挖孔樁穿越流砂土層的成孔技術

鄧 軍，趙 剛

挖孔樁穿越流砂土層的成孔技術

鄧 軍1，趙 剛2

（1重慶華宇物業(yè)集團有限公司，重慶 400030；2重慶華姿建筑工程有限公司，重慶 400030）

挖孔樁在建設工程中的普遍運用，有時候卻因為遇到復雜地質處理不當導致施工困難，該文意在介紹挖孔樁施工過程中，遇到流砂地質情況時，可以采用改變護壁構造、固化土層、護筒沉井等施工措施穿越過軟土層，以確保挖孔樁施工的順利進行。

挖孔樁；流砂土層；施工技術

引言

挖孔樁在建設工程中的普遍運用，得益于其施工靈活、成本低廉、承載力高、適應性強等優(yōu)越性能，但是在施工中卻經常遇到不穩(wěn)定土體、過軟地質、過硬地質、軟硬夾雜地質和含有毒有害氣體土層等復雜地質，其中過軟地質對施工造成孔壁容易坍塌、形成安全隱患、無法繼續(xù)下挖等危害，最突出的表現(xiàn)就是流砂現(xiàn)象，對施工的阻礙最為明顯。遇到流砂土層地質處理不當可能導致施工更加困難，甚者導致放棄使用挖孔樁工藝，改用其他成孔工藝或其他基礎類型。本文介紹幾種在挖孔樁施工過程中遇到流砂土層地質情況時不常見的措施來確保挖孔樁施工的順利進行。

1 形成流砂的條件

過軟地質一般情況下與地基土的含水率高低有關，形成流砂有如下幾種充分條件，土層具有如下特征中的一種，就有可能形成流砂：

（1）土層中亞粘土或粉沙層厚度＞250mm以上。

（2）在粉沙土層中，粘土顆粒含量＜10%，粉粒含量＞75%的土層。

（3）土層顆粒級配中，土的不均勻系數小于5。

（4）土的孔隙率＞43%，含水量＞30%。

在具有以上充分條件的場地土層中，形成流砂的必要條件是受到擾動或者出現(xiàn)動水壓力。一旦土層表面受到運動干擾，就會迅速“液化”，土層逐漸進一步松軟，土粒能隨著被擾動水流一起流動，在擾動作用下就會發(fā)生沙土流動，當表層不在一個平面上時，孔壁四周的沙層就會往孔底中心 （較低位置）流動。這其實只是形成了輕微的流砂現(xiàn)象；當土的動水壓力Gd等于或大于土的浸水重度時，土粒就處于懸浮狀態(tài)，土的抗剪強度幾近于零，嚴重的流砂就會形成。

2 穿越流砂土層的常見措施

因為出現(xiàn)流砂現(xiàn)象與地基土的含水率高低、動水壓力大小有關，所以采用降水變壓是消除流砂最普遍、最有效、最徹底的方法，這個方法在國內好多期刊上都有介紹。帷幕隔水措施近年在國內某些地區(qū)使用比較廣泛，但投入費用較高，在某些特殊地形和特殊地質中使用則會很不經濟。當施工中很難將孔底積水徹底排除時，流砂還是不可避免，在這種情況下，業(yè)界認為最為有效的方法是減小一次下挖的深度 （單一縮短進尺）的方式，這個方法在《建筑樁基技術規(guī)范》的1994年版本和2008年版本中都被提到，效果不錯，但對于特別嚴重的流砂土層時，還是難保施工順利進行。下面介紹幾種經過工程實踐證明非常有效，而在國內專業(yè)期刊上沒有提到過的幾種方法。

3 雙模護壁

雙層模護壁就是在靠樁孔土壁側也貼一層模板，護壁混凝土夾在兩層模板中間，這種方法是基于簡單縮短進尺也無法施工的時候，在縮短護壁高度的基礎上，同時采用的方法。土壁一側模板無法拆除，用2mm厚的竹編板裁割成330mm寬、600mm左右長的單塊，每一節(jié)土層基本挖到250mm深時，將單塊竹編板斜向插入孔周，然后扶正，用長約300mm、直徑6mm鋼筋，緊貼竹編板一端100mm左右插入孔底未擾動土層150mm左右，將竹編板一端卡住；接著安裝第二塊竹編板：與第一塊竹編板未卡鋼筋一端搭接80～100mm，用鋼筋采用同樣的方法卡牢，直至圍閉整圈。繼續(xù)將泥沙下挖至一個護壁高度，用水泥編織袋或谷草、爛衣褲填塞孔壁坍塌的孔洞，綁扎護壁鋼筋、安裝內圈模板澆筑護壁混凝土。如此反復直至穿過流砂土層。施工流程見圖1。

圖1 雙模護壁施工流程簡圖

3.1 配站筋護壁

采用縮短進尺施工每次挖掏泥沙之前，觀察最下面一節(jié)護壁頂面與其上面一節(jié)護壁之間是否有裂紋，如果裂紋較多或單條裂縫長度大于100mm的情況，就應該考慮給護壁增加站筋。事先準備好站筋，站筋采用直徑16mm帶肋鋼筋，單根長度為兩倍護壁高度，站筋根數按照護壁中心線長度和150mm間距計算確定。按照簡單縮短進尺的方法施工一節(jié)護壁，該節(jié)護壁混凝土澆筑后，立即用準備好的站筋緊貼上一截護壁按照150mm左右間距打入剛澆筑好的混凝土中，直至鋼筋全部沒入。每一節(jié)含站筋護壁形成，判斷混凝土具有5MPa以上后，才可以拆除護壁模板，繼續(xù)下挖作業(yè)，如此反復直至穿過流砂土層。

凡是要利用配站筋的護壁，流砂已經有一點嚴重，孔底泥沙繼續(xù)挖掏時，站筋不但可以保證上部已經澆筑混凝土的護壁不會下坐，同時還從一定程度上阻擋未澆筑護壁混凝土的外側泥沙向孔底涌動和坍塌。如果站筋這種阻擋未澆筑護壁混凝土的外側泥沙向孔底涌動和坍塌的作用不夠明顯時，可以采用谷草在站筋上橫向編織，用以增強阻擋泥沙的能力。谷草可以從上往下編織，根據土壁情況，不一定要一次性整個周圈編織，某一個小范圍需要，就在這個小范圍站筋上來回編織，下挖一點空間就編織一點，直至孔底泥沙挖掏深度滿足一節(jié)護壁高度，馬上進行護壁鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑、打入站筋。如此反復直至穿過流砂層（圖2）。

圖2 站筋護壁施工流程簡圖

3.2 速凝防水混凝土護壁

前面提到的系列方法，都是為了盡快形成護壁，為繼續(xù)下挖做好安全工作，而難度在于地下水對護壁混凝土的凝結起了反作用，在壓力水環(huán)境下，新澆筑護壁混凝土中的水泥漿一旦被帶走，護壁混凝土就會受到影響甚至無法凝結，為了使新澆護壁混凝土中水泥漿不被壓力水帶走，可以采用水玻璃速凝防水劑配制速凝防水混凝土澆筑護壁，使混凝土形成防水膜，在水泥漿凝結之前，水玻璃很快凝結，抵抗壓力水的浸入，從而保護混凝土中的水泥漿不被帶走。

確定配置速凝防水混凝土的配合比，其中水泥和粗細骨料均按照實驗室試配的配合比施工，無需做任何調整。護壁混凝土的拌制時間更要靈活掌握，先將水泥、河沙、石子干拌預備一旁，挖孔樁內形成一節(jié)護壁高度、護壁鋼筋綁扎、模板安裝完畢時立即將干拌混合料加水，一邊攪拌一邊加入速凝劑，必要時這個攪拌過程可以轉移到孔底完成。

這里要糾正一下很多人認為摻水玻璃速凝劑的混凝土強度增長快的錯誤認識。水玻璃在混凝土中其實形成了一種假凝現(xiàn)象，可能使混凝土形成2MPa左右的早期強度，但并無助于混凝土后期強度的繼續(xù)增長，反而在混凝土組分之間形成一些點狀夾雜，使混凝土后期強度受到一些影響；另外，這種速凝防水混凝土護壁的水玻璃耗用量很大，施工成本也很高，對于流砂層較厚的圖層使用這種方法顯得很不經濟。

3.3 固化土層措施

3.3.1 后固化土層

以上雙模護壁和配站筋護壁的施工措施，其實是對護壁的構造進行了一些處理。這些方法施工后，可能會隨著孔底泥沙挖掏的不斷進行，護壁后面的泥沙仍然在無聲無息地流失，如果出現(xiàn)這種情況而不及時處理，那就有可能埋下安全隱患，甚至釀成安全事故。

進入可能出現(xiàn)流砂的土層，在每一節(jié)護壁混凝土澆筑的時候，都應在護壁頂面間距500mm左右預埋PVC注漿導管，PVC注漿導管的內徑應根據注漿管的直徑確定，與注漿管內徑之間的縫隙不得大于2mm。注漿導管外高內低，應與水平面夾角60°～75°斜向穿透護壁，凸出護壁20mm即可。對于采用降水變壓或者單一縮短進尺、雙模護壁等方式施工的護壁，混凝土澆筑后可立即進行壁后泥沙回補或者注漿固化，回補固化過程不能進行排水、降水，更不能擾動孔底土層；對于采用站筋護壁的施工方式，本護壁混凝土澆筑后，不要急于泥沙回補注漿固化，澆筑第二節(jié)含站筋的護壁混凝土后，才可以進行第一節(jié)含站筋護壁后面的泥沙回補或者注漿固化。

為了保證回補固化的效果，每一節(jié)護壁混凝土澆筑至距離上節(jié)護壁下口50mm左右，用水泥編織袋，或谷草、爛衣褲等反塞于上一節(jié)護壁下口與孔周土壁之間，形成纖維阻沙濾水層，并立即將其余混凝土填實，蓋住纖維阻沙濾水層。使用了纖維阻沙濾水層，當流砂不是很嚴重時，對防止泥沙流失會有一定的作用，甚至不使用回補固化工藝也能保證挖孔樁正常施工。

泥沙回補可以采用純水泥漿或水泥砂漿，這種水泥類漿液回補固化材料來源廣、成本較低、固結性好、強度高，是目前普遍應用的一種注漿固化材料，其缺點是在沒有固化前易被水稀釋，固化速度慢，所以要盡量避免降水和擾動土層；當泥沙流失不是很嚴重時，也可視情況采用粘土泥漿做回補漿料。回補注漿有灌注器注漿法、壓力注漿法、孔口注漿法等多種。其中活塞式灌注器施工方便，有的工程采用自制簡易灌注器就可以完成注漿作業(yè)，對水灰比較小（0.35～0.6）、濃度大的水泥漿或速凝混合液灌注也能適用。如果封閉的泥沙流失范圍小，注漿量不多，為了及時處理也可采用此法。如果注漿量大，就應配合空壓機等專用設備做壓力注漿（圖3）。

圖3 后固化土層施工流程簡圖

3.3.2 預固化土層

挖孔樁遇到純沙地層，可能因動水壓力作用或者認為擾動作用使沙土層根本沒有任何強度，不能承受作業(yè)人員進行泥沙挖掏作業(yè)的基本壓力和擾動，形成使作業(yè)人員深度陷入的泥沼，一旦陷入很難自拔，就更不用說進行孔底作業(yè)了，這時就應對土層進行預先固化，使純沙地層具有足夠阻止作業(yè)人員陷入的承壓能力。

預固化土層可以使用純水泥漿、水泥砂漿、水泥-水玻璃雙液、水玻璃-氯化鈣雙液、惰性化學漿液等。

水泥-水玻璃雙液由水泥加2%水玻璃配制而成，水玻璃的模數為2.6～2.8，濃度37°Be’，水灰比0.5～0.6，漿液注入地基土層后，水玻璃可與土中碳酸鈣起化學反應，生成硅膠；水泥與土顆粒及土中其他物質膠結。同時，水玻璃可促使水泥早凝，避免水泥沉淀、析水，保證漿液和易性、可注性，且其與水泥混合在一起的水解產物為活性很強的氫氧化鈣，水玻璃與氫氧化鈣作用，生成具有一定強度的凝膠體-水化硅酸鈣，凝結后結石，這樣可使在注漿的深度范圍內將較松軟的地基土改變?yōu)槟z結的混凝物，其抗壓強度提高，壓縮性降低。

也可以將水玻璃-氯化鈣溶液交替注入土壤中，兩種溶液迅速反應生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結和填充孔隙的作用，使土壤的強度和承載能力提高，運用于填土、砂土和粉土效果很好；此外脲醛樹脂漿液、聚丙烯酰胺漿液等惰性化學漿液材料，也已經逐漸在土層固化中開始運用。

預固化土層需要使用專用空壓注漿設備，在距孔壁100mm的位置，沿孔底四周300mm間距向孔底插入注漿管進行注漿固化，純水泥漿或水泥砂漿注漿過程以及注漿完畢后6h之內不應進行降水作業(yè)和擾動土層，水玻璃與氯化鈣雙液、惰性化學漿液等需要的固化時間稍快一些，可以進行降水作業(yè)或擾動土層的時間根據具體漿料的凝結性能確定。估計固化時間完成后，應試探固化情況，當孔底土層能夠承受作業(yè)人員進行泥沙挖掏作業(yè)的基本壓力時，就可以進行泥沙挖掏作業(yè)了。固化層挖穿后，檢查孔底土層性能，如果還有必要就進行下一輪預固化作業(yè)，如此反復直至穿過流砂土層。

3.4 沉井護筒

對于純砂粒土層且地下水豐富、可能出現(xiàn)非常嚴重的流砂現(xiàn)象時，采用以上方式均很難保證施工的安全，這時可以采用類似沉井工藝，用鋼護筒、預制混凝土護筒做滑動護壁，作業(yè)工人在護筒以內進行流砂挖掏，護筒連續(xù)穿過流砂土層。

由于孔壁土體流砂的壓力作用，護筒必須保證足夠的抗側壓剛度，護筒的厚度應通過計算確定，護筒與孔壁之間的摩阻力應事先驗算，確定是否需要增加外力使護筒下沉。有的工程就地取材，使用了現(xiàn)成的預制混凝土排水管做護筒，這種混凝土管壁厚一般是內徑的1/10，設計1000大挖孔樁就需要外徑1200大的混凝土管，如果要采用預制混凝土管做護筒，樁孔放線時就應考慮這個管壁厚度，但由于這種預制混凝土管的造價很高，在沒有流砂的上部土層也使用這種護壁就顯得很不經濟，所以有的工程在確定下部土層必須使用混凝土管護筒的樁位開挖前，事先將人工挖孔段的現(xiàn)澆護壁內半徑增加一個混凝土管壁厚度，在遇到嚴重流砂時，再吊裝混凝土管入孔，這樣會稍微降低一點工程費用。

但是更多情況是在挖孔樁已經開挖一定深度后才發(fā)現(xiàn)必須采用沉井護筒，而已經形成的上部現(xiàn)澆混凝土護壁也沒有考慮加大內徑，這時可以找設計單位商量采用鋼板焊合護筒，鋼護筒的鋼板厚度一般在6～12mm之間，用卷板機卷制成指定外徑，并沿拼縫焊合，這種雖然自重較輕，但表面光滑，與孔壁之間的摩阻力很小，有時在自重作用下就可以下沉，鋼護筒外徑正好比已經形成的上部現(xiàn)澆混凝土護壁內徑略小10mm即可使鋼護筒順利就位，這種護筒還可以利用液壓提升設備在混凝土澆筑時隨混凝土澆筑進度往上提升，從而取出鋼護筒循環(huán)使用。

如果設計單位認為采用焊合護筒對樁身削弱太大，可以采用拼裝護筒，拼裝護筒一般按預定圓周平均分成三塊做成，用螺栓拼裝，由于空間限制，這種護筒不但要橫向拼裝，護筒還要在流砂下挖過程中隨著開挖進度進行縱向拼裝，以保證護筒連續(xù)。因為拼裝構造使這種護筒的抗側壓剛度較差，鋼板厚度相應增加，而且在混凝土澆筑時基本不能得到回收再次利用，所以缺點較多。

無論使用哪種護筒，在流砂挖掏過程中，應保持沿周邊均勻下挖，保持護筒下口低于孔底擾動土層底面不小于200mm，不要單側下挖，否則護筒很容易傾斜，一旦傾斜，護筒抗側壓剛度就會受到威脅，而且很難糾正。特別是剛開始使用護筒的時候，護筒崁入流砂層深度太小，要保持每下沉150mm測量一次護筒垂直度，發(fā)現(xiàn)護筒垂直度偏差大于2‰就應采取糾偏措施。糾偏的方法是，挖掏護筒刃腳較高一側，保持刃腳均較高一側的土面低于刃腳較低一側土面，傾斜嚴重的可以一次性將護筒刃腳較高一側土面挖掏至刃腳下口，檢查是否有孤石或硬質粘土夾層等阻礙，排除障礙后一直采取糾偏措施至護筒垂直度偏差小于2‰后，方可采用正常方式下挖。

下挖過程中，仍然應隨時觀察護筒的幾何形狀是否發(fā)生變化，可以比較護筒是否保持了原有狀態(tài)，對于鋼護筒如果變化量在3mm以內的情況，可以保持先挖掏內徑變小的一方，兩個對邊同時挖掏，使土面保持比內徑變大的兩個對邊一側土面低一些，正常情況下這樣可以使護筒變形得到恢復，如果采用此法進尺1500mm后護筒并無明顯恢復跡象，應立即停止進尺，匯報相關管理人員研究后進一步處理。對于混凝土護筒，其變形能力差，驗算護筒厚度的時候應提高安全儲備，挖孔時還應觀察混凝土護筒面是否崩裂等，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應立即停止進尺，匯報相關管理人員研究后進一步處理。

4 結語

挖孔樁施工過程中，可能遇到很多難以預料的復雜地質土層，對于施工過程中遇到流砂土層時的施工方法，降水變壓、帷幕隔水、簡單縮短進尺等方法在挖孔樁工程施工中已經普遍應用，但對于特別嚴重的流砂卻顯得無能為力。筆者根據已有的在實際作業(yè)中成功運用多年的土辦法，加以改進，并在近年實際管理工作中加以驗證，證明了雙模護壁、配站筋護壁、固化土層、沉井護筒等方法在相應的工程條件中，的確能夠保證挖孔樁成孔的順利進行。特作介紹，以供探討。

[1]中國建筑科學研究院.JGJ94-2008建筑樁基技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

責任編輯：孫蘇

鑄鐵管裂縫、砂眼的修補

20世紀末建造的樓房的室內下水管多用鑄鐵管，這些管子經多年使用難免會出現(xiàn)裂縫或砂眼。現(xiàn)介紹一種處理方法。

管子裂縫小，小的約0.5mm，大的約3mm。修補時管內不能有水。先用毛刷子蘸水，把縫隙內臟物清刷掉，再用皮老虎或吹風機等器具，將縫隙處的水吹干。用油灰鏟子把拌和好的云石膠，從下往上涂在裂縫處，邊涂邊往縫隙里壓。壓入的膠要適量，不要太多。最后在裂縫處再涂上厚3～4mm的膠，兩邊隨著管子的圓面壓平，使其干后膠比管壁內外略突出一點。

當管子的裂縫接近或超過管圓周一半，如果只在橫裂縫的管上，僅按一般修補方法處理還不行，還應在裂縫處的管上，加設扁鋼抱箍。該抱箍的尺寸應按管外徑大小來確定。抱箍的厚度與寬度，也可視具體情況而定。再用兩根14 mm、長50mm的螺栓，把抱箍固定在涂好膠的裂縫管上。在固定抱箍前，要在抱箍和管子接觸的抱箍面，涂上適量的聚氨酯泡沫填縫劑，然后快速將抱箍緊固好。 '

有的鑄鐵下水管還會出現(xiàn)小孔形的漏水現(xiàn)象，大多是在翻砂時，雜質或氣體在鑄鐵管壁內或表面形成的不明顯的小孔，小孔也會漏水，可用云石膠直接填堵。

（摘自：《建筑工人》）

（敬請作者速與本刊編輯部聯(lián)系，以便付酬）

Hole Formation Technology of Hole Digging Pile into Drift Sand Layer

Hole digging pile has been widely applied in construction engineering,but it sometimes may encounter difficulties because of inappropriate treatment in complex geological conditions.Some construction measures like changing breast wall structure,reinforcing soil layer and implementing protecting tube caisson are introduced,which can be adopted in hole digging pile construction process under drift sand conditions so as to ensure the smooth advancing of hole digging pile construction.

hole-digging pile;drift sand layer;construction technology

TU74

A

1671-9107（2013）03-0030-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.030

2013-01-17

鄧軍（1970-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事結構工程研究工作。