鉆孔灌柱樁在礫卵石層中的施工探討

馬文忠

摘 要：鉆孔灌注樁是目前常用的一種樁基技術(shù)，適用范圍廣，單樁承載力高，屬于非擠土樁，對周邊環(huán)境影響??；但在礫卵石土層中經(jīng)常會遇到鉆進(jìn)困難、坍孔、卡鉆、鉆孔傾斜等問題，造成質(zhì)量事故，在建筑工程和市政橋梁工程鉆孔灌注樁的施工中，我們通過一定的技術(shù)措施，如改進(jìn)鉆進(jìn)工藝、調(diào)整鉆頭加壓，優(yōu)化泥漿配比，合理選取清孔工藝等，有效地解決了成孔困難、質(zhì)量難于保證的難題。現(xiàn)總結(jié)成文，供同行遇到類似情況施工時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁； 成孔； 泥漿； 護(hù)壁； 清孔； 礫卵石層

在浙北德清地區(qū)，由于地質(zhì)變化較大，高層建筑和市政路橋工程中，一般采用鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)承載上部荷載。鉆孔灌注樁由于單樁承載力高，施工噪音相對較低、振動也較小，對周邊環(huán)境影響容易控制，加上工程造價(jià)適中等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。鉆孔灌注樁在填土、淤泥質(zhì)土、粉土、粘土、砂土及風(fēng)化巖土中成孔效果較好，施工相對比較容易，質(zhì)量也易用控制；但在礫卵石土層中經(jīng)常會遇到鉆進(jìn)困難、坍孔、卡鉆、鉆孔傾斜等問題，在遇到該類情況時(shí)，如不按實(shí)際情況采取相應(yīng)的有效措施，將會嚴(yán)重影響工程質(zhì)量及進(jìn)度。下面我們用一個(gè)工程實(shí)例的處理經(jīng)驗(yàn)，說明改進(jìn)施工工藝的具體做法。

1.工程慨況：

2014年9月德清縣獅山安置小區(qū)西南兩側(cè)空地區(qū)域擬建造商住樓，總建筑面積41138㎡，共6個(gè)單體圍繞安置小區(qū)呈L形布置。商住樓擬建工程為4-5層，框架結(jié)構(gòu)，南側(cè)為長虹街、西側(cè)為云岫路，與東側(cè)2003年已建的安置小區(qū)房屋最近距離為12m。商住樓原樁基工程采用沉管灌注樁，根據(jù)場地及周圍實(shí)際情況，為避免對周圍建筑及管道的影響，原樁基由設(shè)計(jì)改為鉆孔灌注樁，樁徑800mm和1000mm，設(shè)計(jì)樁長19～25m。巖土工程勘察報(bào)告顯示，部分單體位于河道填土區(qū)域，土層自上而下分布： 3～5m為雜填土和礦渣，15m左右的淤泥或淤泥質(zhì)粘土，20m左右以下為礫卵石層，礫卵石層中礫石粒徑3-15mm，卵石粒徑20-40mm，局部分布瓢石，層面起伏較大。該工程樁端持力層為5層礫卵石夾中砂土，樁端進(jìn)入持力層為3d，單樁豎向承載力特征值分別為900kN和1200kN。

2.樁基工程重點(diǎn)與難點(diǎn)

該樁基工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于一是礫卵石層鉆進(jìn)中的技術(shù)問題，包括：防止漏漿，防止礫卵石層坍孔，防止鉆頭磨損嚴(yán)重、埋鉆，提高礫卵石層鉆進(jìn)效率及清孔質(zhì)量的控制。二是成孔后的清孔問題，如孔底沉渣厚度大于規(guī)范要求，則影響樁基承載力，這幾個(gè)問題直接關(guān)系到樁基工程的質(zhì)量和整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)度。

3.成孔問題及采取的措施

3.1 成孔前，首先要進(jìn)行探障和清障，對雜填土和礦渣回填土中粒徑較大的塊石等障礙物清除，埋設(shè)護(hù)筒，防止鉆孔過程的磚、石掉入孔中。

3.2 由于礫卵石層是地質(zhì)長期沉積形成，粒徑相差較大。樁成孔過程中經(jīng)觀察，鉆頭進(jìn)入礫卵石層時(shí)，產(chǎn)生下述情況，①鉆機(jī)機(jī)體顫動劇烈；②鉆進(jìn)速度緩慢（一般不大于30cm/h）；③鉆頭磨削礫卵石聲響很大；④當(dāng)?shù)[卵石粒徑大于鉆桿內(nèi)徑時(shí)，大粒徑礫卵石難于排出，出渣困難，積少成多礫卵石又增加鉆頭的阻力，極易造成卡鉆和埋鉆現(xiàn)象；⑤鉆機(jī)振動大鉆進(jìn)緩慢，長時(shí)間擾動、清孔，均易造成坍孔。針對以上實(shí)際問題，經(jīng)勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多方討論決定調(diào)整施工工藝，改普通鉆頭為齒牙輪鉆，且施加相應(yīng)的壓力（增加50%的壓重），增加了鉆頭的切割能力以加快了鉆進(jìn)速度，將礫卵石碾碎后用鉆桿排除；對粒徑較大的礫卵石使用沖抓錐處理，在鉆機(jī)底盤上設(shè)置網(wǎng)篩，利用網(wǎng)篩將大卵石從鉆頭頂部帶出。

3.3 礫卵石層中鉆進(jìn)時(shí)，泥漿的性能對鉆進(jìn)效率影響較大，若鉆渣不能及時(shí)返出孔底，會導(dǎo)致鉆頭在孔底重復(fù)破碎鉆渣。根據(jù)該工程實(shí)際情況，泥漿密度粘度的控制十分重要，如果粘度低，無法保護(hù)孔壁，密度低也難以攜帶砂、礫卵石；粘度過高則又易形成較厚的泥皮，將影響樁的承載力。經(jīng)過在試樁過程中多次進(jìn)行對比試驗(yàn)，綜合考慮分析最終確定泥漿密度控制在1.2～1.26t/m3，粘度控制在25～30s之間，當(dāng)泥漿的含砂率>4.5%時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿，利用黏土進(jìn)行調(diào)漿。為使礫卵石及時(shí)隨泥漿排出，不沉積于孔底，也為清孔打好基礎(chǔ)，在泥漿中摻加1kg/m3的水泥。經(jīng)實(shí)踐，孔內(nèi)較大粒徑礫卵石多數(shù)隨泥漿的循環(huán)面排出孔外，提高鉆進(jìn)速度。由于加入了水泥成分，使孔壁附近的礫卵石層被固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的護(hù)壁，促進(jìn)不透水膜在孔壁形成，增強(qiáng)泥膜韌性，取得良好的護(hù)壁效果。

4.合理選取清孔工藝

孔底沉渣值的多少對于鉆孔灌注樁的承載力有著至關(guān)重要的影響。規(guī)范GB50202-2012規(guī)定鉆孔灌注樁孔底最大沉渣厚度允許值為：端承樁≦50mm；摩擦樁≦150mm。因該工程在礫卵石層中成孔難度高，為防止坍孔和加快鉆進(jìn)速度，加大了泥漿比密度，孔壁形成了一定厚度的泥皮；孔內(nèi)還有少量的未隨泥漿循環(huán)面排出的大粒徑礫卵石；同時(shí)當(dāng)鉆孔結(jié)束、提桿，放鋼筋籠，直至灌注混凝土這段過程中，泥漿中的砂、礫卵石將迅速沉淀為沉渣。因此，應(yīng)快速清除孔底的礫卵石、沉渣，保證成樁質(zhì)量。

針對該工程大部分樁長較短，且為摩擦端承樁，因而清孔主要采用常規(guī)的換漿正循壞方式。因成孔時(shí)泥漿比重大，成孔后如何把握清孔時(shí)間及泥漿的置換是控制清孔質(zhì)量的關(guān)鍵。若清孔時(shí)間太短，不易徹底清理沉渣，此時(shí)開始換漿會導(dǎo)致孔底沉渣厚度大于規(guī)范要求，影響樁基承載力。一般情況下清孔時(shí)間長，換漿時(shí)間短。對厚度大于5mm的泥皮，先用刷子沖刷孔壁，終了進(jìn)行清孔，把沉渣、泥皮清出再進(jìn)行微量的換漿工作，泥漿密度調(diào)整至1.05～1.15t/m3，粘度控制在18～22s之間，含砂率<4%，即可終止換漿。對厚度小于5mm的泥皮，可長時(shí)間清孔，按以上方法微量換漿。對殘留在孔中的礫卵石及穩(wěn)定性差的孔壁采用泥漿循壞配合掏渣筒。將帶有張合葉片的鋼管桿插入孔底，使礫卵石、沉渣落到張開葉片上，然后以適當(dāng)?shù)乃俣忍嵘摴?，并通過鋼管的孔用泵注入密度小的泥漿（1.05～1.15t/m3）進(jìn)行微量換漿。清孔時(shí)，用泵注漿保證壓力不少于地下水的壓力，使孔周圍的地下水不會因孔中壓力不夠而滲入孔中，而破壞孔壁泥漿及砂礫卵石土的穩(wěn)定。

5.成樁質(zhì)量的控制

5.1 鋼筋籠的制作，安放和定位

鋼筋籠分段制作，主筋與設(shè)置的架立筋焊接牢固，提高鋼筋籠剛度，按規(guī)格分別堆放；運(yùn)輸時(shí)防止變形，鋼筋籠連接時(shí)要保證電焊質(zhì)量保證（電焊長度、焊縫寬度），鋼筋籠安放完畢，及時(shí)定位固定，防止鋼筋籠下沉或澆注混凝土?xí)r上浮。

5.2 混凝土的灌注

混凝土首灌量對樁基質(zhì)量十分關(guān)鍵：①首灌混凝土的沖擊力和排淤能力直接影響樁尖的嵌巖質(zhì)量；②首灌量還須保證導(dǎo)管下口埋入混凝土的深度不少于1m，不發(fā)生斷樁、夾渣現(xiàn)象，目前均采用商品砼，坍落度一般在180左右，在提導(dǎo)管、拆導(dǎo)管時(shí)，不應(yīng)過高、過多，同樣須保證導(dǎo)管埋入混凝土中深度。

6.工程實(shí)際效果

6.1 成樁時(shí)間： 礫卵石層中成孔，通過改進(jìn)鉆頭和提高泥漿指標(biāo)后，總成孔時(shí)間由原來耗時(shí)20h縮短至10h，比預(yù)期成孔時(shí)間明顯減少。

6.2 成孔質(zhì)量：經(jīng)成孔檢測，提高泥漿密度和泥漿粘度指標(biāo)后，隨機(jī)選擇3-20#，5-40#，6-50#樁時(shí)間進(jìn)行12h孔壁穩(wěn)定檢測，檢測結(jié)果表明孔徑、孔壁穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

6.3 成樁質(zhì)量：樁基工程完成后，按規(guī)范JGJ106-2014要求對全數(shù)的基樁進(jìn)行樁身完整性檢測（小應(yīng)變）和每個(gè)單體3個(gè)基樁的靜載荷試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果全部工程樁均為I類樁。2015年12月房屋建成后，竣工驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行的沉降觀測表明，房屋最大沉降量為8mm，相鄰柱間沉降差為0.05%。均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

7.結(jié)語

混凝土鉆孔灌注樁在礫卵石層中的施工具有一定難度，施工過程中的質(zhì)量控制尤其重要，因此應(yīng)在結(jié)合工程地質(zhì)實(shí)際情況，對工程樁施工的難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行分析，抓住關(guān)鍵點(diǎn)，制定相適應(yīng)的施工方案，選擇合理的施工工藝，準(zhǔn)備必要的材料及工具，重視施工管理，嚴(yán)格控制鉆孔灌注樁施工的每個(gè)環(huán)節(jié)，工程質(zhì)量是能得到保證的。