泥漿護(hù)壁技術(shù)在宜賓地區(qū)樁基施工中的應(yīng)用

鄧夷明，高　峰

(1.中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川成都 610052； 2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市建設(shè)進(jìn)程的加快，基本建設(shè)范圍持續(xù)拓寬，環(huán)境保護(hù)理念的強(qiáng)化和JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范規(guī)程的深入推行，使樁基礎(chǔ)逐步成為工程建設(shè)中的主流基礎(chǔ)形式[1,2]。本文著重介紹泥漿護(hù)壁技術(shù)在宜賓地區(qū)樁基施工中的應(yīng)用及質(zhì)量問題的預(yù)防控制。

1　工程概述

該工程位于宜賓市北郊，擬建建筑物為框架結(jié)構(gòu)，由展示中心、主樓和商業(yè)樓組成，地上1～23層，設(shè)置1層地下室，對(duì)差異沉降較敏感。建筑物采用的基礎(chǔ)形式為基礎(chǔ)樁，基本參數(shù)如表1所示，樁端須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)入中等風(fēng)化泥巖層，且樁長(zhǎng)由現(xiàn)場(chǎng)確定，樁基構(gòu)造如圖1所示。

表1　樁基礎(chǔ)參數(shù)表

注：樁長(zhǎng)以按設(shè)計(jì)要求進(jìn)入持力層深度進(jìn)行控制。

圖1 　樁基構(gòu)造

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地可分三個(gè)工程地質(zhì)層，即：第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)層、侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組泥巖層(J2s)。場(chǎng)地整體地勢(shì)屬相對(duì)較低地段，場(chǎng)地內(nèi)黏性土層屬弱透水層，因地勢(shì)低洼場(chǎng)地內(nèi)常年積水無法排泄，形成地表水。

2　泥漿護(hù)壁技術(shù)在工程中應(yīng)用

由于本工程回填土、淤泥質(zhì)土、塊石土等土層穩(wěn)定性很差，所以旋挖成孔過程中，極易造成孔壁塌落，引起漏漿、塌孔、卡鉆和埋鉆等事故。施工時(shí)采取特殊泥漿護(hù)壁工藝，施工成本較低，在土層中塊石不太大并且有黏土充填的情況下，可以確保樁基施工質(zhì)量，必要時(shí)可采取全護(hù)筒跟管鉆進(jìn)工藝或永久性鋼護(hù)筒(不拔出)護(hù)壁等輔助措施。

3　工程難點(diǎn)及施工工藝

3.1　工程難點(diǎn)

本工程的樁基施工存在以下兩個(gè)施工難點(diǎn)：第一，根據(jù)四川地區(qū)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，機(jī)械成孔過程中容易出現(xiàn)坍塌、縮徑等難以避免的質(zhì)量事故；第二是樁底沉渣厚度超出允許值，則會(huì)影響施工質(zhì)量，這對(duì)宜賓地區(qū)樁基施工提出了新的要求與挑戰(zhàn)。而采用泥漿護(hù)壁技術(shù)，通過灌注或抽取泥漿，形成泥漿對(duì)槽壁的靜水壓力和附著于槽壁上的泥皮，或結(jié)合泥漿循環(huán)將孔底沉渣清出，使得宜賓地區(qū)樁基施工實(shí)踐變得更切實(shí)可行。對(duì)于以上兩個(gè)工程難點(diǎn)，本工程樁基成孔工藝選用泥漿護(hù)壁技術(shù)[3]。

3.2　施工工藝

本工程泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工前進(jìn)行了詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，從2016年9月到2017年5月完成所有樁基施工，未發(fā)生質(zhì)量事故。泥漿護(hù)壁旋挖成孔工藝流程為：施工準(zhǔn)備——泥漿制備——埋設(shè)護(hù)筒——挖設(shè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)——成孔、泥漿指標(biāo)監(jiān)測(cè)——吊放鋼筋籠——二次清孔——導(dǎo)管水下灌注混凝土——起拔護(hù)筒—質(zhì)量檢查。

3.2.1施工準(zhǔn)備

施工前詳細(xì)編制泥漿護(hù)壁旋挖成孔灌注樁各分項(xiàng)工程專項(xiàng)施工方案，并按有關(guān)規(guī)定審查批準(zhǔn)，根據(jù)采用的泥漿護(hù)壁方式配備相應(yīng)的設(shè)備。

3.2.2泥漿制備

鉆孔過程中，為防止塌孔、穩(wěn)定孔內(nèi)泥漿水位以及便于設(shè)備挾帶鉆渣，護(hù)壁泥漿的主要成分為膨潤(rùn)土。泥漿添加劑有：CNC羧甲基(纖維素鈉鹽)，為泥漿增加粘性、防護(hù)壁剝落；木質(zhì)素族分解劑和堿類(Na2CO3)，控制泥漿變質(zhì)及改善已變質(zhì)的泥漿[4]。

3.2.3埋設(shè)護(hù)筒

采用的鋼護(hù)筒直徑比鉆機(jī)鉆頭直徑大150～300 mm，護(hù)筒頂標(biāo)高高于施工作業(yè)面100～200 mm，并確保護(hù)筒壁與水平面垂直；對(duì)于較長(zhǎng)(>2 m)護(hù)筒，下護(hù)筒方式一般有振動(dòng)錘下和旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)器下護(hù)筒，本工程采用后者。準(zhǔn)確固定護(hù)筒，隔離地面積水，穩(wěn)定護(hù)筒周邊土層，以利于鉆孔工作進(jìn)行(圖2)。

圖2　護(hù)筒埋設(shè)及定位

3.2.4挖設(shè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)

泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括制漿池、沉淀池、儲(chǔ)漿池、出漿槽、泥漿泵和進(jìn)漿管等[5]，各組成部分根據(jù)場(chǎng)地情況保持適當(dāng)高差，以利于非泵送部分的泥漿自然流動(dòng)，循環(huán)泥漿經(jīng)沉淀池分離后的泥漿排入儲(chǔ)漿池中繼續(xù)使用。

泥漿池尺寸可為16 m×4 m×2 m(圖3)，底部鋪設(shè)隔水膜，周圍設(shè)置圍護(hù)設(shè)施。泥漿池位置可選擇在樁基施工區(qū)域內(nèi)不影響施工機(jī)械且相對(duì)固定的地方，一般選擇在兩排樁基之間。

圖3　泥漿池16m(長(zhǎng))×4m(寬)×2m(深)

3.2.5泥漿指標(biāo)監(jiān)測(cè)

在鉆進(jìn)過程中管理人員應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)泥漿的相對(duì)密度、黏度、含砂率等性能指標(biāo)，特別應(yīng)注意避免孔壁泥皮厚度過大。樁周泥皮是泥漿護(hù)壁技術(shù)中不可避免的產(chǎn)物，泥皮的厚度會(huì)影響基礎(chǔ)樁的側(cè)摩阻力。對(duì)泥皮厚度的要求，由于成孔方法、泥漿性能等的不同，還有待于研究，據(jù)相關(guān)資料介紹，泥皮厚度應(yīng)控制在8 mm以內(nèi)。樁周泥皮控制要點(diǎn)：(1)成孔工藝選擇合理，施工管理高效，盡量降低成孔成樁時(shí)間；(2)施工過程中嚴(yán)格按照技術(shù)要求制備泥漿，加強(qiáng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)的檢查和維護(hù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)泥漿性能；(3)在必要時(shí)可以采用機(jī)械清除泥皮。

3.2.6二次清孔

在吊放鋼筋籠后，澆灌混凝土之前，再次測(cè)量孔底沉渣的厚度，如沉渣厚度超出允許值，需進(jìn)行二次清孔(泥漿正循環(huán))[6]。二次清孔注意事項(xiàng)：(1)不得采用加深鉆孔的方法替代二次清孔；(2)始終保持孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高，防止因孔壁壓力變化引起的坍孔；(3)清孔結(jié)束，待泥漿靜置穩(wěn)定后，重新測(cè)量沉渣厚度；(4)定期檢查測(cè)繩的精確度；(5)根據(jù)規(guī)范要求，灌注混凝土前，孔底500 mm以內(nèi)的泥漿相對(duì)密度應(yīng)小于1.25；含砂率不得大于8 %；黏度不得大于28 s。

3.2.7水下灌注混凝土

水下灌注混凝土對(duì)坍落度的要求較高，一般在180～220 mm之間。灌注時(shí)如果坍落度太小，則混凝土流動(dòng)性較差，不易灌注；坍落度偏大，在灌注過程中則容易發(fā)生混凝土離析，形成骨料和液體分層。因此，水下灌注一定要注意控制好坍落度，不要偏小或偏大。

4　常見質(zhì)量問題及預(yù)防控制

4.1　常見質(zhì)量問題分析

4.1.1泥漿護(hù)壁效果不足

施工中使用了泥漿護(hù)壁，還存在小概率的塌孔、縮徑等情況，這是由于施工中未及時(shí)監(jiān)測(cè)異常情況，或未采取緊急處理措施所致。

4.1.2二次清孔認(rèn)知不足

施工管理過程中，僅僅孔底沉渣厚度合格，還不能澆筑混凝土，還應(yīng)對(duì)泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行檢查。澆注混凝土前，泥漿性能指標(biāo)不合要求，即使沉渣厚度合格，也要繼續(xù)清孔至泥漿達(dá)標(biāo)。

4.2　預(yù)防控制措施

4.2.1泥漿指標(biāo)控制

施工中針對(duì)不同土層調(diào)制相應(yīng)的泥漿相對(duì)密度，以達(dá)到泥漿護(hù)壁的效果，施工管理人員應(yīng)根據(jù)施工方案實(shí)時(shí)監(jiān)控循環(huán)泥漿性能指標(biāo)和泥漿廢棄指標(biāo)。根據(jù)本工程的工程地質(zhì)特點(diǎn)，采用泥漿控制項(xiàng)目及指標(biāo)如表2所示。

表2　泥漿控制項(xiàng)目及指標(biāo)

4.2.2二次清孔控制

在泥漿密度、黏度過大的情況下澆筑混凝土，容易造成漏斗及導(dǎo)管內(nèi)混凝土不易下落，提動(dòng)導(dǎo)管時(shí)粘稠泥漿就會(huì)使混凝土向上流動(dòng)，造成埋漿，使得有效樁長(zhǎng)變短；如果在導(dǎo)管提出已澆筑混凝土面后重新澆筑，則會(huì)在樁身形成夾泥而造成斷樁；即使通過提動(dòng)導(dǎo)管能夠補(bǔ)救的澆筑，形成的混凝土樁身質(zhì)量也較差。因此，二次清孔工作既要準(zhǔn)確測(cè)量孔底沉渣厚度，還要控制泥漿性能指標(biāo)。

5　結(jié)論

本文通過工程實(shí)例詳細(xì)介紹了泥漿護(hù)壁技術(shù)在宜賓地區(qū)樁基施工中的應(yīng)用，與其他施工工藝相比，泥漿護(hù)壁操作較簡(jiǎn)單，施工成本較低，通過使用泥漿護(hù)壁，減少了施工過程中坍塌、縮徑等質(zhì)量事故的發(fā)生率。本文主要解決了泥漿護(hù)壁技術(shù)在宜賓地區(qū)樁基施工中的部分應(yīng)用問題，針對(duì)不同工程和不同的地質(zhì)條件，可能會(huì)出現(xiàn)新的問題，需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步研究。