液化砂層地質(zhì)下化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機高效成孔技術(shù)

袁敘兵

摘要 在公路橋梁工程樁基旋挖成孔施工中，面對多層夾砂土液化等復(fù)雜地質(zhì)條件，存在塌孔、擴徑等質(zhì)量問題，影響成樁質(zhì)量。文章探討了在?？诙螛痘┕すこ讨校珿15沈海高速公路面臨著多層夾砂的復(fù)雜地質(zhì)條件。為了確保施工質(zhì)量并降低成本、縮短工期，采用了化學(xué)泥漿護壁和旋挖鉆機高效成孔技術(shù)。通過這兩種技術(shù)的結(jié)合，成功完成了樁基施工，為工程項目的順利完成奠定了基礎(chǔ)。更重要的是，化學(xué)泥漿對環(huán)境無害。

關(guān)鍵詞 多層夾砂；砂土液化；旋挖鉆機；化學(xué)泥漿護壁；高效成孔

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0090-03

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速推進，橋梁工程在整體工程中的重要性日益凸顯。在當(dāng)前市場經(jīng)濟環(huán)境下，對于樁基施工質(zhì)量的把控愈發(fā)受到重視。鉆孔灌注樁施工作為樁基施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量對整個橋梁工程的穩(wěn)定性有著重要影響。旋挖鉆機作為鉆孔灌注樁施工的主要設(shè)備，憑借其獨特的優(yōu)勢在施工中占據(jù)主導(dǎo)地位。這種鉆機不僅能在保證成孔質(zhì)量的前提下滿足快速成孔的需求，而且其作業(yè)過程噪聲小、速度快，且對環(huán)境污染少，因此得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。目前，旋挖鉆機仍采用膨潤土造漿護壁，在復(fù)雜地質(zhì)及長樁施工中，存在塌孔、擴徑等質(zhì)量問題，影響成樁質(zhì)量。該文通過G15沈海高速公路?？诙螛痘┕すこ虒嵗?，闡述在多層夾砂復(fù)雜地質(zhì)條件下采用化學(xué)泥漿護壁和旋挖鉆機高效成孔技術(shù)[1-2]。

1 工程概況

G15沈海高速公路海口段是高速公路建設(shè)項目，其路線沿用既有的粵海大道布局。此路段北接瓊州跨海大橋（正在規(guī)劃中），南行則與G98海南環(huán)島高速相連接，成為新海港口與海南省G98環(huán)島高速之間的重要通道。該項目樁基共計1 075根，平均樁長為57 m，樁徑分別為1.2 m、1.5 m、1.8 m和2 m，最大樁長為68 m，均為摩擦樁，采用旋挖鉆機成孔的施工工藝。

2 工程地質(zhì)條件及特點

橋址區(qū)處于海積I級階地地貌，表層以第四系全新統(tǒng)沉積的灰黃色砂土為主；特殊性巖土主要為填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；橋址區(qū)26 m以上的飽和砂土為液化土層，液化深度為0～20.0 m，液化指數(shù)為11.10～54.50，液化等級為中等和嚴重；不良地質(zhì)主要為軟土震陷和砂土液化，項目區(qū)整體屬抗震不利地段。

橋址臨近海邊，面臨著復(fù)雜的地質(zhì)條件。地面以下3～26 m的地方，覆蓋著中砂、粗砂和粉砂層，其中夾雜著薄薄的粉質(zhì)黏土層。這個區(qū)域塌孔的風(fēng)險較高，特別是在26 m深度范圍內(nèi)。

3 施工工藝介紹

根據(jù)設(shè)計地勘結(jié)合原地面情況，通過計算確定護筒長度，長護筒采用“旋挖鉆+振動錘”進行下放。施工現(xiàn)場提前合理布置泥漿箱和清水箱，旋挖鉆開孔鉆進至1.5 m時，開始制造化學(xué)泥漿進行護壁。鉆進過程中應(yīng)及時復(fù)測孔位，并根據(jù)不同流塑性砂層調(diào)整化學(xué)泥漿的配合比，使其達到最佳護壁效果。成孔后無須循環(huán)漿液，檢測合格便可直接灌注混凝土。該工藝的優(yōu)點在于鉆孔速度快、成樁質(zhì)量優(yōu)異，以及高度機械化。

4 施工工藝流程

化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機施工的工藝流程詳見圖1所示：

4.1 施工準備及測量放樣

在開始施工前，應(yīng)合理規(guī)劃場地布局，需要對場地進行平整、清除雜物、更換軟土并夯實。同時，需要確保開挖孔位及附近地表的硬化處理，并做好安全防護措施。此外，還需提前規(guī)劃好泥漿箱的位置、臨時用電線路、渣土運輸通道以及車輛沖洗裝置等。應(yīng)按照標準化要求，確保安全文明施工和環(huán)保要求得到滿足。旋挖鉆機、發(fā)電機、挖機、汽車吊、裝載機、焊機、泥漿箱、空壓機、泥漿分離機等機械設(shè)備均按照要求進場，所有的機械設(shè)備均應(yīng)經(jīng)過檢查、維修、安裝和調(diào)試，現(xiàn)場運行正常，性能良好。采用鐵板制作泥漿箱和清水箱，減少開挖及對周圍的污染，防止基礎(chǔ)泡水后下沉。采用全站儀測量放出孔位中心點及四角護樁，護樁采用φ25帶肋鋼筋，入土深度為60 cm，并在護樁表面鋪設(shè)水泥砂漿，用于固定和檢查護樁是否偏位。

4.2 護筒埋設(shè)

根據(jù)設(shè)計圖紙地勘及現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，應(yīng)對護筒側(cè)摩阻力進行驗算，通過計算確定護筒的埋設(shè)長度，防止開鉆鉆進后孔底坍塌和護筒下沉。計算不考慮樁端受力和水的影響，只考慮樁身摩阻力，計算的側(cè)摩阻力應(yīng)大于護筒自重的1.2倍。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）[3]，計算公式如下：

QUK=QSK+QPK=u∑qsikli+qpk（Aj+λpApl） （1）

式中，qsik——地層的側(cè)摩阻力；qpk——地層的為端阻力；u——樁身周長；li——樁周第i層土的厚度；Aj——樁端凈面積；Apl——空心樁敞口面積；λp——樁端土塞效應(yīng)系數(shù)。

當(dāng)護筒長度小于6 m時，可直接通過旋挖鉆邊取土邊下壓護筒下放；長度大于6 m時，應(yīng)采用插拔樁振入，護筒采用焊接進行接長，焊縫應(yīng)滿足施工規(guī)范要求，必須確保其穩(wěn)固性。在插拔樁時，應(yīng)使用護筒，通過測量護樁與護筒表面之間的距離控制護筒的平面位置。護筒中心與樁位中心的偏差應(yīng)不小于5 cm。在下放過程中，應(yīng)在護筒頂部沿垂直方向設(shè)置吊錘線，以控制垂直度不大于1%。每下放1.5 m時，應(yīng)對護筒的平面位置和垂直度進行校核。

4.3 化學(xué)泥漿配合比

（1）化學(xué)泥漿為白色粉末狀，需和水、工業(yè)用氫氧化鈉配合使用，對砂層具有較好的黏附力。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)不同，需對化學(xué)泥漿配合比進行動態(tài)調(diào)配。針對粗砂或流塑性砂層，聚合物泥漿可提高用量。詳見表1所示：

（2）在制備泥漿之前，首先使用pH試紙對水進行測試，然后根據(jù)測試結(jié)果加入適量的火堿，以將泥漿體系的pH值調(diào)整至8～10的范圍。這樣做可以減少因海水問題對泥漿性能造成的影響。

（3）在向孔中添加清水的過程中，工人使用鐵鍬按比例加入奈普頓化學(xué)泥漿和工業(yè)用氫氧化鈉。通過泵水的流動和旋挖鉆機的攪拌，使化學(xué)泥漿均勻地與水混合，形成穩(wěn)定的化學(xué)泥漿。其性能指標如表2所示：

（4）在奈普頓化學(xué)劑造漿施工的過程中，根據(jù)地層的不同，需要按照0.03%～0.13%的比例進行配制。在現(xiàn)場觀察時，可以明顯看到旋挖鉆機的鉆桿在從孔中提升時，其上附著泥漿。此外，當(dāng)鉆頭被提出時，泥漿會像細絲一樣從鉆頭滴落，這種景象與制作“拔絲蘋果”時的絲狀物相似。不同地質(zhì)的具體用量可參考表3所示：

（5）灌注完后的化學(xué)泥漿可收集后重新利用，再次利用可加入3/4的化學(xué)泥漿。配制順序為：注水—加堿調(diào)水—加聚合物—性能測試。

4.4 鉆機就位及鉆進成孔

（1）場地平整完成后，根據(jù)場地布置要求旋挖鉆機就位。旋挖鉆機應(yīng)采用履帶式280型及以上型號，鉆進系統(tǒng)配有液壓動力頭帶動鉆桿，自帶儀表可隨時監(jiān)控孔深及鉆孔傾斜度。鉆頭旋挖切削土體，提出孔外，打開鉆頭底蓋倒土至定制鐵箱中。土體可通過挖機轉(zhuǎn)至自卸汽車上，運輸?shù)綏壨翀龆逊拧?/p>

（2）在護筒內(nèi)預(yù)先制備泥漿，確保泥漿量是平均用量的1.5～2倍。鉆至護筒底部以下3 m時，應(yīng)按平均用量補給化學(xué)泥漿。為保證施工正常，泥漿制備需專人負責(zé)，并隨時關(guān)注泥漿液面的高度，嚴格按需添加化學(xué)泥漿。

（3）在開始鉆孔時，以較慢的速度推進，以幫助形成堅固、垂直和光滑的孔壁，并防止孔口坍塌。在初始鉆孔起到導(dǎo)向作用后，可逐漸提高鉆進速度。同時，必須持續(xù)監(jiān)測泥漿的濃度和孔內(nèi)水頭高度，并確保及時補充泥漿，以維持穩(wěn)定的鉆進環(huán)境。同時，應(yīng)不斷對鉆渣進行取樣分析，繪制出每孔的地質(zhì)柱狀圖，并與地質(zhì)資料進行比對核實。鉆孔操作時，操作人員必須嚴格遵守操作規(guī)程[4]。

（4）在接近鉆孔終點時，應(yīng)改用封底的撈砂鉆頭，以減小每次的進尺長度（控制在約30 cm），逐步將孔底的稠泥漿排出。當(dāng)鉆孔深度接近終孔時，應(yīng)暫停鉆進約1 h，讓鉆屑與泥漿混合物充分沉淀。之后，使用鉆具一次性將沉淀物完全清除。完成鉆孔后，應(yīng)采用全自動檢孔儀檢測成孔的直徑、傾斜度以及沉渣厚度，同時避免使用探籠剮蹭護壁，以防止產(chǎn)生孔底沉渣。

4.5 鋼筋籠下放

采用特制吊具下放鋼筋籠，確保鋼筋籠吊裝不變形。樁頭鋼筋套PVC軟管，便于后期采用環(huán)切法快速破除樁頭。制作鋼支撐平臺用于接長、支撐鋼筋籠，同時便于鋼筋籠的平面定位，確保鋼筋籠距中。鋼筋籠下放吊具設(shè)計詳見圖2所示：

4.6 導(dǎo)管安裝

導(dǎo)管試用前，對導(dǎo)管進行試拼檢查；檢查無誤后，將導(dǎo)管逐節(jié)接長下放至距離成孔底部0.3～0.4 m的位置；導(dǎo)管接頭處設(shè)置密封膠圈，保證導(dǎo)管水密性滿足要求；導(dǎo)管為內(nèi)徑200～350 mm的鋼管。施工所用的導(dǎo)管必須嚴密，接頭的螺紋類型在使用前需要進行水密性、承壓能力和接頭抗拉強度的測試。

4.7 混凝土灌注

導(dǎo)管法灌注水下混凝土是一種重要的施工方法，特別是在大型水工結(jié)構(gòu)物中廣泛應(yīng)用。由于水下混凝土的特殊性質(zhì)，整個澆筑過程必須連續(xù)進行，不能出現(xiàn)中斷。這是因為一旦澆筑過程中斷，混凝土就有可能發(fā)生初、終凝時間的不一致，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部形成裂縫，嚴重影響結(jié)構(gòu)的強度和耐久性。

導(dǎo)管法灌注水下混凝土的化學(xué)泥漿可以重復(fù)利用。這不僅能節(jié)約施工成本，還能減少對環(huán)境的影響。為了確保化學(xué)泥漿的質(zhì)量和重復(fù)利用的效果，應(yīng)定期對其性能進行檢查和維護。

同時，需要特別注意的是，應(yīng)嚴禁化學(xué)泥漿和膨潤土泥漿混用[5]。雖然這兩種泥漿都有一定的懸浮和保護混凝土的作用，但它們的成分和性能差異很大。如果將它們混合使用，很可能會產(chǎn)生不良反應(yīng)，影響混凝土的質(zhì)量，甚至可能對結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅。

導(dǎo)管法灌注水下混凝土是一項技術(shù)要求高、管理嚴格的施工工藝。在施工過程中，必須嚴格遵守操作規(guī)程，確?；炷恋馁|(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時，加強泥漿的管理和維護也同樣非常重要，這不僅能節(jié)約成本，還能提高施工效率，為整個工程的質(zhì)量和進度提供有力保障。

4.8 成樁質(zhì)量檢測

成樁質(zhì)量檢測是樁基施工的重要環(huán)節(jié)，主要包括樁徑、樁長、樁身垂直度、混凝土強度等方面的檢測。

（1）樁徑檢測：采用鋼卷尺或電磁波儀進行檢測，測量樁身的直徑和橢圓度。

（2）樁長檢測：采用電磁波儀或聲波透射法進行檢測，測量樁身的長度。

（3）樁身垂直度檢測：采用傾斜儀或激光測距儀進行檢測，測量樁身的垂直度。

（4）混凝土強度檢測：采用鉆芯法或超聲波法進行檢測，測量混凝土的強度。

5 結(jié)語

經(jīng)過工程實踐，化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機的樁基成孔工藝，57 m的樁長，24 h連續(xù)作業(yè)，1臺旋挖鉆可完成2根/天，成孔效率高、質(zhì)量好，對加快工程進度和提升樁基質(zhì)量具有積極作用。

化學(xué)泥漿具有黏度大、護壁效果佳等優(yōu)點，適用于砂層地質(zhì)，能極大地解決旋挖鉆機在復(fù)雜地質(zhì)下成孔過程中出現(xiàn)的漏漿或塌孔等不良問題，確保了樁身質(zhì)量問題。旋挖鉆機成孔效率高，成孔后沉渣少，無須過多的清孔工作，泥漿可重復(fù)利用，降低了泥漿處理費用，同時減少了對周圍環(huán)境的污染，為樁基礎(chǔ)施工提供了可靠保障。這對于沿海復(fù)雜地層的施工具有重要借鑒意義。

參考文獻

[1]孫錦霞. 公路工程化學(xué)泥漿護壁旋挖鉆孔樁施工技術(shù)[J]. 交通世界， 2020（26）： 83-84+86.

[2]靳云龍. 泥漿護壁鉆孔灌注樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2018（4）： 37-38.

[3]建筑樁基技術(shù)規(guī)范： JGJ 94—2008[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[4]石平. 旋挖鉆機在灌注樁施工中的應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2019（10）： 42-43.

[5]林秀勝. 鉆孔灌注樁施工技術(shù)在市政橋梁施工中的運用分析[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2023（6）： 201-203.