大碎石回填土區(qū)域沖孔灌注樁施工技術(shù)探討

蔣生文 劉煥利 趙志偉 鄭業(yè) 楊亮

【摘 要】福建某核電廠區(qū)500 kV廊道基礎處于臨時回填的厚層碎石土區(qū)域，前期設計圖紙未考慮使用樁基礎，設備安裝單位提出電纜帶電運行后，對沉降擾動異常敏感，廊道結(jié)構(gòu)不允許有不均勻沉降，針對現(xiàn)場實際情況，通過地基處理方案對比，最終選用沖孔灌注樁。樁基施工區(qū)域處于剛剛?cè)斯せ靥钇貙?，未?jīng)級配和處理，均勻性、密實性差，沖孔灌注樁在泥漿護壁施工過程中碰到孤石或間隙較大的碎石，泥漿瞬間流失，容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、卡鉆等質(zhì)量問題。文章結(jié)合實際工程案例，闡述了沖孔灌注樁在臨時回填的大片石回填土區(qū)域的施工難點和技術(shù)措施，對比和分析現(xiàn)場不同的實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合施工經(jīng)驗和有關(guān)文獻，為在類似碎石回填土區(qū)域進行樁基施工減少漏漿、塌孔現(xiàn)象及提升樁基施工控制質(zhì)量提供參考。

【關(guān)鍵詞】沖孔灌注樁;大碎石回填土;漏漿;塌孔

【中圖分類號】U44;TU4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）02-0120-03

0 引言

目前，樁基工程是建筑結(jié)構(gòu)中常用的基礎結(jié)構(gòu)形式之一，特別適用于建筑物荷載大、承載力要求高，但地質(zhì)條件不均勻、處于軟弱地基、施工場地狹窄的施工場地。沖孔灌注樁常規(guī)做法是采用泥漿護壁施工工藝，但在臨時回填的厚層碎石土區(qū)域，回填采用開山碎石土，石頭粒徑不一且未分層夯實回填，采用泥漿護壁施工經(jīng)常會出現(xiàn)漏漿、塌孔、偏孔等現(xiàn)象，嚴重影響現(xiàn)場施工進度，同時漏漿和塌孔會造成樁基孔徑增加，增大砼澆筑時的充盈系數(shù)，使成本增加。因此，如何保證碎石回填土區(qū)域樁基施工質(zhì)量，降低樁基漏漿、塌孔發(fā)生頻率，是施工單位必須解決的關(guān)鍵問題[1]。本研究以某核電廊道施工項目為例，對項目施工中回填的厚層碎石區(qū)域沖孔灌注樁施工工藝和質(zhì)量控制進行分析和探討。

1 工程概況

某核電廊道施工項目位于福建省福清市，核電站500 kV廊道主體結(jié)構(gòu)寬度為4.3～16 m，高度為4 m，電纜溝結(jié)構(gòu)頂高出室外場平100 mm：即±0.000 m左右（相當于絕對標高為11.15 m），底板和墻體為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度為400 mm，廊道總長度約370 m。

鑒于廊道內(nèi)500 kV電纜管線和設備安裝后帶電運行，不能承受擾動和不允許存在不均勻沉降，對沉降相當敏感，廊道基礎由前期的C15墊層換填，臨時更改為沖孔灌注樁基礎，樁基總根數(shù)為101根，樁徑D=800 mm。樁基混凝土為C35P8防水混凝土，以中風化黑云母花崗巖作為樁端持力層，樁端要求進入穩(wěn)定基巖至少800 mm，單樁豎向承載力特征值為3 000 kN。

根據(jù)前期現(xiàn)場施工記錄，樁基區(qū)域大部分為人工回填片石，一次性回填厚度約15 m，未按照規(guī)范要求進行分層壓實，故沖孔灌注樁在泥漿護壁施工過程中容易出現(xiàn)漏漿、塌孔等質(zhì)量問題。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察院提供的《廠區(qū)巖土工程勘察報告》，現(xiàn)場的原地貌為海成巖灘地貌，經(jīng)風化剝蝕和海水侵蝕作用形成礁石，漲潮時被淹沒，退潮時出露巖石和海灘。巖灘呈帶狀，出露巖石大部分為中風化巖，部分為微風化巖?，F(xiàn)地貌已鏟平時回填至標高+11.00 m，屬人工回填地貌。本次揭露地層：①人工回填片石（Q4ml）、④黑云母花崗巖（）、⑤輝綠巖脈（βμ）、⑥閃長玢巖脈（δμ）。

地質(zhì)剖面示意圖如圖1所示，各地層特征依次描述如下。

（1）人工回填片石（Q4ml）：雜色，主要由人工開山回填片石、碎石、塊石、巖屑組成，混少量砂粒、黏性土，片石粒徑大小不等，一般為8～30 cm，最大粒徑約1.2 m，呈棱角狀，未經(jīng)級配，未經(jīng)處理，均勻性、密實性差，巖性主要為黑云母花崗巖，松散。層厚1.8～14.9 m，層底標高為-4.04～9.43 m。本工程樁基施工主要處于此地層區(qū)域。

（2）黑云母花崗巖（）：呈灰白色，巖脈大都沿裂隙侵入，花崗巖與巖脈緊密接觸，該層場地主要為強風化和中等風化基巖，最大揭露厚度為8.10 m。

3 工藝難點和技術(shù)措施探討

3.1 廊道基礎方案選擇說明

廊道基礎設計底標高為-3.400 m，原設計圖紙方案為直接開挖到中風化基巖，開挖深度為5～15 m，超挖部分采用C15砼換填。因為現(xiàn)場總平面大件吊裝施工有臨時運輸通道需求，所以需要對部分廊道區(qū)域（18～20段）臨時回填至室外標高，采用碎石和素土一次性回填完成，回填厚度約15 m，回填施工時未按照規(guī)范要求進行分層壓實[2]。

3.2 碎石回填區(qū)域施工難點探討

廊道基礎更改為沖孔灌注樁后，樁基施工區(qū)域均處于人工回填片石地層，為近期回填，回填時間約1個月，主要由人工開山回填片石、碎石、塊石、巖屑組成，最大粒徑約1.2 m，未經(jīng)級配和處理，均勻性、密實性差，沖孔灌注樁在泥漿護壁施工過程中碰到孤石或間隙較大碎石，泥漿瞬間流失，特別容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、卡鉆等質(zhì)量問題。

如何通過調(diào)整泥漿比重、增加黏土塊或水泥、選擇合適的沖孔鉆進方式，保證碎石回填土區(qū)域樁基施工質(zhì)量，減少漏漿、塌孔，避免卡鉆等質(zhì)量問題，這是本次碎石回填土區(qū)域沖孔灌注樁施工的重點和難點。

4 碎石回填土區(qū)域沖孔灌注樁施工技術(shù)

4.1 工藝流程

工藝流程：施工準備→樁位測放→開孔、埋設護筒→鉆機就位檢測→沖擊成孔工藝參數(shù)試驗確定→驗槽終孔→一次清孔→測量孔底沉渣厚度→下鋼筋籠→下導漿管→二次清孔→測量孔底沉渣厚度→灌注混凝土→成樁驗收。

4.2 碎石回填土區(qū)域沖擊成孔工藝參數(shù)試驗

根據(jù)本工程特點，對大碎石回填土區(qū)域沖孔灌注樁沖擊成孔工藝參數(shù)進行試驗性分析，通過不斷調(diào)整泥漿比重、選擇性地增加黏土和水泥及開孔鉆進方式等，確定最適合本項目的沖擊成孔工藝參數(shù)，具體試驗分析情況見表1。

結(jié)合現(xiàn)場工藝參數(shù)試驗和實際情況，樁基沖擊成孔采取以下控制措施。

（1）開孔時，應在護筒內(nèi)加滿稠泥漿，回填層較松散、漏漿嚴重孔段應向孔內(nèi)填入黏土塊（必要時可加入水泥）用小沖程勤沖擊開孔鉆進，泥漿密度按照1.5考慮。

（2）沖孔時應控制鋼絲繩放松量，勤放少放，防止鋼繩放松過多減少沖程放松過少不能有效沖擊，形成“打空錘”。

（3）在回填層，強風化層沖程宜為1～2 m，沖擊頻率可選15～20次/min;在基巖沖擊時，宜采用高沖程為2.0～3.0 m，沖擊頻率可選10～14次/min。

（4）遇回填大孤石時，用高沖程猛沖，或者用高、低沖程交替沖擊，防止發(fā)生孔斜及卡鉆。

（5）每次停鉆后再次開鉆時，應由低沖程逐漸加大到正常沖程，以免卡鉆。

（6）發(fā)生孔斜、梅花孔、縮徑等事故時，應立即停鉆，測量事故孔深位置，用碎石塊回填至事故位置以上1 m左右，往復低沖程沖擊糾斜，重新沖孔[3]。

4.3 終孔驗收

在施工過程中，準確判斷樁身全斷面入巖深度是保證樁承載力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，主要從以下4個方面進行綜合判斷。

（1）樁基沖孔施工嵌入基巖時記錄入巖標高，結(jié)合詳勘報告的基巖面綜合判斷。

（2）查閱并分析沖孔施工記錄，正確計算基巖進尺速度，將進尺速度控制在0.1～0.2 m/h進入全巖層。

（3）沖進過程中要觀察孔口鋼絲繩的垂直與擺動情況，樁端全斷面進入基巖時鋼絲繩垂直、擺動不明顯，并且在錘頭觸底時出現(xiàn)輕微反彈且較平時反彈無偏離。

（4）使用細目篩網(wǎng)撈取巖渣，巖屑含量為50%～70%且含泥量、含砂量小于4%。

4.4 清孔

（1）第一次清孔：鉆孔達到設計深度后，采用正循環(huán)進行第一次清孔。把孔底沉渣清干凈（在打測量錘時手感到底部是巖層，表明底部沉渣已干凈），同時測出此時孔底標高（即為無沉渣孔底標高），并且保證孔口排出泥漿相對密度為1.18～1.22（泥漿密度采用泥漿密度計測出），含砂率<4%，漏斗黏度為17～20 s。

（2）第二次清孔：第一次清孔后提鉆，下入鋼筋籠、導管，利用導管進行第二次清孔，第二次清孔后打測量錘，測出孔底標高，第二次清孔后孔底標高減去第一次清孔后測出的孔底標高差值即孔底沉渣厚度。當孔底沉渣厚度<5 cm，泥漿相對密度≤1.20，漏斗黏度為17～20 s，含砂率<4%，即可停止清孔作業(yè)，準備灌注砼。

（3）二次清孔結(jié)束后，應在2 h內(nèi)灌注混凝土。如果2 h內(nèi)未能灌注混凝土，應測量孔底沉渣，若孔底沉渣大于5 cm，則應重新清孔。

4.5 砼灌注

（1）砼灌注前放好隔水塞，上壓蓋板，導管底口距孔底0.3～0.5 m。灌注前須檢查砼的和易性，要求坍落度為180～220 mm方可灌注，砼初灌量應滿足導管初次埋置深度不小于1 m的要求。

（2）砼灌注必須連續(xù)進行。灌注過程中要經(jīng)常探測混凝土面高度，適當拆卸導管，埋管深度以2～6 m為宜。一次提管拆管不得超過5 m，嚴禁將導管拔出混凝土面。

（3）控制砼的灌注量，用取樣器或測錘確認灌注高度，使灌注的樁頂標高比設計標高高出約1 m。

5 碎石回填土區(qū)域灌注樁質(zhì)量控制要點

5.1 塌孔和漏漿控制措施

（1）樁基沖孔施工先在護筒內(nèi)加滿稠泥漿（泥漿相對密度為1.40～1.50），回填層較松散漏漿嚴重孔段向孔內(nèi)填入黏土塊（必要時可加入水泥）用小沖程、勤沖擊開孔鉆進。

（2）回填層樁基沖孔施工沖程宜為1～2 m。

（3）出現(xiàn)漏漿應馬上提錘，防止因塌方而埋錘，同時將黏性土摻混片石投入孔中，漏漿嚴重時在加入黏土的同時加入適量的水泥，低錘沖擊，使黏土塊、水泥、片石擠入孔壁成孔，視漏漿程度反復拋填并進行沖擊，直到不漏為止?？變?nèi)回填不漏漿后，不應立即施工，要等3～4 h后再施工，以利于泥漿的護壁。

（4）遇到回填層大孤石時，用高沖程猛沖，或者用高、低沖程交替沖擊，防止發(fā)生孔斜及卡鉆[4]。

5.2 偏孔

（1）嚴格校核樁機定位，在沖孔過程應經(jīng)常校核沖錘中心位置，發(fā)現(xiàn)偏移應及時糾正沖錘中心位置，若偏位過大應填入黏土球并進行修孔，確?？孜徽_。嚴格控制孔徑，確?？讖秸`差在±50 mm內(nèi)，以免鋼筋籠放入孔中偏向一側(cè)而發(fā)生樁位偏位。

（2）發(fā)生孔斜、偏孔事故時，應立即停鉆，測量事故孔深位置，用碎石塊回填至事故位置以上2 m左右，找平孔底、保持孔底硬度相對均勻，然后反復低沖程沖擊糾斜，重新沖孔。

（3）若回填片石和黏土處理效果不理想，可先掏渣清孔，再將混凝土（C20以上）向孔內(nèi)灌注封底，將傾斜的基巖面灌注找平。灌注標高一般可控制在2～3倍樁徑且不小于1.0 m，待強度達到一定程度后再繼續(xù)鉆進成孔。

（4）若樁基沖孔至基巖斜面出現(xiàn)偏孔，回填重新沖孔調(diào)整效果不理想，可適當調(diào)整鉆頭直徑，采用大直徑鉆頭沖孔施工，調(diào)整偏位。

5.3 樁基承載力檢測結(jié)果

樁基施工完成后對樁基進行承載力檢測，根據(jù)福建省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司出具的檢測報告顯示：本工程合計101根樁基，采用低應變法檢測樁基完整性，檢測結(jié)論為Ⅰ類樁89根，占比為88.1%;Ⅱ類樁12根，占比為11.9%。采用鉆芯法檢測樁基承載力，檢測樁基數(shù)量10根，檢測結(jié)論為8根樁基為Ⅰ類樁，樁底沉渣厚度、樁端持力層性狀、樁身砼強度代表值均滿足設計要求;2根為Ⅱ類樁，樁身砼強度代表值滿足設計要求。廊道樁基承載力檢測結(jié)果為合格，滿足要求。

6 結(jié)論

綜上所述，通過福清核電碎石回填層沖孔灌注樁施工技術(shù)研究與探討可知，臨時回填土區(qū)域沖孔灌注樁施工中應事先嚴格控制回填質(zhì)量，分層夯實，并且不得采用軟土、凍土及粒徑大于200 mm的碎石土回填。樁基沖孔施工過程中應采取提高泥漿比重、增加黏土塊或者水泥，采用小沖程、勤沖擊開孔鉆進方式等技術(shù)控制措施，可以減少出現(xiàn)漏漿、塌孔等質(zhì)量問題，確保大碎石回填土區(qū)域沖孔灌注樁的施工質(zhì)量滿足要求。

參 考 文 獻

[1]蘇穩(wěn).淺談巖溶地區(qū)沖孔灌注樁的常見問題及控制對策[J].福建建材，2015（3）：49-50.

[2]王粯云，肖緒文.建筑施工手冊[M].第5版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JGJ 106—2014，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].