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，并對主要的施工技術及操作要點進行了闡述，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

海口市海秀快速路一期工程，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%。

本項目沿線場地主要通過的地貌單元為：海積Ⅱ級階地、海積Ⅲ級階地、火山熔巖低臺地等，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)構呈斑狀，氣孔構造和杏仁構造較普遍，其體積密度為2.8 g/cm3～3.3 g/cm3，致密者壓縮強度很大，可高達300 MPa，有時甚至更高。

正是其結(jié)構和高硬度的特點，給成孔施工造成了諸多難點：

1)成孔過程中對機具的磨損破壞很大，養(yǎng)護成本較高；

2)成孔速度緩慢，施工工期較長；

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

3 施工方案的確定

針對此種地質(zhì)特點，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，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承臺位中1號樁為例，其樁的設計直徑為1.5 m，樁長60 m，分別采用A，B，C三種方案施工，匯總其機械臺班和施工周期信息，如表2所示。

對比分析，大型旋挖機在巖層的掘進速度快于沖擊鉆，但對機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比

4 施工技術

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。當巖層頂面標高高于承臺底標高時，先將整個承臺范圍內(nèi)的巖石破除開挖完成，再將承臺基坑分層回填并壓實，后測量放樣、埋設護筒、使用旋挖機完成挖孔即可。當巖層頂面標高低于承臺底標高時，如Pm27承臺位地層的情況，其工藝流程如圖1所示。

此處之所以要先將承臺范圍的巖層破除后分層換填壓實，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，再進行承臺范圍巖石的破除，極易導致樁頭的破壞，甚至造成樁身開裂、斷樁等嚴重后果。

4.2 泥漿的制備和應用管理

泥漿質(zhì)量，是成孔過程中一個十分重要的因素，它直接影響到挖孔和灌注過程的順利與否。施工時，要根據(jù)地質(zhì)情況和施工需要，隨時調(diào)整泥漿的比重、粘度、含砂率三大性能指標。

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，隨時檢測泥漿的比重、粘度，補加材料，直至達到理想狀態(tài)即可。

4.2.2 技術要點

1)泥漿三大指標的確定。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，對孔壁擾動較大，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，其性能指標不是固定不變的，需要根據(jù)不同施工階段的需要進行補加材料，調(diào)制達標后方可繼續(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)注入清水攪拌，均勻后檢測其指標，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，不斷重復此操作，直至各指標達到施工要求即可。其中，可用以下工程實驗總結(jié)的計算公式，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密度；ρ2為旋挖鉆鉆孔過程中需要的泥漿相對密度；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。海南多臺風，臺風必伴隨著大雨，而大雨天氣會直接改變泥漿池內(nèi)的水量，從而造成泥漿性能指標的改變，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在施工需求的范圍之內(nèi)。

4.3 操作要點

1)測量放樣。根據(jù)復測的導線點、水準點成果，用全站儀進行樁基中心位置放樣。用細木樁大致標記該點，周圍呈四方形打木樁，采用拉線十字交叉控制中心位置，并復測校準。

2)埋設護筒。護筒在樁基施工中具有固定樁位、保護孔口不坍塌、隔離地面水、維護孔壁和鉆孔導向等作用，因而，其尺寸和埋設都十分關鍵。根據(jù)設計圖紙，實際地質(zhì)情況，以及相關規(guī)范要求，本樁孔的開挖采用鋼護筒，護筒內(nèi)徑180 cm，護筒長度延伸至巖層頂面。護筒埋設時應嚴格控制其垂直度，確保樁位準確。護筒坑采用人工開挖，將十字中心沉入坑底，吊車吊放護筒，使護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%。護筒底部用粘性土予以分層夯實。

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

3)一期沖擊鉆階段。在中風化玄武巖層中沖孔，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、擴孔，增加混凝土的成本。

堅持先慢后快的原則，過程中注意隨時監(jiān)測泥漿的指標，并及時調(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，在提鉆快到護筒底部時，要慢慢提起，防止碰到護筒口，造成護筒底部塌孔或者護筒錯位變形等事故。

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)揮潤滑護壁、裹渣清孔的性能。

旋挖鉆進過程中，隨時注意孔內(nèi)水壓差，泥漿比重、粘度以防塌孔。同時，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、護筒位置在埋設時和交接時進行兩次復測。

另外，過程中要做好鉆孔起止時間、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。主要是因為樁孔范圍遇到非均質(zhì)巖或探頭石，使鉆頭向軟質(zhì)邊傾斜。而隨著深度的推進，由于軟質(zhì)邊的方向不定，當軟質(zhì)邊方向在同一個平面，一層一層疊加，可能造成“蛇形孔”；當軟質(zhì)邊方向不在同一個平面內(nèi)，甚至會出現(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，及時回填片石及粘土，后采用小沖程鉆進，將片石和粘土壓密實，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。通常，采用這種“修補均勻，重新鉆進”的方法，即可順利解決問題。

5 應用效果

海秀快速路項目一期工程，針對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，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)主及社會的一致好評。

6 結(jié)語

通過此次對上覆玄武巖地層中成孔施工技術的總結(jié)，凸顯了在復雜地質(zhì)情況中，沖擊鉆與旋挖鉆聯(lián)合施工的可取性，強調(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，實現(xiàn)了項目的增值。

[1] GB 50202—2002，建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(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，高級工程師

1009-6825(2015)10-0080-03

TU473

A