砂性土中鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

孫靜 李亞?wèn)|

摘 要：鉆孔灌注樁是目前國(guó)內(nèi)公路橋梁和房屋建筑等土木工程中應(yīng)用最為廣泛的樁基基礎(chǔ)類型之一。鉆孔灌注樁不僅可有效解決抗震、承載等問(wèn)題，還具備施工噪音小、擠土效應(yīng)低等環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。隨著高層建筑的發(fā)展，建筑基礎(chǔ)和樁基深度顯著增加。灌注樁在進(jìn)入砂性土層時(shí)，其成孔和成樁質(zhì)量以及承載力都將受到砂的影響。本文則通過(guò)工程實(shí)踐所得，對(duì)砂性土中鉆孔灌注樁的施工難點(diǎn)進(jìn)行了分析，著重指出了泥漿系統(tǒng)在保證成孔和成樁質(zhì)量中的重要性，概要總結(jié)了相對(duì)應(yīng)的控制措施，可為今后類似樁基基礎(chǔ)的施工和驗(yàn)收提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；砂性土層；泥漿系統(tǒng)

Abstract： bored pile is the current domestic highway bridge and building construction and civil engineering of the most widely used type of pile foundation. Bored pile not only can effectively solve the problems such as earthquake， bearing， but also have low construction noise， low soil squeezing effect environmental protection problem. With the development of high-rise buildings， the building foundation and pile depth increased significantly. Bored pile in sandy soil， the hole and into a pile quality and capacity will be influenced by the effect of the sand. In this paper， through the engineering practice income， on sandy soil in the construction of bored pile difficulty undertook an analysis， pointed out emphatically the mud system to ensure the quality of pile hole and into the importance are summarized， the corresponding control measures， for similar pile foundation construction and acceptance to provide reference.

Key words： bored pile， sandy soil， mud system

引言

灌注樁是指通過(guò)機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等多種。其中，鉆孔灌注樁因其工藝特點(diǎn)，可不受樁徑和樁深的限制，適用于粘性土、粉土、砂土、填土、碎石類，以及地質(zhì)條件比較復(fù)雜、夾層多和風(fēng)化不均、軟硬變化較大的巖層，故廣泛應(yīng)用于高層、超高層的建筑物和重型構(gòu)筑物中。但由于地下施工的不可預(yù)計(jì)因素，加之鉆孔灌注樁的工序繁多，造成其質(zhì)量離散性相對(duì)較大，容易出現(xiàn)塌孔、縮孔、孔斜、沉渣過(guò)大以及斷樁、夾泥等等質(zhì)量問(wèn)題，而這些問(wèn)題之間往往存有很大的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，成孔質(zhì)量為首要關(guān)鍵。

數(shù)十年來(lái)，圍繞鉆孔灌注樁施工工藝改進(jìn)和質(zhì)量防范措施的研究較多，但對(duì)于超深鉆孔灌注樁方面尚無(wú)針對(duì)性的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成果，尤其在樁身進(jìn)入砂性土層時(shí)的施工方面沒有現(xiàn)行的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)可依。作者通過(guò)在某超高層建筑樁基工程中的親身實(shí)踐，以及與各位同仁的研究認(rèn)識(shí)到，采用泥漿護(hù)壁法成孔的超深鉆孔灌注樁（工藝流程如圖1所示），泥漿性能的好壞對(duì)于鉆進(jìn)成孔、清孔以及鋼筋籠下放等工序環(huán)節(jié)上均起著重要的影響作用。無(wú)論對(duì)于成孔質(zhì)量還是最終對(duì)樁的承載能力的發(fā)揮，泥漿質(zhì)量都是重要因素。

本文即以該超高層建筑的樁基工程實(shí)踐為案例，通過(guò)改進(jìn)泥漿循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)置除砂設(shè)備和人工造漿等措施來(lái)調(diào)整控制泥漿比重、粘度指標(biāo)，從而有效保證了超深鉆孔灌注樁的一次成孔合格率和成樁質(zhì)量。該控制措施和工藝方法可對(duì)類似鉆孔灌注樁乃至地下連續(xù)墻施工提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1.施工工藝與風(fēng)險(xiǎn)

1.1工程概況

該超高層建筑位于市區(qū)繁華區(qū)域，為超高層摩天大樓。主樓高度達(dá)600多米，地上121層，地下5層，基礎(chǔ)埋深為30余米多。為降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，工程樁基形式選用了造價(jià)較高但施工噪音小、擠土效應(yīng)低的鉆孔灌注樁，在民用超高層建筑中屬首次應(yīng)用。主樓樁基直徑1米，分為A、B兩種樁型，成孔深度分別達(dá)86米和82米，單樁承載力特征值均為10000KN。

根據(jù)巖土勘察報(bào)告顯示，工程場(chǎng)地地基土在150m深度范圍內(nèi)的土層主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成，自第⑦層起進(jìn)入砂性土層，其中第⑧層粉質(zhì)粘土層缺失，第⑦層和第⑨層為承壓含水層，相為連通。

1.2 施工工藝

經(jīng)工程前期樁型試驗(yàn)，主樓鉆孔灌注樁采用了泵吸反循環(huán)施工工藝，即在上部粘土層（25米深度）采用正循環(huán)，而下部砂土層進(jìn)行泵吸反循環(huán)成孔。一清和二清均采用泵吸反循環(huán)的清孔方式。為了保證在砂層中鉆進(jìn)的穩(wěn)定性和樁孔垂直度，樁基施工機(jī)械為GPS-20型鉆機(jī)，具有底盤穩(wěn)、鉆桿剛度大和鉆頭切削能力強(qiáng)等特點(diǎn)。等泥漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，除按地方鉆孔灌注樁施工規(guī)程中要求的設(shè)置循環(huán)池、廢漿池等以外，特在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機(jī)），并采用專用膨潤(rùn)土和外加劑進(jìn)行人工配制新漿，來(lái)適時(shí)調(diào)整和保證循環(huán)漿的性能。該工程主樓鉆孔灌注樁施工泥漿系統(tǒng)如圖3所示。

1.3 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

該工程主樓鉆孔灌注樁成孔深度達(dá)80余米，樁徑1米，在民用建筑工程中實(shí)屬罕見，施工存在極大的難度，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也較多。主要如下：

（1）鉆進(jìn)困難。主樓鉆孔灌注樁樁端進(jìn)入⑨2層最多近10米，樁身在⑦層、⑨層兩個(gè)砂性土層中的總長(zhǎng)度約60米，如此長(zhǎng)的砂層鉆進(jìn)深度給施工帶了很大的難度。不僅單樁成孔時(shí)間增加，樁孔垂直度（該工程要求為1/150～1/300）的控制也較為困難。

（2）清孔難。由于在砂層中鉆進(jìn)成孔，成孔循環(huán)泥漿的含砂量非常大，極易影響和破壞循環(huán)泥漿的粘度，泥漿握裹力下降，細(xì)砂沉積，導(dǎo)致清孔非常難。而孔底沉渣控制是保證樁基承載力和沉降的重要指標(biāo)，故成為該工程施工質(zhì)量的一大風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，含砂量大，泥漿比重增加，其失水率也增加，泥皮則增厚，大大降低樁的側(cè)摩阻力。

（3）易縮徑或坍孔。鉆孔灌注樁鉆進(jìn)成孔時(shí)，若泥漿形成不了護(hù)壁泥膜或形成的泥皮粘附力差，易于脫落，孔壁的穩(wěn)定性差，則易產(chǎn)生塌孔或縮頸。而一旦縮徑或坍孔，都須進(jìn)行重新掃孔和清孔，輕則影響施工進(jìn)度，重則影響到工程質(zhì)量。對(duì)于該工程來(lái)說(shuō)，較長(zhǎng)深度含砂層的鉆進(jìn)，給孔壁穩(wěn)定性帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.控制措施與標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)該超深樁基工程的特點(diǎn)及其風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合該地區(qū)以往鉆孔灌注樁施工的經(jīng)驗(yàn)和常見質(zhì)量問(wèn)題，參建各方認(rèn)為，把成孔質(zhì)量一次合格作為成樁質(zhì)量控制的首要，而泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性則是保證成孔質(zhì)量的關(guān)鍵，故在泥漿系統(tǒng)設(shè)置和泥漿性能保證方面采取了一系列措施。主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

2.1 人工造漿

為了使泥漿能有效的起到護(hù)壁作用，開孔時(shí)使用人造新漿，選用優(yōu)質(zhì)納基膨潤(rùn)土拌制并靜置24小時(shí)后使用（新漿配合比如表1所示）。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用，雖經(jīng)除砂處理，但泥漿性能遭到一定破壞，如泥漿粘度指標(biāo)降低，需適當(dāng)摻加新漿進(jìn)行調(diào)整；再如粘度指標(biāo)升高，可加入分散劑，經(jīng)處理后仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的必須廢棄。同時(shí)，必須根據(jù)不同的土層，合理調(diào)整泥漿的配合比。

2.2除砂處理

為了降低泥漿中的含砂量，保證泥漿的比重和粘度，該工程特選用ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機(jī)）對(duì)循環(huán)泥漿進(jìn)行除砂（如圖4所示）。除砂機(jī)除砂顆粒等級(jí)0.075mm，處理能力達(dá)250m3/h。該工程主樓鉆孔灌注樁每孔含砂約70m3，平均每孔除砂約30方以上，除砂率達(dá)45%，除砂后的泥漿含砂率降至3%以下。

2.3 性能檢測(cè)

在該工程試成孔階段，特進(jìn)行了泥漿試驗(yàn)，主要對(duì)新漿的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在成孔過(guò)程中、清孔完成時(shí)對(duì)出口泥漿和除砂前后的泥漿性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試包括泥漿比重、粘度、含砂率。通過(guò)試成孔和成孔質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，并經(jīng)各方面專家評(píng)審，將該工程鉆孔灌注樁循環(huán)和清孔泥漿的性能指標(biāo)確定如表2所示：

施工過(guò)程中，施工單位和監(jiān)理單位嚴(yán)格按照工藝和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，對(duì)出江部位以及循環(huán)池的泥漿比重和粘度實(shí)施檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不符合指標(biāo)要求的及時(shí)加入新漿調(diào)配，并定期處理廢漿，保證泥漿循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

2.4 沉渣控制

鉆孔灌注樁在鉆進(jìn)成孔、清孔以及混凝土澆筑前，砂均包裹和懸浮于在泥漿中。當(dāng)泥漿粘度降低，尤其在泥漿靜置時(shí)，沉積更快。經(jīng)理論分析，砂在泥漿中的沉積是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，與時(shí)間和環(huán)境狀態(tài)有關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)顯示，在泥漿靜置狀態(tài)下，未經(jīng)循環(huán)除砂過(guò)濾，一小時(shí)后的孔底沉渣為50cm，兩小時(shí)后可達(dá)到1.5m。因此，為了減少沉積，應(yīng)同時(shí)保證泥漿的性能和正常進(jìn)出循環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)做好每一道工序的組織和搭接，開孔后保持正常連續(xù)施工，尤其在在一清和二清之后，盡快進(jìn)入和完成下一道工序，切忌發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的停頓。否則，必須進(jìn)行重新清孔，將沉渣清除出孔底。

2.5 樁端注漿

為了進(jìn)一步保證單樁承載力，控制沉降，該工程主樓樁實(shí)行樁端后注漿施工，即在成樁兩天且超聲波檢測(cè)后（注漿管與檢測(cè)管共用）進(jìn)行壓降施工。設(shè)計(jì)注漿量為4T水泥/根樁，注漿水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.55～0.6。樁端注漿終止標(biāo)準(zhǔn)采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，終止注漿條件為：注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或者壓力大于3MPa并持荷2分鐘且注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%。通過(guò)注漿，進(jìn)一步消除孔底沉渣的不利影響，且由于樁間距較小，壓力注漿引起一定程度的泛漿，可改善樁周土體質(zhì)量，提高樁側(cè)摩阻力，有利于提高樁基承載力。

3.成效分析與對(duì)比

通過(guò)制定針對(duì)性的預(yù)控措施，我們對(duì)該超高層建筑鉆孔灌注樁的施工風(fēng)險(xiǎn)有了較好的防范。施工過(guò)程中，參建各方切實(shí)加強(qiáng)了對(duì)泥漿系統(tǒng)的管理和實(shí)測(cè)監(jiān)控。經(jīng)過(guò)程工序驗(yàn)收以及最終樁基質(zhì)量驗(yàn)收表明，泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性和泥漿質(zhì)量可有效保證鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量，主要體現(xiàn)在幾下方面：

3.1 一次成孔合格率

該工程主樓鉆孔灌注樁為955根，成孔質(zhì)量檢測(cè)比例100%，檢測(cè)項(xiàng)目包括有孔徑、孔深、垂直度以及沉渣厚度。經(jīng)第三方檢測(cè)，一次成孔合格率達(dá)到75%，此抽測(cè)比例和一次合格率在類似鉆孔灌注樁施工中均屬較高。

3.2 樁孔垂直度

該工程主樓鉆孔灌注樁成孔垂直度要求為1/150～1/300，較規(guī)范規(guī)定的1/100相比要求較高。通過(guò)樁機(jī)選型、鉆速控制，較好的達(dá)到了預(yù)期效果。特別是在一次成孔合格的前提下，減少掃孔和擴(kuò)孔來(lái)達(dá)到垂直度要求的現(xiàn)象，措施和成效顯著。如圖5所示。

3.3孔徑和砼充盈系數(shù)

通過(guò)成孔質(zhì)量檢測(cè)和實(shí)際澆筑砼充盈系數(shù)計(jì)算，主樓鉆孔灌注樁孔徑偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的0～+50mm，大都分布在1050～1050mm范圍內(nèi)。砼充盈系數(shù)平均為1.12，均控制在1.25以內(nèi)。

3.4 單樁承載力

經(jīng)由第三方檢測(cè)單位，對(duì)主樓11根試樁進(jìn)行抗壓靜載測(cè)試，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的26000KN，樁頂沉降量最大值為49.12mm，平均41.27mm。卸載回彈后，樁頂最終沉降量最大值和平均值分別為17.57mm和14.73mm，回彈率最大者達(dá)75.3%。樁端累計(jì)沉降最大為1.53mm，平均約0.47mm。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該超高層建筑主樓樁基工程的實(shí)踐，我們認(rèn)識(shí)到，對(duì)于進(jìn)入砂性土層中的鉆孔灌注樁施工，泥漿質(zhì)量受到砂的影響，成孔及成樁質(zhì)量存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。而泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能好壞是決定樁基質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)泥漿系統(tǒng)的檢查與控制，包括泥漿池容量和分倉(cāng)設(shè)計(jì)、新漿配制以及廢漿排放的及時(shí)性等等。成孔過(guò)程和清孔驗(yàn)收時(shí)，須做好泥漿性能檢測(cè)，控制泥漿比重和粘度，增強(qiáng)其對(duì)砂顆粒的握裹力。同時(shí)，由于超大直徑和超深鉆孔灌注樁的成孔時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)組織好工序搭接，避免停鉆等待事件，從而減少泥漿中砂的沉積時(shí)間。除砂處理在保證泥漿性能方面發(fā)揮著重要作用，可以及時(shí)過(guò)濾掉循環(huán)漿中砂顆粒，有效改善了泥漿比重和粘度。樁端后注漿則大大降低了孔底沉渣過(guò)厚導(dǎo)致承載力下降的風(fēng)險(xiǎn)，控制了樁端和樁頂沉降。同時(shí)，由于翻漿效應(yīng)有效改善了樁側(cè)土體質(zhì)量，一定程度上提高了樁側(cè)摩阻力，提高了樁承載力。

本文對(duì)砂性土層鉆孔灌注樁施工所做的分析和總結(jié)，強(qiáng)調(diào)了泥漿系統(tǒng)對(duì)于在砂性土中鉆孔灌注樁施工的重要性，其中的質(zhì)量控制措施和方法，可為其他類似工程施工提供借鑒和參考。在工程施工和論文編寫的過(guò)程中，得到了項(xiàng)目建設(shè)單位在開展科研創(chuàng)新方面的大力支持，施工單位和檢測(cè)單位給予了配合與幫助，而整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)理團(tuán)隊(duì)辛勤工作，協(xié)作創(chuàng)新，取得了豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)成果，以此表示衷心的敬意和感謝。

【作者簡(jiǎn)介】孫靜（1980-），女，工程師，上海建科工程咨詢有限公司第四事業(yè)部副總經(jīng)理。主要從事建設(shè)工程施工管理。

【文章編號(hào)】1006-2688（2016）09-0049-03