淤泥地質(zhì)條件下灌注樁施工難點分析及解決方案

鮑春生

（中煤長江基礎(chǔ)建設(shè)有限公司，南京 210046）

1 工程概況

某項目地質(zhì)分布從上至下為：碎石素填土、含淤泥中細砂、流塑淤泥層、粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖強風化帶、泥質(zhì)粉砂巖中等風化帶，其中，流塑淤泥層厚0.6~15 m。淤泥層的特點有強度低，壓縮性高和孔隙率高等，此外，淤泥還容易流動變形，易受外界因素擾動，因為這些特性，淤泥的施工性能極差，特別是對于灌注樁施工十分不利。

2 淤泥地質(zhì)對灌注樁施工的難點

2.1 混凝土超方

在淤泥地質(zhì)條件下，灌注樁施工中混凝土的超方量明顯增加，其根本原因是在澆筑過程中淤泥地質(zhì)易發(fā)生流動，導(dǎo)致孔壁變化。擴孔的主要原因是混凝土在澆筑時因其自重較大，同時還帶著灌注的壓力，給孔壁形成了巨大的壓力，而淤泥的強度低，會因為壓力而被擠壓，進而導(dǎo)致孔徑增大。同時在壓力的作用下，混凝土會擠向淤泥，導(dǎo)致混凝土的充盈系數(shù)增大。特別是在淤泥地質(zhì)條件下，灌注樁施工中擴孔一旦發(fā)生往往較嚴重，混凝土超方的量較大，單個樁的造價也有顯著提高，不利于項目經(jīng)濟效益增長。

2.2 二次清孔困難

淤泥層中時常還有其他雜質(zhì)，如粉質(zhì)黏土、粉砂等。這樣的成分組成會使淤泥具有更強的流動性，大大延長鋼筋籠下放的時間。而孔內(nèi)的泥漿在經(jīng)過一段時間后就會發(fā)生沉淀，失去泥漿護壁和排渣的作用，這時需要進行二次清孔，大大增加了工作量，延誤成樁時間，影響工程進度。

2.3 機械設(shè)備就位難

淤泥地質(zhì)場地的承載能力不足，灌注樁施工所使用的機械設(shè)備普遍自重較大，機械設(shè)備容易陷在淤泥中，即使按要求就位，也可能在設(shè)備就位位置產(chǎn)生較大的沉降，影響設(shè)備正常工作。一般的工程中采用的都是石塊或磚渣換填的方式來提高地基承載能力。但該方式存在明顯的不足，機械設(shè)備會在施工過程中對場地反復(fù)碾壓，而對地面施力點較為集中，因此，換填的材料會發(fā)生不均勻的沉降，進而使地基的承載能力進一步降低。一些工程還會采用石粉來換填，但淤泥地質(zhì)范圍較大，石粉換填的成本過高，不利于項目積極性原則。

2.4 鉆進過程難控制

淤泥地質(zhì)條件下開展灌注樁作業(yè)，鉆孔機械在運作途中會產(chǎn)生較強的振動，而因為淤泥的特性，淤泥會處在一種運動狀態(tài)，孔壁易坍塌。在鉆機鉆進時，鉆頭會發(fā)生高頻振動，引起淤泥層流動，鉆孔的位置會因為不均勻沉降產(chǎn)生偏差，發(fā)生偏樁。其次，因為淤泥層的流動特性，淤泥層中潛藏的石塊也會隨之運動至鉆孔位置，導(dǎo)致鉆頭損壞或鉆桿折斷。需要用專業(yè)的器具將石塊取出，后用小號的鉆頭以及牙輪緩慢鉆進，同時對不合適的部位進行回填，待其余灌注樁成孔后，重新使用沖擊鉆配合正循環(huán)的方式完成鉆孔工序。

2.5 鋼筋籠上浮

灌注樁澆筑工序中，在澆筑初期，混凝土導(dǎo)管還未達到一定埋深，混凝土下落會給底部的混凝土一個強壓力，當該強壓力大于鋼筋籠的重量時，鋼筋籠就會上浮。此外，若澆筑的速度較慢，混凝土發(fā)生離析、初凝，新澆筑的混凝土就會向上頂已初凝的混凝土，而鋼筋籠就會被初凝的混凝土帶著上浮。

3 淤泥地質(zhì)條件下灌注樁施工難點解決方案

淤泥層層厚超過8 m時可以采用長護筒護壁施工工藝。該工藝能有效解決上述施工難點，直接提高項目的經(jīng)濟效益。

3.1 技術(shù)原理

施工地質(zhì)中包含淤泥層且淤泥層較厚時，如上層有正常土質(zhì)，則在上層鉆進過程中采用傳統(tǒng)的鉆進方式，即泥漿護壁成孔，而且選擇的鉆頭應(yīng)比孔徑略大，方便后續(xù)淤泥層施工。臨近淤泥層時換用長護筒成孔后應(yīng)及時換用長護筒護壁施工，護筒的施打系統(tǒng)采用起重機與振動錘液壓鉗協(xié)作，穿過淤泥層一定長度時，再換用匹配樁徑的鉆頭繼續(xù)后續(xù)的鉆進工序。進行混凝土灌注，一次灌注完成后，計劃長護筒拔出和混凝土補灌工序，灌注樁施工完成。

3.2 技術(shù)要點

3.2.1 非淤泥層灌注樁成孔

1）采取隔孔施工程序（支護樁）。成樁初始，樁身混凝土的強度很低，且混凝土灌注樁的成孔是依靠泥漿來平衡的，故采取較適應(yīng)的樁距對防止坍孔和縮徑是一項穩(wěn)妥的技術(shù)措施。

2）確保樁身成孔垂直精度。采取擴大樁機支承面積使樁機穩(wěn)固，經(jīng)常校核鉆架及鉆桿的垂直度等措施。

3）確保樁位、樁頂標高和成孔深度。在護筒定位后及時復(fù)核護筒的位置，嚴格控制護筒中心與樁位中心線偏差不大于50 mm并認真檢查回填士是否密實，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。

3.2.2 材料及設(shè)備選擇

因淤泥地質(zhì)的特性，長護筒對受力的要求較高，因此，選擇材質(zhì)為Q235的鋼套筒，壁厚12 mm，單節(jié)長護筒長度為8~12 m，鋼套筒的內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大至少100 mm。長護筒的施打設(shè)備選擇起重機、振動錘、液壓鉗系統(tǒng)，其中起重機的配置不低于50 t。

3.2.3 長護筒施打

長護筒施打前應(yīng)做好樁位的定位工作，通過全站儀打出精確的樁位點位，在點位上拉十字線。位置確定好后，用起重機吊起長護筒使長護筒垂直于孔口屏面，安排4人位于十字線4個端點輔助對齊孔位，確定好后下放長護筒，下放過程應(yīng)緩慢進行，避免破壞已成孔的孔壁。同時按互相垂直的關(guān)系架設(shè)兩臺經(jīng)緯儀以確保在護筒下放過程中其始終處于垂直孔口平面的狀態(tài)。護筒下放至預(yù)定位置后，再次檢查護筒的垂直度、定位，無誤后開始振動下沉工序。每下沉約1.5 m時，停止振動，校驗護筒的垂直度，如有偏差需及時修正。護筒施打工序完成后應(yīng)檢查護筒的垂直度是否滿足小于1%。如施工安排允許的條件下，可以采用跳打的方式提高成樁質(zhì)量和施工效率，跳打的數(shù)量和間隔根據(jù)實際的施工情況來確定。

如長護筒施打過程中護筒的下沉速度短時間內(nèi)有較大的降低，應(yīng)及時停止，將護筒向上提高0.5 m后再行下沉，觀察下沉的狀況，如仍然速度緩慢，則考慮下方有阻擋物的情況。將護筒提出孔外，平置于相對平整的地面，排除障礙物后再重新開始施打工序。

3.2.4 泥漿抽取筒

淤泥地質(zhì)條件下的樁長較長，在灌注樁施工中需要掌握孔內(nèi)泥漿的相關(guān)參數(shù)情況，以調(diào)整泥漿比重防止塌孔。該泥漿抽取筒能下至任意需要測量的深度并取得泥漿，極大地方便了泥漿參數(shù)的測定工作。

使用泥漿抽取筒需將抽塞壓至隔板，并在筒內(nèi)注滿泥漿，然后將泥漿抽取筒放入需抽取泥漿的灌注樁孔內(nèi)。下放位置通過抽繩上的刻度確定，待下放至指定位置后將抽繩向上提，抽塞通過擠壓將筒內(nèi)的泥漿排出，在筒內(nèi)形成了負壓環(huán)境，外部的泥漿此時就能將橡膠球頂至盲孔位置，通過筒底部的通孔，進入筒內(nèi)，待取到足夠泥漿后實心橡膠球會在內(nèi)部泥漿的壓力下再堵住底部通孔，此時就能將泥漿抽取筒提出灌注樁孔外，完成抽取工作。

3.2.5 鋼套筒接長

單節(jié)護筒的長度不足時就要在原護筒上焊接加長護筒。在長護筒的頂端下降至距地面高1 m時開展護筒加長工序。焊接的方式為對焊，焊接工作完成后在接口處外包一層10 mm厚200 mm寬的鋼板。焊接工序全部完成后，需待護筒自然冷卻后才能進行后續(xù)的施打工作。

3.2.6 淤泥層穿過判定

施打長護筒工序的一個重要目的就是穿過淤泥層，因此，需參考工程的地勘報告，在施打工序的后期實時關(guān)注施打情況，監(jiān)測施打深度、護筒下放快慢和是否順暢等來判斷長護筒是否穿過了淤泥層，如判定已穿過淤泥層后，還應(yīng)繼續(xù)施打使護筒下至淤泥層下超過1 m。

3.3 淤泥層灌注樁長護筒拔出及混凝土補灌

3.3.1 開拔時間

考慮到混凝土的強度和成孔時間，長護筒開拔時間應(yīng)根據(jù)混凝土澆筑完成的時間和混凝土的初凝時間兩個參數(shù)確定：長護筒開拔時間應(yīng)在混凝土澆筑完成30 min后1 h前，同時不能超過混凝土拌和完成后5 h。

3.3.2 拔出過程

將護筒頂端周圍的環(huán)境清理干凈為拔出作業(yè)做準備，護筒頂應(yīng)超出地面0.5 m，方便設(shè)備安裝。拔筒設(shè)備采用起重機和振動液壓鉗的組合，控制振動液壓鉗夾住護筒并振動兩分鐘以上，為護筒騰出空間減少護筒與土之間的摩擦，然后緩慢向上拔出，同時保證振動液壓鉗正常運作。

護筒每拔出3 m，停止起重機，待振動約2 min后再繼續(xù)拔出護筒，停止時間內(nèi)依然采用經(jīng)緯儀來檢測護筒的垂直度，避免因為拔護筒導(dǎo)致偏樁。重復(fù)上述步驟，直至將護筒完全拔出，拔出后應(yīng)將護筒平放置于平整的場地存放。

3.3.3 混凝土補灌

因長護筒本身的體積與淤泥質(zhì)土特性的影響，長護筒拔出后會空出一部分空間，導(dǎo)致混凝土不足，為保證有效樁長滿足設(shè)計要求，護筒拔出一定的高度后（該高度參考孔的深度和淤泥層的厚度推算），觀察護筒內(nèi)混凝土的下降高度，再按照護筒內(nèi)的空余情況補灌混凝土，補灌完成后再行振動拔出護筒。

4 效益分析

成樁速率明顯提高。在工程實踐中據(jù)統(tǒng)計，樁長21 m、直徑800 mm的樁，按傳統(tǒng)灌注樁施工工藝成孔需要4~5 d，同樣條件長護筒護壁施工工藝成孔只用2 d，單根樁的施工工期縮短了2~3 d，工期效益明顯。

充盈系數(shù)顯著減小。淤泥層采用傳統(tǒng)工藝成孔實測充盈系數(shù)1.7~1.8，采用長護筒工藝實測充盈系數(shù)1.4?；炷脸搅肯陆得黠@，單樁成本降低。

長護筒為單元化構(gòu)件，且其強度高不易磨損，使用時間長，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，也就減少了泥漿的使用，減少了泥漿處理工作的花費。同時長護筒便于定點存放，便于管理，容易滿足文明工地的要求。

對于淤泥土質(zhì)的保護功能更強，能有效避免塌孔漏漿的問題發(fā)生。在工程實踐中，長護筒護壁工藝的成樁質(zhì)量經(jīng)檢測一類樁數(shù)量占總的大95%，成樁的質(zhì)量得到有效保障。

5 結(jié)語

綜上所述，在厚淤泥層地質(zhì)條件下進行灌注樁施工，因淤泥層的特性帶來的不利影響，存在混凝土超方、二次清孔困難、機械設(shè)備就位難、鋼筋籠下放困難等施工難點，為了能有效應(yīng)對這些施工困難，本文介紹了一種泥漿護壁與長護筒護壁相結(jié)合的成樁技術(shù)。經(jīng)過實踐對比，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在成樁效率，灌注樁病害防治和成樁質(zhì)量上都有明顯的提高，具有相當?shù)膽?yīng)用價值。