鉆孔灌注樁在不良地層中的施工問題及解決措施

呂凱

0 引言

隨著城市建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，樁基工程在施工中遇到地質(zhì)條件復(fù)雜、工程施工困難的情況越發(fā)常見。為了保證樁基工程順利進(jìn)行，可通過提前查看工程地質(zhì)勘察報(bào)告獲取項(xiàng)目地質(zhì)情況，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件提出相應(yīng)解決措施。本文通過具體工程項(xiàng)目，分析如何有效解決樁基工程中遇到的各種地質(zhì)問題。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于上虞區(qū)城北，其東南側(cè)為江廣路，西南側(cè)為峰山北路，西北側(cè)為中富鋼構(gòu)，東北側(cè)為金城照明電器有限公司，該區(qū)域?qū)偈捊B甬平原海相淤（沖）積平原地貌。工程總占地面積為7 692m，總建筑面積為35 255.50m。本項(xiàng)目主要包括1幢12 層辦公樓及1 幢1～3 層裙樓，用地范圍下設(shè)一層地下室，建筑面積約5 241.60m，場(chǎng)地地面絕對(duì)標(biāo)高平均為5.800m，項(xiàng)目主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，最大單柱荷載約16 000 kN。

本工程±0.000m 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+6.000m，施工前地面標(biāo)高平整至+5.800m，即相對(duì)標(biāo)高-0.200mm。地下室承臺(tái)墊層底設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高為-2.530m，筏板墊層底設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高為-1.780m；電梯井承臺(tái)墊層底設(shè)計(jì)絕對(duì)標(biāo)高為-3.750m（基坑?xùn)|北側(cè)）和-4.050m（基坑西北側(cè)）?；拥叵率覅^(qū)域開挖深度按地下室承臺(tái)墊層底考慮，基坑?xùn)|北側(cè)開挖深度為7.430m（其中電梯井區(qū)域開挖深度8.650m）；基坑其余側(cè)開挖深度為8.330m（其中西北側(cè)電梯井區(qū)域開挖深度9.850m）。

在施工工藝上，本工程樁基采用GF-300C 型鉆機(jī)反循環(huán)成孔，樁徑為600mm 和800mm 兩種規(guī)格，600mm 工程樁樁數(shù)為222 根，800mm 工程樁樁數(shù)為182 根，共計(jì)404 根工程樁，樁端持力層為6～2 中等風(fēng)化玄武巖，由于場(chǎng)地6～2 層地層分布不均，造成場(chǎng)地內(nèi)樁長(zhǎng)各不相同，需及時(shí)查看場(chǎng)地地質(zhì)勘查報(bào)告來確定，同時(shí)樁長(zhǎng)度按照進(jìn)入持力層深度為主，最小有效樁長(zhǎng)為輔標(biāo)準(zhǔn)控制。

本工程圍護(hù)則分為電梯基坑邊支護(hù)及其它位置支護(hù)。電梯基坑邊支護(hù)采用鉆孔灌注樁+高壓噴射擴(kuò)大頭預(yù)應(yīng)力錨桿+混凝土內(nèi)支撐的形式，其它位置支護(hù)均采用SMW 工法樁+高壓噴射擴(kuò)大頭預(yù)應(yīng)力錨桿+混凝土內(nèi)支撐的形式；圍護(hù)體頂標(biāo)高至地面采用噴錨護(hù)坡；坑中坑支護(hù)采用三軸攪拌樁+25a 槽鋼，汽車坡道放坡大于2.5m 時(shí)采用拉森鋼板樁與噴錨護(hù)坡。

2 地質(zhì)及水文概況

根據(jù)地勘報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、礫砂等不良地層較多，樁基施工難度大。結(jié)合土層性質(zhì)，可將施工場(chǎng)地內(nèi)的地基土層劃分為6 個(gè)工程地質(zhì)大層，細(xì)分為11 個(gè)工程地質(zhì)亞層，主要為1 層雜填土、2-1層粘質(zhì)粉土、2-2 層粘質(zhì)粉土、3-1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、3-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、4-1 層砂質(zhì)粉土、4-2 層粉質(zhì)粘土、4-3 層中砂、5 層礫砂、6-1 層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、6-2 層中風(fēng)化玄武巖，其性質(zhì)自上而下分述如下：

1 層、雜填土：雜色，松散，主要由碎石及建筑廢棄物組成，其中硬質(zhì)物含量約70%，含少量的粘性土及植物根系。地表大部分覆蓋有混凝土地坪。均勻性一般。本層全場(chǎng)地分布，層厚0.30～1.90m。

2-1 層、粘質(zhì)粉土：灰黃色，很濕，稍密狀，中壓縮性，搖震反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，含少量云母碎屑。平均垂直滲透系數(shù)為5.70×10～5cm/s，平均水平滲透系數(shù)為7.33×10～5cm/s。本層全場(chǎng)地分布，層厚0.80～2.30m。

2-2 層、粘質(zhì)粉土：灰色，很濕，松散狀，中壓縮性，搖震反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，含少量云母碎屑。平均垂直滲透系數(shù)為7.04×10～5cm/s，平均水平滲透系數(shù)為8.56×10～5cm/s。本層全場(chǎng)地分布，層厚4.50～6.30m。

3-1 層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，流塑狀，高壓縮性，含少量腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，切面稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。本層全場(chǎng)分布，層厚8.60～14.60m。

3-2 層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，流塑狀，高壓縮性，含少量腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，切面稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，夾粉土微層，層厚1～5mm。本層全場(chǎng)分布，層厚6.70～11.20m。

4-1 層、砂質(zhì)粉土：灰色，很濕，稍密狀，中壓縮性，搖震反應(yīng)迅速，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，含少量云母碎屑。局部相變?yōu)榉凵?。本層全?chǎng)分布，層厚2.20～5.00m。

4-2 層、粉質(zhì)粘土：灰褐色，軟塑～流塑狀，中壓縮性，含少量腐殖質(zhì)，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，無搖震反應(yīng)，含鐵錳等金屬氧化物斑點(diǎn)。局部夾薄層狀砂，層厚10～20cm。本層全場(chǎng)分布，層厚3.90～7.80m。

4-3 層、中砂：灰色，很濕，中密狀，低壓縮性，砂粒巖性復(fù)雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類，分選性差，多呈圓形或次圓形，粒徑大于0.25mm 的含量約為50%～58%，粘粒含量約為17%。局部夾薄層狀粘性土，層厚10～30cm。本層全場(chǎng)分布，層厚3.40～7.50m。

5 層、礫砂：灰色，中密狀，低壓縮性，礫石巖性復(fù)雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類，分選性差，多呈圓形或次圓形，礫徑大于2mm 含量約為49.5%，局部相變?yōu)槁咽簧百|(zhì)充填，砂以中粗砂為主，含量約21%，粘粒含量約16.6%。本層全場(chǎng)分布，層厚6.00～10.10m。

6-1 層、強(qiáng)風(fēng)化玄武巖：灰色～灰黑色，巖石呈碎塊狀，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V 級(jí)，RQD 值小于25%。本層僅在Z1、Z2 有發(fā)現(xiàn)，層厚0.00～0.80m。

6-2 層、中風(fēng)化玄武巖：灰色～灰黑色，基質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖芯呈短柱狀、柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，氣孔狀、塊狀構(gòu)造，合金鉆鉆進(jìn)困難，局部風(fēng)化蝕變，蝕變后的巖石強(qiáng)度較差。巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 為75%以上，為較好的，屬較軟巖。按巖體完整程度分類為較完整巖，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)?？碧缴疃葍?nèi)，預(yù)計(jì)樁端下無洞穴、臨空面不良地質(zhì)。

本場(chǎng)地地下水埋深小，淺部主要為受大氣降水和河流水補(bǔ)排影響的孔隙潛水，含水層主要為2-1 層粘質(zhì)粉土及2-2 層粘質(zhì)粉土，埋藏較淺，水量較小，并易受污染，水位變化受氣候影響較大，年變化幅度約1.50m；場(chǎng)地內(nèi)各粘性土層隔水性好，4-1 層砂質(zhì)粉土、4-3 層中砂及5 層礫砂系深部微承壓水含水層，承壓水頭、水量不大，承壓水位深度約為9m。附近無三廢污染源，根據(jù)本場(chǎng)地Z1、Z20 號(hào)孔內(nèi)所取地下水的水質(zhì)分析成果報(bào)告，地下水類型為重碳酸·硫酸鹽-鈣·鈉型淡水，場(chǎng)地內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，在長(zhǎng)期浸水條件下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

3 施工前工程難點(diǎn)分析

3.1 鉆孔塌孔

1 層為雜填土層，狀松散，且硬質(zhì)物含量約70%，層厚在0.30～1.90m 之間，在工程施工前，樁位放樣后進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，若出現(xiàn)護(hù)筒長(zhǎng)度選擇不當(dāng)、埋設(shè)過淺、護(hù)筒位置未固定等情況，造成護(hù)筒底部未越過原狀土層，周圍封閉不密實(shí)等。在鉆孔過程中，泥漿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可能會(huì)造成護(hù)筒外壁與土體產(chǎn)生間隙，發(fā)生局部擾動(dòng)，造成雜填土中硬質(zhì)物發(fā)生墜落，易造成塌孔以及孔位偏移等現(xiàn)象的發(fā)生。

3-1 和3-2 層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層：流塑狀，高壓縮性，屬于高靈敏土，自穩(wěn)性差。在樁基施工過程中，鉆機(jī)鉆孔進(jìn)尺過快，泥漿未能起到護(hù)壁作用或護(hù)壁效果不佳，造成泥皮不能及時(shí)形成，而進(jìn)尺已越過該層，泥皮局部發(fā)生缺失等情況。在泥漿的循環(huán)作用下，循環(huán)的泥漿將泥皮未能及時(shí)形成的薄弱處土粒帶入孔內(nèi)，形成該層的水土流失通道，造成土體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。

4-1 層、砂質(zhì)粉土：此類土層，呈松散蜂窩狀，滲透性較好，內(nèi)聚力小，對(duì)外力反應(yīng)靈敏，在微弱動(dòng)水或外力作用下都會(huì)發(fā)生移動(dòng)，喪失穩(wěn)定性。在樁基施工過程中，若不采取有效的施工措施，進(jìn)尺過程勢(shì)必引起土體的擾動(dòng)，造成孔壁周圍的應(yīng)力失去平衡，周圍土體臨空面應(yīng)力瞬間被釋放。在合力作用下，土顆粒向孔內(nèi)蠕動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)大范圍的土體流動(dòng),發(fā)生塌孔現(xiàn)象。

3.2 鉆孔漏漿原因分析

5 層、礫砂：礫砂層中礫石巖性復(fù)雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類,分選性差，多呈圓形或次圓形，礫徑大于2mm 含量約為49.5 %，局部相變?yōu)槁咽?；砂質(zhì)充填，砂以中粗砂為主。在樁基施工過程中，泥漿把礫砂層中中粗砂帶出，礫石間縫隙較大，且孔內(nèi)水頭壓大于孔外，地下水壓力遠(yuǎn)小于護(hù)筒內(nèi)泥漿壓力，導(dǎo)致泥漿沿著礫石間的縫隙流出孔外，引起水頭下降。

3.3 孔底成渣厚原因分析

泥漿在鉆孔過程中主要有兩個(gè)作用，一個(gè)是鉆孔過程中泥漿起到護(hù)壁作用，另一個(gè)是泥漿在循環(huán)過程中可以攜帶、排除大量因鉆孔而產(chǎn)生的鉆渣。

一般地層采用自然造漿的方式進(jìn)行鉆孔，在鉆進(jìn)過程中鉆頭破碎土層，形成樁徑大小的孔洞，泥漿中的自由水在壓力差的作用下會(huì)向孔壁中空隙滲透，使得泥漿失水，部分固相顆粒附著在孔壁上，隨著失水作用進(jìn)一步發(fā)生，固相顆粒不斷附著在孔壁上，泥皮的厚度不斷增加，直到泥皮厚度增加的速度與泥皮被沖刷的速度達(dá)到平衡后，孔壁泥皮達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即泥皮厚度不再增加。

自然條件下所配置的泥漿在形成穩(wěn)定的泥皮后，泥漿中仍含有大量的原始土層中的粗顆粒及無用固體物質(zhì)，從而造成泥漿塑性粘度高而結(jié)構(gòu)粘度較低，結(jié)構(gòu)粘度低會(huì)降低泥漿攜帶鉆渣的能力。

對(duì)于本工程所面臨復(fù)雜地層，顯然上述自然泥漿造漿方式的黏度和稠度均無法滿足鉆孔周圍的護(hù)壁作用及攜渣、排渣能力。泥漿的黏度和稠度偏小，礫砂顆粒懸浮在孔內(nèi)泥漿里，較大粒徑礫石仍難以大量排出，沒有真正達(dá)到清孔的目的。在清孔完成后，靜置狀態(tài)下，大量礫砂下沉速度快，造成孔底成渣不符合要求。

4 解決措施

4.1 鉆進(jìn)塌孔解決措施

（1）埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒

根據(jù)地勘報(bào)告可知，1 層雜填土層厚為0.30～1.90m，在施工前，根據(jù)原狀土土層深度選擇1～3m 長(zhǎng)的護(hù)筒，以此來達(dá)到護(hù)筒底部穿過雜填土層，進(jìn)入原狀土層且護(hù)筒底部和周圍用粘土換填并夯填密實(shí)。以防成孔時(shí)護(hù)筒下部塌孔，同時(shí)固定好護(hù)筒位置，防止孔位的偏移。

（2）提高泥漿性能指標(biāo)，加大泥漿密度和粘度

3-1、3-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，4-1 層砂質(zhì)粉土的塌孔可以歸因于在鉆進(jìn)過程中鉆桿進(jìn)尺過快，泥漿質(zhì)量不良，護(hù)壁效果不佳。

在正式施工前，在現(xiàn)場(chǎng)劃定兩個(gè)對(duì)施工影響較小的位置，設(shè)置兩個(gè)泥漿池，一個(gè)作為循環(huán)池使用，一個(gè)作為沉淀池使用。前期泥漿選用膨潤(rùn)土為主料，并加入黏土、純堿和羧甲基纖維素（CMC）等外加劑混合而成。考慮到地層4-1 層砂質(zhì)粉土的不良特性，泥漿相對(duì)密度、粘度均采用較大值配比，并加大了CMC 的用量，比例定為水∶膨潤(rùn)土∶黏土∶Na OH∶CMC=1000 ∶100∶60 ∶1.5 ∶3。經(jīng)過上述制備的泥漿性能最終膨脹可達(dá)到10～30 倍。

在飽水情況下，由于砂質(zhì)粉土的力學(xué)特性，以膨潤(rùn)土為主的泥漿具有高膨脹性，同時(shí)擁有強(qiáng)烈的自我修復(fù)能力，形成泥皮速度快，從而可以形成連續(xù)性、穩(wěn)定性和抗破壞性均較好的泥皮，給泥漿與土體之間提供了良好的受力介質(zhì)，從而保證了進(jìn)尺的穩(wěn)定進(jìn)行。同時(shí)，泥漿在循環(huán)后經(jīng)沉淀池流入循環(huán)池以便泥漿中的砂粒沉淀，并經(jīng)過泥沙分離器分離后，形成可用泥漿，保證進(jìn)入鉆孔中的泥漿有較好的性能。

4.2 鉆孔漏漿解決措施

漏漿的主要因素為泥漿粘度和稠度不夠，無法形成致密的泥皮，造成泥漿沿著孔隙流出。因此要解決漏漿應(yīng)該提高泥漿粘度和稠度與封堵卵石間縫隙相結(jié)合的辦法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)漏漿主要發(fā)生在礫石層前期，一旦卵石縫隙被黏土顆粒充填漏漿量會(huì)越來越少甚至全部消失，故在進(jìn)尺到礫石層前期時(shí)，鉆進(jìn)速度和進(jìn)尺狀況必須高度重視。

在實(shí)際鉆進(jìn)中，本工程在進(jìn)尺到絕對(duì)標(biāo)高-38.00m 左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)水頭出現(xiàn)下降，排漿口帶出大量礫砂（圖1）。查看該區(qū)位的勘察報(bào)告發(fā)現(xiàn)，此時(shí)孔底位于5 層礫砂層頂部位置。該礫砂層中礫徑大于2mm 含量約為49.5%，局部相變?yōu)槁咽?，砂質(zhì)充填，層土不均勻，砂以中粗砂為主。另外，反觀孔內(nèi)泥漿緩緩流出，水頭并未突然下降。因此，懷疑是卵石層縫隙較大，地下水壓力遠(yuǎn)小于護(hù)筒內(nèi)泥漿壓力，導(dǎo)致泥漿流出孔外，引起的水頭下降。

圖1 孔內(nèi)排出卵石

分析原因發(fā)現(xiàn)，前期以膨潤(rùn)土為主料的泥漿護(hù)壁保證了周圍土體的穩(wěn)定，滿足了上部土層鉆孔的需要，雖經(jīng)過沉淀除砂等處理但在經(jīng)過幾次循環(huán)后其粘度，稠度均變差。在進(jìn)入5 層礫砂層時(shí)，礫砂層因地層本身無法自然造漿，加之前期泥漿性能變差，護(hù)壁效果不佳，泥漿沿孔隙流出，造成漏漿。

先停止鉆進(jìn)進(jìn)尺，置換成優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，然后觀察、記錄漏漿情況，若無明顯變化，則按照此優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行進(jìn)尺，且保證及時(shí)置換直至進(jìn)尺穿過5 層礫砂層。若出現(xiàn)明顯的漏漿情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用現(xiàn)場(chǎng)三軸水泥土攪拌樁返土帶上來的部分水泥漿，與制備好的泥漿進(jìn)行攪拌，加大泥漿比重至1.4，粘度至25，攪拌均勻后，再次進(jìn)行鉆進(jìn)工作，觀察護(hù)筒內(nèi)水頭變化，適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)漿，保持孔內(nèi)的水頭位置，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)，護(hù)筒內(nèi)水頭保持穩(wěn)定，漏漿現(xiàn)象得到解決，同時(shí)大量的卵石隨著泥漿被帶出。

4.3 鉆孔沉渣解決措施

埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒以及性能良好的泥漿對(duì)于控制孔底沉渣至關(guān)重要，長(zhǎng)護(hù)筒的埋設(shè)減少了上部雜填土中硬質(zhì)物的掉落，性能良好的泥漿保證中下層易液化坍塌砂質(zhì)層的成孔質(zhì)量，同時(shí)性能良好的泥漿在長(zhǎng)期停鉆的情況下還能保持較好的泥沙懸浮能力，孔底沉積物較少，此外，優(yōu)質(zhì)的泥漿可使孔壁形成一層粘性好、密度大、滲透性差的泥皮，這層泥皮可防止孔內(nèi)泥漿外滲大大減緩孔內(nèi)水頭降低的速度這也是使孔壁穩(wěn)定的有效措施，大大增加了泥漿的攜帶、排除鉆渣的能力，最終能將孔底清理干凈。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)發(fā)展，工程建設(shè)的日益增加，在樁基礎(chǔ)施工過程中，遇到的不良地質(zhì)條件的現(xiàn)象顯著增加，在施工過程中認(rèn)真執(zhí)行設(shè)計(jì)要求和施工技術(shù)要求是非常重要的，針對(duì)施工中可能遇到的潛在問題認(rèn)真分析原因，提前制定出針對(duì)性的處理措施，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的其它問題，進(jìn)一步優(yōu)化措施，能較好地避免各類質(zhì)量事故。同時(shí)實(shí)際施工中，要結(jié)合潛在問題和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際遇到的問題進(jìn)行比較分析，歸納總結(jié)出一系列處理類似問題的有效經(jīng)驗(yàn)。