最后提升前，在取土深度范圍內(nèi)，需停留數(shù)秒，給予孔壁處泥漿與砂土一定的穩(wěn)定時(shí)間。

4 再次試樁施工

4.1 回旋法成孔施工

4.1.1 概況

本次回旋法試樁位置為陸家互通立交C匝道6#墩的3#樁。樁徑1 200 mm、樁底標(biāo)高為-62.6 m、地面標(biāo)高+3.528 m，鉆孔深度為66.128 m。

4.1.2 施工工藝介紹

本次試樁采用GPS-20型鉆機(jī)正循環(huán)鉆孔施工工藝，配備1 臺(tái)黑旋風(fēng)ZX-250型號(hào)的除砂機(jī)，同時(shí)采取人工造漿措施。

1）泥漿系統(tǒng)。本次試樁采用膨潤(rùn)土、CMC、純堿等造漿材料進(jìn)行人工造漿，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了泥漿循環(huán)池且為三級(jí)沉淀池，高度1.5 m，總方量≥60 m3，每個(gè)工點(diǎn)設(shè)置儲(chǔ)漿池，方量≥100 m3。

2）泥漿指標(biāo)的檢測(cè)及控制。樁基的成孔過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)泥漿三大指標(biāo)的檢測(cè)和控制，特別是含砂率的控制。在回旋法成孔過(guò)程中每隔2 h對(duì)泥漿的三大指標(biāo)進(jìn)行1 次檢測(cè)并做好記錄，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿指標(biāo)不符合要求立刻采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制。

3）成孔檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，該回旋法樁孔在孔深、孔徑、沉淀厚度以及傾斜度方面均滿足要求，檢測(cè)結(jié)果均為合格。

4.2 旋挖法成孔施工

4.2.1 概況

本次旋挖法試樁位置為陸家互通立交G312主線23#墩9#樁。樁徑1 200 mm、樁底標(biāo)高為-67.4 m、地面標(biāo)高2.773 m，鉆孔深度為70.173 m。

4.2.2 施工工藝介紹

本次試樁采用YTR280旋挖機(jī)施工工藝，同時(shí)采取人工造漿措施。

1）泥漿系統(tǒng)。同回旋法泥漿系統(tǒng)。

2）泥漿指標(biāo)的檢測(cè)及控制。樁基的成孔過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)泥漿三大指標(biāo)的檢測(cè)和控制，特別是含砂率的控制。由于旋挖法成孔時(shí)間一般為7 h左右，故在樁基開鉆之前、過(guò)程中間以及成孔結(jié)束后分別進(jìn)行1 次泥漿指標(biāo)的測(cè)試。如果開鉆之間檢測(cè)不合格絕對(duì)不允許開鉆。

3）成孔檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，該旋挖法樁孔在孔深、孔徑、沉淀厚度以及傾斜度方面均滿足要求，檢測(cè)結(jié)果均為合格。

綜上，針對(duì)昆山這邊的地質(zhì)條件，選擇上述的2 種成孔工藝是非常合理的，并在實(shí)踐中取得了成功。

5 成樁質(zhì)量的控制

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的鉆孔樁施工工藝，成樁的質(zhì)量主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)。

1）泥漿的制備：使用符合要求的造漿材料進(jìn)行造漿，同時(shí)使用中要定期對(duì)泥漿池中的泥漿進(jìn)行三大指標(biāo)的檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有誤差，應(yīng)及時(shí)調(diào)整以使泥漿符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

2）成孔過(guò)程中泥漿的監(jiān)測(cè)：成孔過(guò)程中由于穿過(guò)粉砂層會(huì)使泥漿中的含砂率增大、泥漿相對(duì)密度加大，此時(shí)需打開除砂機(jī)，通過(guò)除砂機(jī)除砂來(lái)降低泥漿的粉砂。

3）混凝土的澆筑：混凝土澆筑是確保成樁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，澆筑前須做好準(zhǔn)備工作，確保泥漿密度為1.03～1.10 g/cm3，黏度為17～20 s，含砂率＜2%，孔底沉渣≤250 mm，在混凝土澆筑過(guò)程中，在保證初灌量的前提下還須保證能連續(xù)緊湊地進(jìn)行。

4）聲測(cè)管的注水保護(hù)：聲測(cè)管是用于一定比例的樁基超聲波檢測(cè)的工具，聲測(cè)管一旦堵塞將影響該樁基的檢測(cè)質(zhì)量。為了保證聲測(cè)管通暢，我們采取在混凝土澆筑的同時(shí)對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行注水，保證內(nèi)外壓強(qiáng)平衡，這樣就有效地保護(hù)了聲測(cè)管。

6 實(shí)施效果

昆山中環(huán)共計(jì)14 896 根鉆孔灌注樁，目前已經(jīng)累計(jì)完成14 760 根，其中完成樁基檢測(cè)的為14 875 根，一類樁14 866 根，二類樁6 根，無(wú)三、四類樁，一類樁比例為99.8%。

7 結(jié)語(yǔ)

在昆山地質(zhì)中粉砂層較厚的情況下，通過(guò)對(duì)大直徑、高深度鉆孔灌注樁的施工得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）施工工藝的選擇正確與否是樁基施工成敗的關(guān)鍵，根據(jù)昆山的地質(zhì)條件以及鉆孔灌注樁的直徑、深度，不管是選擇回旋法還是旋挖法施工，必須保證鉆機(jī)或者旋挖機(jī)的扭矩達(dá)到要求。

2）昆山地質(zhì)中粉砂層較厚，正常的泥漿循環(huán)不能夠有效的將其清除，必須配備1 臺(tái)離心式的除砂機(jī)方可保證泥漿的含砂率達(dá)到規(guī)范的要求。

3）由于地質(zhì)中填土層較薄，沙層較厚，原土造漿已經(jīng)完全不能夠滿足泥漿指標(biāo)的要求，施工過(guò)程中必須采取人工造漿的措施。