旋挖鉆濕法施工擴孔系數(shù)影響因素分析

黃嬌

摘要：樁基旋挖鉆孔施工廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等基礎(chǔ)工程。文章結(jié)合在建的田陽縣東江一橋、東江二橋工程項目實例，論述了在不穩(wěn)定地質(zhì)情況下影響旋挖鉆孔濕法施工樁基擴孔系數(shù)的三個主要因素：地質(zhì)成分、土壓力（與樁長、鉆孔深度有關(guān)）、泥漿材料及稠度。

關(guān)鍵詞：樁基;旋挖鉆濕法施工;擴孔系數(shù);影響因素

Pile foundation rotary drilling construction is widely used in municipal construction，highway bridges，highrise buildings and other foundation projects.Based on the project example of Dongjiang No.1 Bridge and Dongjiang No.2 Bridge engineering under construction in Tianyang County，this article discusses three main factors affecting the pile foundation reaming coefficient of wet rotary drilling method construction under the unstable geological conditions： geological composition，earth pressure （related to pile length and drilling depth），mud material and consistency.

Pile foundation;Wet rotary drilling construction;Reaming coefficient;Influencing factors

0 引言

擴孔系數(shù)，指灌注樁施工時混凝土澆筑實際體積與理論體積（即按設(shè)計樁徑計算的體積）的比值。不同樁徑計算出的擴孔系數(shù)不同。在一根樁灌注混凝土的施工過程中記錄混凝土的消耗量并及時測量對應(yīng)混凝土頂面標高，即可反算出樁身從下到上各澆筑段的擴孔系數(shù)。

在正常的施工工藝及操作情況下，為便于鉆孔機械鉆孔施工并保證樁基質(zhì)量，施工時一般將樁基孔口護筒直徑增大20～40 cm，因此一般成孔樁徑會增大5～10 cm。

在不穩(wěn)定地質(zhì)情況下，除去樁徑大小及成孔直徑擴大誤差外，影響旋挖鉆孔濕法施工樁基擴孔系數(shù)的因素主要還有地質(zhì)成分、土壓力、泥漿材料及稠度控制。地質(zhì)越不穩(wěn)定（如泥質(zhì)粉砂巖、節(jié)理裂隙砂巖），土壓力越大（即樁越長、鉆孔越深），泥漿材料不好及稠度控制不合理（達不到護壁效果），越容易塌孔，則擴孔系數(shù)越大。

本文以廣西路建工程集團[JP1]有限公司施工在建項目田陽縣東江一橋、東江二橋工程的樁基施工為實例，對以上三個因素進行詳細分析。

1 工程簡要介紹

田陽縣東江一橋、東江二橋工程于2018-06-21正式開工。該項目橋梁樁基設(shè)計為鉆孔灌注摩擦樁，施工單位結(jié)合進度等方面原因綜合考慮后擬采用先進、高效、適用性強的旋挖鉆成孔工藝施工。東江一橋、東江二橋均跨越右江，地下水位較高。根據(jù)地質(zhì)詳細勘察報告，橋區(qū)地層主要為新近堆積的素填土、耕土及第四系晚更新統(tǒng)河流沖洪積形成的粉質(zhì)黏土、粉土、圓礫，下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖（局部為節(jié)理裂隙砂巖）與泥巖。粉土層局部夾粉砂，圓礫層透水性強，泥質(zhì)粉砂巖泡水易軟化，部分樁位存在節(jié)理裂隙砂巖，為易塌地層。即該項目樁基地質(zhì)為不穩(wěn)定地質(zhì)，樁基鉆孔過程質(zhì)量控制尤為重要，因此擬采用濕法施工。

該項目地質(zhì)存在圓礫層，圓礫層位于原地面以下12 m以內(nèi)厚10 m左右，所有樁基均需穿過圓礫層。雖采用濕法施工，但泥漿稠度再大也護不住純卵石層，因此項目采用加長鋼護筒直至穿透圓礫層，以減少施工中質(zhì)量事故發(fā)生的風險。

2 三個擴孔系數(shù)影響因素分析

2.1 地質(zhì)成分

根據(jù)地層性質(zhì)不同擴孔系數(shù)會有所不同，經(jīng)驗范圍為1.0～1.3;一般土質(zhì)可為1.1;軟土可為1.2～1.3，應(yīng)≥1;卵漂石較大，一般為1.1～1.2;黏土層、粉土層、砂層較小，一般在1.1左右。在保證設(shè)計樁長與樁徑的情況下，擴孔系數(shù)控制越合理，混凝土浪費越少，經(jīng)濟效益也就越高。淤泥質(zhì)黏土、粉砂、細砂、礫砂等為軟弱地質(zhì)，受河流水位影響，在鉆孔樁施工時極易產(chǎn)生縮徑、塌孔等質(zhì)量事故。

該項目地質(zhì)成分由上至下為素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、圓礫、泥質(zhì)粉砂巖（局部為節(jié)理裂隙砂巖）和泥巖，因使用了鋼護筒穿透圓礫層，故不考慮圓礫層以上地質(zhì)對樁身擴孔的影響。而泥質(zhì)粉砂巖泡水易軟化，節(jié)理裂隙砂巖為易塌地層，影響樁身擴孔。從已完成的樁基澆筑混凝土記錄統(tǒng)計來看，在泥質(zhì)粉砂巖層及節(jié)理裂隙砂巖處擴孔率較大。主要表現(xiàn)為在成孔、清孔過程中該處樁身塌孔、漏漿，從而使泥漿護壁達不到效果。

因此樁位地質(zhì)成分越不穩(wěn)定越易塌孔，是導致擴孔系數(shù)增大的主要原因之一。

2.2 土壓力

樁基鉆孔施工過程中，孔壁會受到徑向土壓力的作用，鉆進越深該徑向土壓力越大，在不穩(wěn)定地質(zhì)情況下孔壁越容易失穩(wěn)坍塌。因此，在不穩(wěn)定地質(zhì)情況下旋挖鉆孔干法施工受樁長及鉆孔深度的限制，而濕法可以解決這一難題。旋挖鉆孔濕法施工由于利用了泥漿護壁，在孔內(nèi)設(shè)置有一定高度的水頭，能形成對孔壁的靜水壓力，加之孔壁土的抗剪強度和抵抗徑向土壓力的環(huán)形作用，可使孔壁在鉆孔施工中保持穩(wěn)定而不坍塌。

該項目東江一橋、東江二橋的主墩樁長均達55 m以上，再加之采用筑島施工平臺方案增加了空樁部分，累計鉆孔深度達68 m以上。因此該主墩樁基旋挖鉆孔屬深長樁鉆孔施工，根據(jù)土的力學特性，越鉆到下面土壓力越大。從已完成的一橋主墩樁基各澆筑段混凝土記錄統(tǒng)計來看，主墩樁基孔底處擴孔系數(shù)增大率略大于不穩(wěn)定地層，即其對擴孔系數(shù)的影響程度與不穩(wěn)定地層的影響相當。

因此樁越長、鉆孔越深，孔底土壓力越大，孔底越易失穩(wěn)坍塌，會加大整根樁基的擴孔系數(shù)。可見土壓力也是影響擴孔系數(shù)的主要因素之一。

2.3 泥漿材料及稠度

旋挖鉆孔施工，一般在地下水位相對較低地段多采用干鉆施工，但在特殊地層及地下水位相對較高地段需要泥漿護壁。靜態(tài)泥漿旋挖鉆孔施工是通過旋挖鉆機的液壓系統(tǒng)及自重給筒式鉆頭施加壓力，鉆頭在負載條件下通過鉆桿的旋挖使其旋挖鉆孔，當筒式鉆頭盛滿鉆渣后，鉆桿收縮，將筒式鉆頭提出孔外，打開鉆頭底部封蓋清除鉆頭內(nèi)的鉆渣。同時用泥漿泵向孔內(nèi)注入泥漿，在孔壁快速形成一層薄膜以減小失水率，保持孔內(nèi)水頭高度。

該項目盡管采用鋼護筒穿透過圓礫層，但下伏泥質(zhì)粉砂巖泡水易軟化，局部為節(jié)理裂隙砂巖，仍為易塌地層，因此采用濕鉆施工。泥漿在該項目旋挖鉆孔施工過程中的作用有：（1）浮懸鉆渣;（2）冷卻鉆頭;（3）潤滑鉆具;（4）增大靜水壓力;（5）在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止塌孔。泥漿的性能對鉆孔過程中孔壁的穩(wěn)定性有著重要作用，采用優(yōu)質(zhì)的泥漿材料，控制合適的泥漿濃度，能夠有效防止塌孔，降低樁身擴孔。

該項目第一次使用的造漿材料泥巖含量大，造漿能力差，黏度小，經(jīng)檢測泥漿黏度為17 s，遠小于方案要求用于鉆孔施工的泥漿黏度22～30 s，且泥漿靜置沉淀速度快，泥漿質(zhì)量不滿足方案要求，泥漿性能差不能有效護壁。后經(jīng)過現(xiàn)場重新調(diào)查、試驗比對改用造漿能力強、黏度大且含砂率小的黏土或膨潤土，造漿試驗制造出的泥漿各項指標滿足目標要求。

泥漿稠度偏稀會使護壁泥皮偏薄，達不到護壁效果。為達到快速清渣的效果，泥漿稠度又不能太大。泥漿稠度的控制指標有泥漿相對密度和黏度，分別用比重計和黏度儀檢測。項目經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)鉆孔試驗，確定了該類地質(zhì)最佳泥漿控制標準。在施工過程中，從泥漿制備到整個成孔過程中加強對泥漿稠度指標進行隨時檢測監(jiān)控，確保泥漿相對密度為1.20～1.40、黏度為22～30、膠體率≥95%。經(jīng)該項目工程實踐證明，合理控制泥漿稠度能有效降低樁基擴孔系數(shù)。

3 結(jié)語

為控制不穩(wěn)定地質(zhì)情況下旋挖鉆孔濕法施工樁基擴孔系數(shù)，需結(jié)合樁位實際地質(zhì)成分及鉆孔深度，提前做好試驗樁，采用優(yōu)質(zhì)泥漿材料，確定好最佳泥漿稠度，對后續(xù)該類地層樁基質(zhì)量及混凝土損耗擴孔系數(shù)的控制能起到非常重要的指導性作用。

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