超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁施工技術(shù)研究

王志權(quán)

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

擬建場安居南馨苑樁基礎(chǔ)工程超深樁為塔樓部分樁基，最小有效樁長60 m，鉆孔深度73 m，最大有效樁長達(dá)90 m，設(shè)計鉆孔最大深度達(dá)103 m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，現(xiàn)場地層類型分別為（自上而下）：人工填土層、淤泥質(zhì)土、含黏土礫砂、粉質(zhì)黏土、礫砂、礫質(zhì)黏性土，基巖以燕山晚期花崗巖為主。

2 反循環(huán)清孔技術(shù)

2.1 泵吸反循環(huán)一次清孔

泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)的過程即持續(xù)清除孔底沉渣的過程；終孔停止進(jìn)尺后，將鉆頭提起30～50 cm，并保持泥漿的正常大流量反循環(huán)，泥漿攜帶孔底沉渣經(jīng)大內(nèi)腔鉆桿上升排至樁孔外，從而清除樁孔底部沉渣。

2.2 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔

本工法在下放鋼筋籠及混凝土灌注導(dǎo)管后，采用密閉式大流量氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清孔。密閉式送氣系統(tǒng)由容積流量為13 m3/min的螺桿式空氣壓縮機(jī)（90SDY型）、送風(fēng)管、泥漿膠管、接頭彎管及灌注導(dǎo)管組成。接頭彎管頂部密閉連接送風(fēng)管、泥漿膠管，底部與混凝土灌注導(dǎo)管密封，送風(fēng)管采用PVC材料制作，下部裝有配重塊，下放至灌注導(dǎo)管的2/3處，壓縮空氣與導(dǎo)管內(nèi)的泥漿混合，控制管內(nèi)泥漿的密度和壓力，使兩項指標(biāo)均小于管外泥漿的密度和壓力。在該壓力差異條件下，存在壓力差作用，其會提供“推動力”，使管外泥漿攜帶孔底鉆渣沿導(dǎo)管上升，向外排出后，再沉淀凈化，經(jīng)過處理后的泥漿繼而回流至孔內(nèi)，從而達(dá)到二次清孔的目的。密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔原理如圖1所示。

圖1 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔原理

2.3 二次清孔孔口消壓裝置

大流量氣舉反循環(huán)二次清孔排出的泥漿為高速、高壓液體，為防止其四處飛濺傷人，本工法膠管液體出口處設(shè)置孔口消壓裝置。孔口消壓裝置外形為圓柱體，由鋼板焊接而成，循環(huán)泥漿膠管一端與孔口氣舉反循環(huán)接頭連接，一端與裝置的進(jìn)漿口連接，這樣泥漿膠管兩端被固定，起到有效的消壓作用，確保其穩(wěn)定性[1]。

3 影響嵌巖樁承載力的因素

1）樁的長徑比：此項參數(shù)主要影響的是樁側(cè)力。

2）樁周巖土的性質(zhì)：根據(jù)規(guī)律，樁周巖土性能好且有足夠的強(qiáng)度時，可以產(chǎn)生較大的單位側(cè)阻力，對于樁身的影響則是提高其豎向承載力。通常，巖土抗剪性能較好時，樁身抗剪性較差，可能有不同程度的樁身破壞現(xiàn)象；反之，相比于巖土的抗剪強(qiáng)度，若樁身的抗剪強(qiáng)度更大，則樁身的完整性可得到保證。

3）嵌固力：嵌巖部分的嵌固力指的是入巖段總側(cè)阻力，此項指標(biāo)主要取決于樁身樁周圍巖特性及結(jié)合程度。在巖性一致的前提下，隨著施工工藝的變化，樁與巖層的結(jié)合狀態(tài)存在差異。機(jī)械成孔期間，需采取泥漿護(hù)壁措施，以維持孔壁的穩(wěn)定性，但此時樁周存在泥皮，其有隔離作用，導(dǎo)致樁與巖層無法有效接觸，此時樁與巖土的結(jié)合效果較差。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝流程

4.2 操作要點

4.2.1 護(hù)筒埋設(shè)

大直徑超厚覆蓋層嵌巖灌注樁鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁相對于旋挖鉆成樁工藝，無須埋設(shè)超長護(hù)筒即可滿足孔壁穩(wěn)定要求，護(hù)筒材料為Q345B鋼板，厚度10 mm，內(nèi)徑大于樁徑250 mm，埋置深度3～6 m，高出地面500 mm。

護(hù)筒埋設(shè)深度＜4 m時，采用挖設(shè)法埋設(shè),用挖掘機(jī)以測定的樁位為中心開挖，護(hù)筒下放后，對樁位進(jìn)行復(fù)核和垂直度復(fù)核，經(jīng)復(fù)核滿足技術(shù)要求后，將護(hù)筒四周人工均勻?qū)ΨQ回填，回填料采用黏性土并要求回填密實。

4.2.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)液壓支架下方鋪設(shè)鋼板，調(diào)平機(jī)座；檢查鉆頭中心和護(hù)筒中心，判斷兩者是否在相同的鉛垂線上，若有偏差則分析是否被控制在許可范圍內(nèi)，再根據(jù)分析結(jié)果做合適的調(diào)整。

4.3 覆蓋層合金鉆頭泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)

4.3.1 初始鉆進(jìn)

初始鉆進(jìn)過程中，主要包含以下步驟：

1）向上提升鉆頭，到達(dá)與孔底相距20～30 cm的位置時停止；真空泵加水，關(guān)閉控制閥，開啟真空管路，啟用真空泵，利用該裝置形成負(fù)壓工作環(huán)境；砂漿泵充滿水后，關(guān)閉真空泵并啟用砂石泵。

2）開鉆時，鉆頭先在孔內(nèi)攪動造漿（或?qū)⑶耙粯犊啄酀{灌入），先不進(jìn)尺，只空載轉(zhuǎn)動，使地層中細(xì)顆粒組分及泥漿中黏粒組分充分進(jìn)入孔壁，形成泥皮護(hù)壁。

4.3.2 軟弱土層及黏土層鉆進(jìn)

軟弱土層及黏土層鉆進(jìn)過程中要注意的施工要點有：

1）樁孔上部覆蓋土層中軟弱土層及黏土層，采用單腰帶三翼刮刀鉆頭鉆進(jìn)。該鉆頭底部設(shè)置雙層交錯的截齒，回轉(zhuǎn)阻力小，聚渣、排渣、切削性能好，鉆進(jìn)速度快。

2）開孔時，采用輕壓慢轉(zhuǎn)、控制鉆進(jìn)速度。通過初始鉆進(jìn)進(jìn)入黏性土層后，可加壓鉆進(jìn)，自由進(jìn)尺，大泵量抽吸?？刂沏@速進(jìn)尺為6～10 m/h，施加鉆壓控制在30～90 kN。

4.3.3 砂性土強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)

砂性土強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)過程需要重點關(guān)注以下內(nèi)容：

1）砂性土鉆進(jìn)時易塌孔，強(qiáng)風(fēng)化層遇水容易軟化，為控制鉆進(jìn)垂直度，采用雙腰帶4翼刮刀鉆頭鉆進(jìn)。

2）雙腰帶4翼合金刮刀鉆頭設(shè)置2個直徑為設(shè)計孔徑的合金腰帶（需要加強(qiáng)導(dǎo)正性時可增至3個），同時增設(shè)1個翼板，呈90°角均布，翼板上可根據(jù)地層抗剪強(qiáng)度的不同焊接疏密程度不同的排狀切削塊。該鉆頭適應(yīng)性強(qiáng)，既能鉆進(jìn)薄層黏性土層、不糊鉆且有較高的鉆速。

3）砂性土、強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)時，全程保持二檔轉(zhuǎn)速；砂土、砂礫層及強(qiáng)風(fēng)化層施工時，全程保持一二擋。地下水含量較高，或是存在穩(wěn)定性不足的砂土層時，放慢轉(zhuǎn)速，控制鉆速進(jìn)尺1～6 m/h，鉆壓控制在60～120 kN。

4.3.4 加接鉆桿

加接鉆桿主要流程包括：

1）暫停鉆機(jī)運行，向上提升鉆具，使其與孔底的距離保持在80～100 mm，在該條件下安排5～8 min的泥漿循環(huán)時間，目的在于清理孔底以及管道內(nèi)附著的雜物。在前述基礎(chǔ)上，加接鉆桿。

2）起鉆時注重防護(hù)，以免鉆頭與孔壁發(fā)生剮蹭；全程保持泥漿自流狀態(tài)，確?？變?nèi)水位高度的合理性，在該條件下提升護(hù)壁效果[2]。

4.3.5 硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環(huán)鉆進(jìn)

硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環(huán)鉆進(jìn)過程需要注意的施工要點有：

1）采用滾刀鉆頭全斷面破中、微風(fēng)化硬巖，一次性成孔。

2）滾刀鉆頭后端采用直徑為設(shè)計孔徑環(huán)形合金鋼配重，前端安放的烏合金碳鋼合金滾刀頭，鉆頭前端設(shè)置8～12個滾刀頭；根據(jù)基巖的抗壓強(qiáng)度調(diào)整滾刀頭的數(shù)目，抗壓強(qiáng)度高的基巖中鉆進(jìn)時，滾刀頭數(shù)目取小值。

4.3.6 終孔及泵吸反循環(huán)一次清孔

在終孔環(huán)節(jié)中，主要使用超聲波測壁儀來驗孔，確定孔徑、孔深、垂直的具體數(shù)據(jù)，判斷是否滿足要求；此外，收集數(shù)據(jù)，填寫終孔驗收單。

在泵吸反循環(huán)一次清孔過程中，要注意的施工要點有：

1）終孔后，立即進(jìn)行泵吸反循環(huán)一次清孔，以免因鉆渣沉積量過多而影響二次清孔。

2）泵吸反循環(huán)一次清孔操作方法為：將鉆頭提起30～50 cm，保持泥漿循環(huán)，鉆孔底部的泥漿攜帶孔底沉渣經(jīng)大流量砂石泵的抽吸作用由鉆桿內(nèi)腔上升至孔口排出，經(jīng)三級沉淀池沉淀后的性能較好的泥漿自流入樁孔內(nèi)，補(bǔ)充樁孔液面，形成泵吸反循環(huán)，達(dá)到一次清孔的目的。

4.3.7 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔主要施工環(huán)節(jié)包括：

1）將PVC送風(fēng)管下端放入混凝土灌注導(dǎo)管底部2/3處，上部通過三通彎接頭與空壓機(jī)相連。

2）將三通彎頭與灌注導(dǎo)管通過螺紋連接，保證其密封不漏氣。

3）安裝孔口消壓裝置，將孔口消壓裝置放置距泥漿池50 cm處，出漿口朝著泥漿池方向擺放，進(jìn)漿口與循環(huán)泥漿膠管末端連接。

5 結(jié)語

鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝技術(shù)已應(yīng)用在數(shù)個樁基工程項目中，在施工效率、質(zhì)量及施工噪聲控制上都突顯優(yōu)越性。解決了傳統(tǒng)旋挖機(jī)施工大直徑（≥2000 mm)、超厚覆蓋層（孔深≥80 m)、入硬巖（入中、微風(fēng)化基巖）施工覆蓋層易塌孔、入硬巖鉆進(jìn)難、清孔效果差、成樁質(zhì)量難以控制的難題，經(jīng)濟(jì)效益均較為突出。