砂卵石地層鉆孔樁施工技術

摘 要：本文以京承高速公路三期工程為依托，分析地質特征，從施工原理、施工流程、操作要點等施工工藝角度闡述了在砂卵石地層采用沖擊鉆孔成樁的施工技術，并取得顯著經濟效果。

關鍵詞：砂卵石地層 沖擊鉆 護筒 泥漿 鉆進 成孔 灌注

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0049-02

要在有豐富的松散卵石的河床上進行沖擊鉆孔灌注樁施工，不僅要保證施工質量，而且要滿足工期的要求。當卵石顆粒出現較大直徑時，旋挖鉆機和循環鉆機無法滿足鉆進要求，所以采用沖擊鉆。受鉆具震動與撞擊等因素影響，極易出現塌孔，直接影響工期、成孔質量和經濟效益。所以必須開展技術研究，采取措施，解決問題。本文以京承高速公路（三期）潮河橋為例，淺析砂卵石地層鉆孔樁施工技術。

1 工程概況及地層特征

1.1 工程概況

潮河橋為京承高速公路（三期）工程，位于北京市密云縣東北方向，橫跨潮河，為斜60度簡支梁橋。鉆孔灌注樁基礎長為11～19 m。樁徑分1.2 m和1.8 m兩種。

1.2 地層特征

本橋位于兩個地貌單元，分別為剝蝕殘丘和潮河河谷，潮河河床內現況無地表徑流。場地地層分布特征為：地表以下8～10 m范圍內為砂卵石地層，成分以卵石夾雜漂石為主，漂石粒徑為50～60 cm，由于河床遭遇嚴重盜采和盜采后的填埋，缺少細小顆粒；砂卵石以下為巖石，本橋樁基均為嵌巖樁，要求樁底進入弱風化巖2 m。由此可見：覆蓋層松散易鉆，但孔壁穩定性差，常出現塌孔、超徑等等問題，對泥漿性能要求較高，需控制進尺；下層巖石堅硬，沖擊過程產生劇烈振動，易造成上層卵石層失穩。

2 施工工藝

2.1 工藝原理及特點

為避免護筒下及周邊卵石的穩定埋，通過鋪設混凝土及注漿等方法，有效的連接卵石和護筒，填充空隙，固定上層松軟層，硬化深層松散卵石，并對護筒周圍進行加固，防止因振動和機械等重物的壓力引起坍孔。

本工藝具有以下特點。

（1）注漿固化土體埋設護筒，避免護筒根部及周邊坍孔。

（2）保證了鉆機的穩定，不容易出現偏位，減少了糾偏的幾率，從而縮短了成孔時間。

（3）在護筒和卵石層之間鋪一層混凝土，起到了很好的連接作用，保證了護筒的穩定，解決了護筒下卵石的不穩定問題。

2.2 施工工藝流程

鉆孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不同，有泥漿護壁方式法和全套管施工法兩種，但在施工中常用的是泥漿護壁方法。

該施工工藝流程是：挖基坑并底層鋪筑混凝土→埋設護筒進行注漿→鉆機就位→鉆進施工→清孔→水下混凝土灌注。

2.3 施工操作要點

2.3.1 挖基坑并底層鋪筑混凝土

基坑的大小根據樁徑確定，基坑的直徑較護筒大1 m，便于發揮混凝土對松散地層的凝結作用。鋪筑混凝土工藝流程圖如圖1所示，鋪筑混凝土剖面圖如圖2所示。

為了達到良好的效果，避免鉆孔過程中出現塌孔現象，提高成孔機率，施工時注意以下事項。

（1）混凝土的強度：根據養護的時間和條件，當開始鉆進時，強度達到10 MPa。

（2）混凝土的坍落度：較一般普通混凝土減少25%～30%粗骨料，能夠滲透到下層卵石中。

（3）挖基坑的過程中，基坑底不要被擾動，用人工清理。

2.3.2 埋設護筒進行注漿

（1）埋設注漿管。

由于砂卵石松散，在鉆頭進入到巖石層后，振動很大，一層混凝土很難達到理想效果，為了進一步加強對松散砂卵石的固結作用，在埋設好的護筒四周進行注漿，注漿管長度依據卵石層的松散厚度而定，一般比護筒長0.5 m，布置如圖3所示。

（2）注漿。

注漿材料為普通硅酸鹽水泥P.O.32.5，摻加10%～25%的粉煤灰，水灰比1∶1。

注漿管采用Φ32 mm，L=2.5～3.0 m，壁厚3.25 mm的無縫鋼管。前端加工成錐形，以便插打。前端1 m范圍內鉆Ф8～10 mm溢漿孔，呈梅花形布置（防止注漿出現死角），間距20 cm，尾部1.5 m范圍內不鉆孔防止漏漿，末端焊Ф6環形箍筋，以防打設注漿管時端部開裂。

注漿量計算：

Q=πR2×h×n×α×（1+β）

式中：Q為注漿量（m3）；

R為擴散半徑；

H為注漿段長；

N為地層空隙率；

α為地層填充率；

β為損失率。

2.3.3 鉆機就位

施工過程中，使用3臺CZ-8型沖擊鉆，6個鋼護筒，循環使用。

安裝鉆孔機的基礎如果不穩定，施工中易產生鉆孔機傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩固。對地層較軟和有坡度的地基，用推土機推平，在墊上鋼板或枕木加固。

為防止樁位不準，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鉆孔機，對有鉆塔的鉆孔機，先利用鉆機的動力與附近的地籠配合，將鉆桿移動大致定位，再用千斤頂將機架頂起，準確定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護筒中心在一垂線上，以保證鉆機的垂直度。鉆機位置的偏差不大于2 cm。對準樁位后，用枕木墊平鉆機橫梁，并在塔頂對稱于鉆機軸線上拉上纜風繩。

2.3.4 鉆進施工

（1）泥漿護壁作用與配制。

泥漿的護壁機理主要表現在兩個方面：隔水膜的形成及泥漿液態靜壓力。隔水膜的形成要求土層具有一定的滲透性，否則，很難在孔壁形成隔水膜。泥漿在液壓作用下浸入土層，在一定范圍內，泥漿凝膠體黏附在土顆粒上，固定了土顆粒的相對位置，在孔壁周圍（0～2 m）形成較穩定的土層，使土層抗剪強度增加，從而維持了孔壁的穩定。泥漿的繼續滲透使泥漿中的土顆粒逐漸填補了孔壁土層的空隙，從而堵塞水道，在孔壁形成泥皮即隔水膜。泥漿的液態靜壓力可以有效地作用在孔壁上，且減少了滲透性，保持了孔壁的穩定。泥漿的液態靜壓力可以抵抗作用在孔壁上的土壓力和水壓力，并防止地下水的滲入。由此可見：泥漿具有穩定護壁作用，首先表現為泥漿靜水壓力作用，對地下水產生超壓力，起穩定平衡作用；其次表現為泥皮作用，泥漿在孔壁上形成不透水泥皮薄膜，阻止泥漿滲透至周圍土中或者地下水侵入孔內與泥漿混合，促進孔壁的穩定。同時，泥漿具有抑制地層失穩的作用，主要表現為泥漿的凝膠作用。

鉆孔泥漿由水、黏土（或膨潤土）和添加劑組成。泥漿原料宜盡可能使用膨潤土，膨潤土具有密度低、黏度大、含砂量和失水量少、泥漿厚度小、穩定性強、固壁能力強、鉆具回旋阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優點。為了提高泥漿性能，通常在制備泥漿時摻入少量的外加劑。外加劑一般有輕基纖維素（CMC）、鉻鐵木質素磺酸鈉鹽（FcI）、硝基腐植酸鈉鹽（煤堿劑）和Na2Co3（純堿）。

不同類型的外加劑對鈉膨潤土泥漿濾失量的影響是不同的。根據試驗配制，不同的摻和量具有不同的粘度，采用添加膨潤土泥漿護壁，并加入適當的純堿。泥漿經多次試配如表1所示。

本工程中采用了水：膨潤土：純堿=100∶5∶1的比例，施工效果比較理想。

（2）鉆孔。

鉆孔是一道關鍵工序，在施工中必須嚴格按照操作要求進行，才能保證成孔質量，首先要注意開孔質量，為此必須對好中線及垂直度，并壓好護筒。在施工中要注意不斷添加泥漿和抽渣，還要隨時檢查成孔是否有偏斜現象。采用沖擊式或沖抓式鉆機施工時，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩固。所以鉆好的孔應及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鉆孔的順序也應實事先規劃好，既要保證下一個樁孔的施工不影響上一個樁孔，又要使鉆機的移動距離不要過遠和相互干擾。

2.3.5 清孔

鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關系到成裝置量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中密切觀測監督外，在鉆孔達到設計要求深度后，對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計要求時，立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對于摩擦樁當孔壁容易坍塌時，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm；當孔壁不易坍塌時，不大于20 cm。對于柱樁，要求在射水或射風前，沉渣厚度不大于5 cm。清孔方法是使用的鉆機不同而靈活應用。通常可采用正循環旋轉鉆機、反循環旋轉機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，所需設備不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩定土層中應慎重使用。其原理就是用壓縮機產生的高壓空氣吹入吸泥機管道內將泥渣吹出。本工程采用掏渣筒清孔。

2.3.6 水下混凝土灌注

清完孔之后，就可將預制的鋼筋籠垂直吊放到孔內，定位后要加以固定，然后用導管灌注混凝土，第一車混凝土灌注時，用較大漏斗，并用比導管直徑略小的皮球封底，保證樁底部質量。

3 資源節約及效益

此工藝保證了樁基的成孔質量，避免塌孔造成反復回填和鉆進，只采用少量混凝土和水泥漿，避免了使用全護筒，降低了施工成本約200萬，取得很好的經濟效益；采用注漿加固，保證了鉆機的穩定，減少了糾偏的機率，從而縮短了成孔時間，加快了施工進度，取得了很好的社會效益；只采用少量混凝土和水泥漿，把能源消耗降到最低，節能環保效果好。

4 質量評述與結語

潮河橋鉆孔樁施工開始，6根樁鉆孔施工過程出現了兩次坍孔。針對此情況，充分分析原因，根據此工法施工，克服了孔壁坍塌現象，鉆孔樁灌注質量得到有效控制。潮河橋鉆孔樁施工共計72根，經北京市質量監督站對樁的完整性檢測均為Ⅰ類樁。

本研究很好的解決了在砂卵石地層沖擊鉆孔樁施工技術問題，為以后類似工程積累了經驗，但必須在地質勘探基礎上，準確的判斷地層結構，才能決定具體的施工方法。

參考文獻

[1]（JTJ041-2000）.公路橋涵施工技術規范[S].

[2]劉睦峰，彭振斌，王建軍，等.一種軟硬互疊巖層鉆孔灌注樁鉆進技術[J].中南大學學報（自然科學版），2010（3）.