擴孔取砂工藝助預應力混凝土管樁穿越密實砂層

摘要:預應力管樁沉樁過程中遇到較硬夾層施工很困難，本文結合工程實際經驗，介紹一種采用擴孔鉆頭取砂并用鈉基膨潤土漿護壁的方式破壞較硬夾層的方法。

關鍵詞:擴孔鉆頭 擴孔取砂 鈉基膨潤土 沖擊成孔

0 引言

國內某核電站新建武警營房，建筑面積4313.5平方米，建筑物總高度15米，框架結構，柱網間距9.9×7.8米。所處區域為海域回填區，1999年采用對海淤泥進行排水固結、回填拋石層進行強夯。因回填拋石地基承載力有限，而且很難保證地基的均勻性。為克服原地基處理方式存在的缺陷，結合當地預制樁使用經驗和沖孔灌注樁經驗，為降低工程造價，縮短建設工期，基礎采用了預應力混凝土管樁基礎，樁型PHC-500(AB)120-C80，樁長44m，樁頂標高-1.5m，單樁設計承載力特征值1100kN，設計共128根。

1 地質、地下水情況

1.1 場地地質情況如下

1.2 地下水情況 本工程場區內地下水主要為第四紀孔隙水，賦存于⑥-1粉細砂層中，水位受潮汐影響，變幅小于海水。穩定地下水位埋深在地面下7.5～8.0m之間，具有弱承壓性。

2 采用的施工工藝

本工程管樁設計為摩擦樁，其樁端全新面進入持力層不小于1m。根據招標文件要求，首先使用沖孔鉆機將①層打穿后分層回填土、石，然后進行沉樁，工程試樁時先后采用靜壓和錘擊兩種方式進行沉樁，在樁端到達⑥-1層試均出現樁無法壓入或樁頂破壞的情況。因此，如何穿越⑥-1層中密～密實狀態的粉細砂層是本工程采用預應力管樁能否成功的關鍵。

2.1 采用擴孔鉆頭取砂并用鈉基膨潤土漿護壁，破壞⑥-1層粉砂層 在勘察鉆機的基礎上，經過多次試驗、改進，研究出采用擴孔鉆頭(見下圖)取砂破壞密實砂層，使管樁能夠穿越⑥-1層的施工工藝。

2.1.1 擴孔鉆頭介紹 如上圖所示擴孔鉆頭為滿足本工程需要而研究制造的，鉆頭自重約70kg，收緊狀態時寬度為220mm，打開時達到450mm。具體原理為:鉆頭分為上下兩部分，主桿為可伸縮內套滑桿，兩翼分別由2根桿件通過螺栓相互連接并與主桿連接;鉆頭在受拉時為收緊狀態，在受壓時則為打開狀態。鉆頭底部為“V”型，與翼沿外側均焊有合金材料的牙口，提高了鉆頭的耐磨性和剛度。鉆頭桿件為中空，設有泥漿孔，鉆進時鈉基膨潤土漿從泥漿孔噴出，利用鈉基膨潤土體積膨脹的作用達到護壁的作用。

2.1.2 具體施工方法 ①樁尖采用C型開口樁尖，樁端用砂袋封堵結實(曾試驗采用素混凝土封堵的樁尖，但制作周期長，鉆頭鉆進混凝土層較困難，后放棄。)靜壓27m樁至地面以下10cm，使樁端位于⑥-1粉細砂上1米左右。這樣可以避免樁機走動時對樁的影響;沉樁中斷時樁端位于淤質粉質粘土層未達到持力層，可以減少以后壓樁的難度，也可以避免樁端在較難穿透的土層時接樁。②靜壓樁機撤離樁位，勘察鉆機就位，首先使用直徑220的巖芯管將管樁孔內的石子、粘土取出，取土深度達到樁端一下1m左右(使擴孔鉆頭能夠達到樁端以下，避免擴孔鉆頭在管樁內打開而造成管樁破壞)。③同時在距樁位2m外不影響其他樁施工的位置挖一泥漿池，泥漿池應做到封閉、不漏漿。泥漿池內調制鈉基膨潤土漿，泥漿密度為1.3～1.5之間。泥漿池內架設泥漿泵與鉆桿相通，并在泥漿池與樁位間開挖泥漿溝，使鈉基膨潤土漿在泥漿池與樁之間形成環路。④將巖芯管更換為擴孔鉆頭，由管樁孔內下放到樁端以下，此時鉆頭為懸空狀態，依靠自重成收緊狀態，到達土層后鉆機轉動并施加壓力，鉆頭在鉆洞中逐漸打開，同時泥漿從鉆頭的泥漿孔噴出隨著鉆頭轉動形成泥漿護壁。⑤泥漿池內拌好的鈉基膨潤土漿通過泥漿泵加壓由鉆桿進入鉆頭后噴出。在鉆頭鉆進過程中，漿將砂及其他少量的砂層夾雜物由管樁孔返出，通過泥漿溝流回泥漿池。砂在泥漿溝內沉積，泥漿溝內做到不間斷的清理。⑥根據鉆頭鉆進深度對比勘察報告，并觀察管樁孔返漿中細砂的含量可以判定是否已經穿透⑥-1粉細砂層。在確定穿透砂層后，鉆機移位至下一根樁，靜壓樁機就位壓樁17m至設計深度。

2.2 其他工藝 在工程初期曾試驗采用沖孔鉆機沖透⑥-1層的工藝。即采用沖孔灌注樁施工中的沖擊成孔工藝在打穿①層拋填石后繼續沖孔直至穿透⑥-1層，然后分層回填土、石，進而進行預制樁施工。

3 兩種工藝的比較

3.1 兩種工藝實施情況 第1種工藝施工106根，施工前期出現了同一承臺樁在擴孔取砂后串孔的現象，這樣就減小了樁的摩擦力并且給后續壓樁帶來一定難度。后經調整擴孔取砂順序，使2根臨近的樁不同時擴孔取砂，在后面的施工中未出現此問題。

采用第2種工藝共施工22根樁，其中20根沉樁到設計深度，2根樁由于⑥-1粉細砂層出現塌孔壓樁未能一次到位。此2根樁經擴孔取砂處理后壓到設計深度。

目前本工程已經結束，采用以上2種工藝施工的樁經靜載荷試驗和全部低應變檢測均達到設計要求。

3.2 單根樁穿越粉細砂層工序投資及工期比較

綜合考慮工程造價和工期因素，本工程在擴孔取砂試驗成功后，主要采用擴孔取砂工藝穿越⑥-1粉細砂層。

4 總結語

預應力管樁因其疲勞強度高、承載力高、經濟、施工速度快等優點在一般建筑工程中廣泛應用，但在此核電站因地質情況復雜一直未能采用。擴孔取砂工藝作為一種新工藝在本工程的使用成功，破解了該核電站不能使用預應力管樁的難題，也為解決預應力管樁沉樁過程中遇到較硬夾層問題找到了一個很好的解決方法。

該工藝的成功經驗在此核電站及國內類似場地上具有較好的推廣應用價值。

參考文件:

[1]《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)黃強.劉金礪等.

[2]《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2003)陳凡.徐天平等.

[3]《先張法預應力管樁》(蘇G03-2002)李世歌等.江蘇省工程建設標準設計站.