傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁結(jié)合加長護(hù)筒在北京市溫榆河畔某樁基工程中的應(yīng)用

李志文 李志運(yùn) 朱政

摘要：依托北京市東北部平原地區(qū)溫榆河古河道某樁基工程，分析在地下高水位和連續(xù)砂層工況下出現(xiàn)塌孔和縮頸現(xiàn)象時，由普通化學(xué)泥漿改為膨潤土結(jié)合加長護(hù)筒施工工法，針對性論述了施工過程控制要點，對于今后類似工程的施工具有一定的借鑒意義

關(guān)鍵詞：高水位，液化砂層，傳統(tǒng)泥漿，加長護(hù)筒，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

案例項目位于北京市昌平區(qū)溫榆河北濱河路與魯疃西路交叉路口西北，東至未來科技城路，南至未來城溫榆河濱河大道，西至未來科技城核心區(qū)五號路，北至未來科技城核心區(qū)六號路，南側(cè)緊鄰溫榆河沿河綠化帶，為北京市東北部平原溫榆河古河道區(qū)域，距離現(xiàn)河流（溫榆河）約30m。項目樁基設(shè)計等級為甲級，受壓基樁采用樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿工藝的后注漿鉆孔灌注樁，成孔方式為泥漿護(hù)壁，設(shè)計樁身直徑為0.8m，有效樁長為35m。樁端持力層為細(xì)中砂 / 黏質(zhì)粉土層。設(shè)計單樁豎向承載力特征值為5000kN。

1.2地質(zhì)條件

根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，勘探深度75米范圍內(nèi)的地層劃分為人工填土層、新近沉積土層及一般第四紀(jì)沖洪積層。場地內(nèi)20m深度范圍內(nèi)粉細(xì)砂②層、黏質(zhì)粉土③2層、細(xì)砂③4層有輕微液化，液化最大深度達(dá) 9.95m。

1.3水文條件

根據(jù)工程詳勘報告，本工程建筑物±0.000=31.500m，樁頂設(shè)計標(biāo)高為15.8m，擬建場地歷年最高地下水位曾接近自然地表，近 3～5 年地下水最高靜止水位絕對標(biāo)高在27.00m左右。溫榆河水位標(biāo)高約20.0m，近年最高水位為 26.06m。本工程勘察鉆探深度（75.0m）范圍內(nèi)觀測到四層地下水。第一層地下水類型為潛水。潛水地下水位年變化幅度約為 1.00～2.00m。第二層和第三層地下水類型為層間水。第四層地下水類型為承壓水。

2 前期分析

2.1 施工問題

由于地質(zhì)的特殊性，根據(jù)設(shè)計和地勘要求，需要在樁基施工前開展鉆孔試驗工作，現(xiàn)場第一次選取第196號灌注樁為試樁樁位，孔口設(shè)置長度為2m的鋼護(hù)筒，采用化學(xué)泥漿，化學(xué)泥漿摻量1.2kg，中午12：00開鉆，鉆孔耗時5小時40分鐘，下午6時在下放鋼筋籠過程中發(fā)生塌孔;第二次選取第135號灌注樁，采用化學(xué)泥漿，化學(xué)泥漿摻量增加至1.8kg，上午7：00開鉆，10：30挖深30m時發(fā)生塌孔;塌孔部位為基底以下8～10m位置。

2.2 原因分析

項目邀請地質(zhì)專家組織勘查，經(jīng)過現(xiàn)場研究分析，孔壁坍塌問題主要包括以下幾點原因 ：（1）現(xiàn)場緊鄰溫榆河，地下水位高，春季化凍后一定程度上又增加了地下水位，當(dāng)樁孔施工位于承壓水層時，因為壓力處于較低水平，在壓力作用下就會向孔內(nèi)流動，從而導(dǎo)致大量的水進(jìn)入孔內(nèi)，導(dǎo)致孔壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到影響，引起坍塌;（2）該位置處于重粉質(zhì)粘土層與粉細(xì)砂層交界處，并且重粉質(zhì)粘土可塑性較強(qiáng)，遇水后體積變大，成孔孔徑變小，產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象;（3）化學(xué)泥漿雖然制漿便捷快速，成本低，但是與沙子、泥漿和小顆粒物質(zhì)不相容，密度接近于清水，泥漿比重?。▊鹘y(tǒng)泥漿能達(dá)到1.1～1.3，化學(xué)泥漿一般小于1.0），化學(xué)成分不穩(wěn)定，護(hù)壁時間相對較短，本工程為高水位下的連續(xù)砂層地質(zhì)，不適用于化學(xué)泥漿。

3 應(yīng)對措施

3.1 增設(shè)降水管井

本工程針對溫榆河和春季土體凍融導(dǎo)致的地下水位升高，增設(shè)將水管井是一種有效的處理方式，不僅能夠有效降低地下水位，而且能高降低樁孔側(cè)壓力，防止樁側(cè)水壓較高導(dǎo)致的孔壁坍塌。管井采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，地層自造漿護(hù)壁。井徑0.6mm，井孔保持圓正垂直，孔深8m。井管下入前應(yīng)注入清水置換泥漿，并用水泵或撈砂管抽出沉渣，使井內(nèi)泥漿密度保持在1.05～1.10g/cm3。

井管采用無砂砼管，在混凝土預(yù)制托底上放置井管，在底部中間設(shè)導(dǎo)中器，井管四周外包一層60～80目尼龍網(wǎng)，栓12號鐵絲，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200mm時，接上節(jié)井管，接頭處用玻璃絲布粘貼，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用4條30mm寬竹條固定井管。為防止上下節(jié)錯位，在下管前將井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水泥砂和異物流入井中井管要高出地面200mm。井管吊裝就位后，及時填充濾料，用鍬將礫料沿井管四周均勻填料，防止架空。成井后，借助空壓機(jī)清除孔內(nèi)泥漿，至井內(nèi)完全出清水止，再用污水泵反復(fù)進(jìn)行恢復(fù)性抽洗，抽洗次數(shù)不得少于6次。洗井在成井4小時內(nèi)進(jìn)行。

本工程根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)面積和管井降水的作業(yè)半徑，分別在基坑內(nèi)部增設(shè)20處降水管井和臨近溫榆河的基坑周邊增設(shè)10處降水管井，通過機(jī)械抽水的方式，將抽取的水排入外部管道中排出。滿足基坑鉆孔灌注樁施工要求。

3.2 優(yōu)化泥漿配置

工程通過試樁確定采用傳統(tǒng)泥漿（膨潤土）進(jìn)行護(hù)壁。現(xiàn)場設(shè)2m*4m*6m泥漿池，泥漿池底部和四周鋪設(shè)塑料布防止泥漿外滲。制漿設(shè)備采用泥漿攪拌機(jī)，為增加泥漿黏性，防止護(hù)壁剝落，添加纖維素;為控制泥漿變質(zhì)及改善已變質(zhì)的泥漿，添加火堿。鉆孔過程中，隨時采用泥漿比重計和粘度計測定泥漿各項性能指標(biāo)，并填寫泥漿試驗記錄表，確保泥漿比重控制在 1.15～1.25，含砂率≤25%，粘度在27～38s，清孔后和混凝土澆筑前，在孔底500mm以內(nèi)取樣的泥漿比重應(yīng)≤1.25，含砂率≤8%，黏度≤28s。

3.3 選用加長護(hù)筒

由于大部分鉆孔的坍塌深度均發(fā)生在8 ～10m的位置，所以可采用加長鉆孔支護(hù)的方式，提高鉆孔孔壁穩(wěn)定性，通過支護(hù)措施為鉆孔提供保護(hù)，防止孔壁坍塌，采用鉆孔支護(hù)能對鉆具提供導(dǎo)向，精確地控制樁體位置，起到保護(hù)鉆孔孔口的作用。 由于護(hù)筒長度越長垂直度越難以控制，且隨埋設(shè)深度增加護(hù)筒外表面摩擦阻力也會增大，因此護(hù)筒長度不宜過大，按照本次工程中的基本情況，加長護(hù)筒長度定為12m，直徑為1m，（護(hù)筒直徑一般比設(shè)計樁徑大100～300mm，保證加長護(hù)筒深度內(nèi)樁體的有效直徑），采用厚度為12mm的鋼板制作。在液壓振動錘液壓夾的強(qiáng)力作用下以及護(hù)筒振動埋設(shè)過程中，為保證護(hù)筒上下口不產(chǎn)生變形，須在上下口外圍加焊加勁環(huán)。

施工時通過定位的控制樁進(jìn)行放樣，首先采用旋挖鉆機(jī)引孔至12m，使用振拔機(jī)將鋼護(hù)筒吊放進(jìn)孔內(nèi)，找出鋼護(hù)筒的圓心位置，用十字線在鋼護(hù)筒底部，然后移動鋼護(hù)筒，使鋼護(hù)筒中心與鉆機(jī)鉆孔中心位置重合。同時用水平尺或垂球檢查，使鋼護(hù)筒豎直。護(hù)筒定為準(zhǔn)確后開啟高頻振動機(jī)，用振拔機(jī)將鋼護(hù)筒打進(jìn)地下，下放時注意依靠導(dǎo)向架來調(diào)整護(hù)筒傾斜度及偏位垂直度控制在1%以內(nèi)，平面偏差控制在5cm以內(nèi)，護(hù)筒頂面高出施工平臺約30cm。

混凝土澆筑完成后，先在原地將鋼護(hù)筒振松，后利用履帶吊與振拔機(jī)緩慢提拔鋼護(hù)筒，過程中保持振動錘和鋼護(hù)筒成一條直線。鋼護(hù)筒提拔速度不宜過快，以讓樁身混凝土緩慢填充護(hù)筒拔除后形成的空隙。長護(hù)筒拔出時間不宜過早，否則極易造成坍孔或頸縮;拔出時間過晚則易影響樁身混凝土成形效果，造成樁身出現(xiàn)有害裂縫或斷樁。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，一般在澆筑混凝土完畢后10～25 min開拔，特殊情況下不超過初凝時間。護(hù)筒拔出后，由于護(hù)筒本身占據(jù)空間和土體振動，產(chǎn)生的空隙應(yīng)及時用混凝土填補(bǔ)，保證樁的充盈系數(shù)不小于1.1，超灌高度不小于1.0m。

4 結(jié)束語

文章針對鉆孔灌注樁采用傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁結(jié)合加長護(hù)筒施工工藝在北京市溫榆河畔某樁基工程的實踐，闡述施工過程中出現(xiàn)的問題，并分析問題成因，最后總結(jié)多項有效的高水位下連續(xù)砂層鉆孔灌注樁施工方法，可供其他類似項目參考。

參考文獻(xiàn)：

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