穿越流砂層鉆孔灌注樁施工難題解決方法

鄒海江，方良平

(1.浙江海洋學院船舶與建筑工程學院,浙江舟山 316004;2.舟山市大沙建筑工程有限公司,浙江舟山 316000)

當工程地質局部產生特殊的流砂層時，按鉆孔灌注樁一般性正常施工工法，因該流砂層經鉆孔后會在樁孔中間部位（即流砂層部位）迅速形成（約15～20min內）新的流砂層，這樣不但不能正常清孔，而且連鋼筋籠也無法放入樁孔內，無法完成混凝土的澆灌。采用鋼板護壁護筒施工工法，不但能解決穿越流砂層中的鉆孔灌注樁施工的難題，而且樁基質量符合規范和設計要求，技術經濟效益和社會效益顯著。

1 工程概況

東方麗景住宅小區，位于舟山定海區甬慶興西路西側，規劃用地面積3 5451 m2，由24幢5～6層住宅樓組成，總建筑面積45 773 m2。其中23幢、24幢住宅樓，在施工時部分鉆孔灌注樁遇到了流砂層。但該工程《巖土工程勘察報告》中并無反映，給正常鉆孔灌注樁施工帶來了一定的難度。

鉆孔灌注樁由于非擠土、無噪聲、設備簡單，設計的樁徑和樁長可根據現場不同地質條件任意確定，設計荷載承載力特征值大，因此，廣泛用于工業與民用建筑（包括構筑物）的基礎工程。

但當工程地質局部產生特殊的流砂層時，按鉆孔灌注樁一般性正常施工工法，因該流砂層經鉆孔后會在樁孔中間部位（即流砂層部位）迅速形成（約15～20 min內）新的流砂層，這樣不但不能正常清孔，而且連鋼筋籠也無法放入樁孔內，無法完成混凝土的澆灌。

工程項目部與公司工程科、質量科以及總工室經過分析論證，認為如果采用其它樁型，設計變更復核、調換樁機及施工人員、進退場費、試樁等費用相應增加，而且施工進度也會延長。而采用局部加大樁徑、增設鋼板護壁護筒、加大護壁泥漿比重，可以有效地解決樁孔中的流砂層難題。鋼板護壁護筒直徑和長度，可根據現場灌注樁樁徑和流砂層厚度適當擴大和加長制作。以下為具體施工原理與方法。

2 施工工藝原理

為了解決樁孔內的流砂層，必須首先阻止活動的流砂層進入樁孔內。采用4 mm厚鋼板護壁護筒，長度應大于流砂層厚度上下各增加1.0 m為宜，護筒直徑應比原樁徑加大0.15 m，上部樁孔直徑應比鋼板護壁護筒加大0.05 m。測定流砂層厚度及準確位置，并記錄在打樁資料上，便于加工和安裝鋼板護壁護筒。然后再用適量膨潤性黃土加入樁孔中，增加泥漿比重，進行鉆孔和清孔，以徹底阻止活動的流砂層進入樁孔中。

下面是本住宅小區穿越流砂層鉆孔灌注樁施工情況及擴大樁孔后安裝4 mm厚鋼板護壁護筒設計中的典型剖面圖。

圖1 鉆孔后淤積在樁孔內新的流砂層示意圖Fig.1 Diagram of new quicksand layer in the pile after drill hole

圖2 擴大樁孔安裝4mm厚鋼板護壁護筒示意圖Fig.2 Diagram of enlarge pile hole installation 4 mm thick steel casing wall

3 材料與設備

3.1 材料

3.1.1 水泥

水泥采用強度等級不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥，其質量應分別符合GB175、GB1344的規定。不應采用存期超3個月的水泥和快硬型水泥。

細骨料應采用潔凈天然、級配合理、質地堅硬的中粗砂，其質量應符合GB/T 14684的規定。不得采用未經淡化的海砂。

粗骨料應采用堅硬的碎石或卵石，并宜用粒徑5～40 mm連續級配的石料，其最大粒徑不大于40 mm，其質量應符合國家標準GB/T 14685的規定。

混凝土拌和用水不應含有影響混凝土正常凝結硬化及對鋼筋有腐蝕作用的有害物質、污水、泥水、pH值小于4的酸性水等，其質量應符合JGJ63的規定。

3.1.2 鋼材

孔口護筒一般常用的由柴油筒切剖拼焊制成[1]，長度不宜小于1.0 m，砂土層中不宜小于1.5 m。

流砂層中護壁護筒，一般樁徑在1.0 m以內的用4 mm厚Q235鋼板。樁徑大于1.0m的護壁護筒鋼板宜適當加厚，并焊成圓筒狀，焊條可采用E43型。

鋼筋籠鋼筋采用HPB235、HRB335級鋼筋，其質量應符合GB13013、GB1499及相關規范的規定，焊條采用：HPB235用E43型；HRB335用E50型。

3.2 機械設備

樁機型號根據地質情況、樁長、樁徑設計要求確定,水泵、攪拌機、電焊機、運泥漿汽車、反斗車、水準儀等。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工準備→埋孔口護筒→樁機就位→開鉆鉆至設計標高（泥漿護壁）→第一次清孔→如發現流砂層→測定流砂層部位及厚度→擴大上部樁孔孔徑→用4 mm厚鋼板制作護壁護筒及安裝→樁孔內加適量膨潤性黃土、以增加泥漿比重→安放鋼筋籠及導管→第二次清孔→測樁孔底沉渣→沉渣厚度符合設計要求后→懸掛隔水栓→灌注水下混凝土→剪斷鐵絲隔水栓下落孔底→連續灌注混凝土、上提導管→混凝土灌注完畢→移樁機至另一樁位。

4.2 操作要點

4.2.1 施工準備

詳細了解場地《巖土工程勘察報告》，建筑場地中地上地下管線、鄰近建筑物結構與地基基礎等情況。

施工前應進行施工圖會審[2]、勘察、設計技術交底、編制施工組織設計方案，并審核確認，組織施工人員進行技術和安全交底。

打樁前應處理好地下和高空障礙物。施工場地應平整處理，樁機移動的范圍內除應保證樁機垂直度的要求外，還應考慮地面有一定的承載力[3]，施工場地及周圍應保持排水暢通，以保證施工機械正常作業。

樁基軸線的控制點和水準點應該設在不受打樁影響的地方，開工前經復核后要妥善保護，施工中應正常復測，樁基軸線位置的允許偏差不得超過20 mm。

樁機及配套設備、水泵、電焊機等須檢查、檢測合格，平面布局合理，挖好泥漿池和排污池。

項目部班組作業人員必須由項目技術負責人進行具體的工程技術交底和安全作業交底，以確保工程質量和安全生產。

4.2.2 鉆頭制作

鉆頭外徑可比樁徑小40 mm，鉆頭的規格應按設計樁徑要求配備齊全。

成孔工藝應根據工程特點、地質情況、設計要求和施工單位條件等優化選擇。對樁孔深度大于30m的鉆孔樁或端承型樁，宜采用反循環工藝成孔或清孔。

樁基工程施工前必須試成孔，數量一般為2個，當試成孔的孔徑、垂直度、孔壁穩定性、沉渣等檢測指標不能滿足設計要求時，應擬定整改、補救措施或重新選擇施工工藝及操作方法。

成孔施工應一次性不間斷地完成，成孔完畢至灌注混凝土的間隔時間不宜大于24 h。

成孔至設計深度后，應會同工程有關方對成孔深度等進行檢查，如果部分地質存在流砂層，不但影響清孔，而且下道工序的鋼筋籠也不能放入，此事應會同工程有關方對成孔問題進行研討，從多方案比較，采取相應的施工技術措施，如擴大孔徑，增設鋼板護壁護筒，護壁護筒長度應比流砂層厚度上下各增加1.0 m，在流砂層施工中，泥漿的比重不再是1.15～1.20，而是在樁孔中加入適量膨潤性黃土，并連續鉆孔和清孔，直至孔壁穩定、流砂層阻止，然后再進行第二次清孔，孔底沉渣符合設計要求后，方可進入下一道工序施工。

鋼筋籠一般由現場按設計要求制作。當遇流砂層樁徑產生上大下小時，鋼筋籠的主筋在該變截面彎折處b/a≤1/6，如圖2所示。

鋼筋籠的保護墊塊或定位環，每米不少于2組，每組不少于3個，在同一截面的圓周上均勻布置，相鄰組應交錯布置。保護層厚度不小于50 mm，允許偏差不大于20 mm。鋼筋籠在起吊，運輸和安裝中應采取措施防止變形，起吊點宜設在加強筋部位，校正并就位后應立即固定。

混凝土的灌注

1）鋼筋籠安裝完畢后，應進行隱蔽工程驗收，合格后，應立即澆灌混凝土。

2）導管內懸掛隔水栓，隔水栓安裝要求隔水性能良好，剪斷鐵絲后隔水栓易下落孔底。

3）水下混凝土必須具有良好的和易性，必須在試驗室做級配試驗。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1h內損失的坍落小于50 mm。水泥初凝時間，用標準法試驗測定，不早于1.5 h。

4）水下混凝土必須連續灌注，每根樁的灌注時間按新拌混凝土的初凝時間控制，對澆注過程中的一切故障均應記錄備案。

5）導管埋深宜為2～5 m，嚴禁導管提出混凝土表面，樁身混凝土灌注標高應高于設計的樁頂標高，應鑿除泛漿高度必須保證暴露的樁頂混凝土強度達到設計值。一般情況下應高于設計樁頂標高0.5～1.0 m。鑿樁應嚴格控制樁頂標高，鑿樁表面須平整，不得破壞樁身質量。

6）樁身混凝土灌注充盈系數不應小于1.0，宜大于1.1。

7）冬期和暑期混凝土施工應按有關施工規范執行。

5 質量控制

5.1 成孔允許偏差及檢測方法

成孔允許偏差及檢測方法見表1。

表1 成孔允許偏差及檢測方法Tab.1 The finished hole allowable deviation and test methods

5.2 鋼筋籠質量檢驗標準

5.3 混凝土強度等級和灌注質量檢驗標準

（1）混凝土的強度等級必須符合設計要求[4]。

（2）水下混凝土必須具備良好的和易性，必須在試驗室做級配試驗。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1 h內損失的坍落度小于50 mm。水泥初凝時間用標準法試驗測定，不早于1.5 h。

（3）水下混凝土必須連續灌注，每根樁的灌注時間按新拌混凝土的初凝時間控制[5]。

（4）樁身混凝土灌注充盈系數不應小于1.0，宜大于1.1，具體在試樁時確定。

（5）灌注樁身混凝土時，混凝土灌注應大于設計樁頂標高0.5～1.0 m。鑿除樁頂混凝土后，其標高應符合設計樁頂標準，允許偏差為＋30～50 mm。

（6）灌注樁每澆注50 m3必須有一組試件，少于50 m3的樁每根樁必須有一組試件。

（7）施工結束混凝土到達養護期后，應檢查混凝土強度，并應做樁體質量及承載力檢驗。

表2 鋼筋籠質量檢驗標準Tab.2 Reinforcing cage quality inspection standards

6 效益分析

鉆孔灌注樁在施工過程中，若遇到情況不明的地質流砂層時，按常規施工，鉆孔及孔壁不能得到保證，鋼筋籠不能放入樁孔底，而采取鋼板護壁護筒進行施工，是在施工工法中采用的一項行之有效的經濟技術措施。

如果改用其它樁型，如預制樁，不但設計要作相應的變更、計算和復核、施工單位的樁機、項目部施工班組人員的調換、預制樁的采購、打試樁等均需要作出相應調正和變更。這不但會增加工程建設費用，而且還會延遲施工工期，兩種樁型由于存在沉降差異，可能還會導致影響房屋結構的質量。所以，從效益情況分析，采用鋼板護壁護筒施工工法，不但能解決穿越流砂層中的鉆孔灌注樁施工的難題，而且樁基質量符合規范和設計要求，技術經濟效益和社會效益顯著。

施工結束后，該工程樁經檢測，樁基施工質量符合規范和設計要求，施工工期沒有延遲。該灌注樁長約10 m，樁徑600 mm，樁身混凝土強度等級為C25，單樁承載力特征值為900 kN，約在地面以下5.0 m處存在厚度約為1.0 m的流砂層，然后采用上部樁徑擴大至800 mm（約6.5 m以上）。用4 mmQ235鋼板制成內徑750 mm，長度為3.0 m的護壁護筒，并在施工過程中摻入適量膨潤性黃土，泥漿比重在1.3～1.5之間。并繼續鉆進及清孔，徹底解決了鉆孔灌注樁穿越流砂層的施工難題。穿越流砂層工程鉆孔灌注樁于2009年5月20日開始施工，至2009年6月5日結束。技術經濟效果明顯、社會效益顯著。

[1]羅大慶.公路橋梁鉆孔灌注樁施工質量控制[J].西部探礦工程,2004,16(9)：23-25.

[2]李維平.鉆孔灌注樁施工關鍵工序控制[J].巖土工程技術,2003(5):299-301.

[3]丁先武,韋俊永.橋梁鉆孔灌注樁發生斷樁的原因及處理方法[J].建材技術與應用,2003(5):42-43.

[4]李彥杰.影響鉆孔灌注樁質量因素的探討[J].土工基礎,1999,13(1):33-36.

[5]朱世宏.鉆孔灌注樁斷樁事故及其處理[J].土工基礎,2003,17(2):47-48.