砂層較厚地區(qū)鉆孔灌注樁施工

王利娟

摘要：本文以甘泉鐵路運(yùn)煤專線木倫河特大橋的鉆孔灌注樁為

研究對(duì)象，研究和探索烏拉特中旗砂層較厚地區(qū)鉆孔灌注樁施工的方法，文章對(duì)鉆孔注意事項(xiàng)、孔底成渣處理及鋼筋籠的加工和下井施工工藝進(jìn)行了探討，對(duì)類似的自穩(wěn)性差的砂層地質(zhì)條件的鉆孔灌注樁施工具有很好的參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞：砂層較厚地區(qū) 鉆孔灌注樁 施工

1 工程概況

甘泉鐵路項(xiàng)目共有特大橋、大橋及中橋111座，其中木倫河特大橋是甘泉鐵路全線重點(diǎn)控制性工程，全橋總長(zhǎng)632.5m，19-32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，每個(gè)橋墩采用4根φ=1m的鉆孔樁，有效樁長(zhǎng)為40m。所以鉆孔樁的施工就成為本橋下部結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)之一。

由于沖擊鉆成孔灌注樁具備設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，所成孔壁較堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定，塌孔少的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)本地區(qū)地層的含砂量較大，砂層較厚的特點(diǎn)，結(jié)合業(yè)主單位施工進(jìn)度和成本考慮，決定采用沖擊鉆施工。

2 工程地質(zhì)

橋址區(qū)鉆孔深度內(nèi)地層主要為：黃河高階地上的寬灘河床，河槽較寬，地層巖性分為第四系全新統(tǒng)沖基層（Q），粉質(zhì)黏土，粉土，粗砂，礫砂，其余多為第四系中更新統(tǒng)沖基層（Q）黏土，粉質(zhì)黏土，粉土，粉砂，細(xì)砂，中砂。以14#墩的樁基所在地層為例，如圖1所示。

3 鉆孔時(shí)預(yù)防塌孔措施

本橋施工所用設(shè)備主要是沖擊鉆。施工中，須在各橋墩基礎(chǔ)上設(shè)一泥漿池，采用高塑性粘土制備泥漿，用泵將泥漿從泥漿池打入鉆桿中。鉆進(jìn)時(shí)，土層變化是觀測(cè)重點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員須參考土層性質(zhì)設(shè)定鉆速，并對(duì)鉆壓、泥漿比重和泥漿量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免鉆進(jìn)過(guò)程中孔壁坍塌。鉆進(jìn)初期，宜設(shè)低檔慢速鉆進(jìn)，到達(dá)護(hù)筒下1m再調(diào)整鉆速。在這一過(guò)程中鉆進(jìn)速度要參考土質(zhì)軟硬程度、孔徑和鉆頭鉆速等因素進(jìn)行控制。操作要點(diǎn)如下：①在不同地層之間鉆進(jìn)時(shí)，要求試驗(yàn)員和技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)抽檢泥漿指標(biāo)，比如泥漿含砂率、比重、粘度、pH等，抽檢頻率2小時(shí)/次，以便全面了解孔內(nèi)的泥漿性能的變化，以便及時(shí)調(diào)整。②鉆進(jìn)時(shí)，為防止坍孔，必須嚴(yán)格控制孔內(nèi)水位變化，護(hù)筒水頭高度維持好，隨時(shí)補(bǔ)漿。③加接鉆桿時(shí)，鉆具先停機(jī)提離孔底8～10cm，維持至少10min的沖洗循環(huán)，然后停泵加接鉆桿。④鉆進(jìn)過(guò)程應(yīng)連續(xù)操作，不得中途長(zhǎng)時(shí)間停止。

在鉆進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)觀察如出現(xiàn)孔內(nèi)水位突然下降；孔口水面冒細(xì)密的水泡；出土量顯著增加；沒(méi)有進(jìn)尺或進(jìn)尺甚小；孔深突然變淺，鉆頭達(dá)不到原來(lái)的孔深；鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加等現(xiàn)象時(shí)，均表明孔內(nèi)已有坍塌。

塌孔后，先將坍塌的土質(zhì)清理干凈，鉆頭提離后回填，護(hù)筒重新埋設(shè)，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中如果涌砂，就要將鉆頭提離鉆孔，用粘土回填至比涌砂部位高一些的部位，擱置一段時(shí)間再開(kāi)鉆。為維持孔壁穩(wěn)定，鉆進(jìn)時(shí)用泥漿護(hù)壁，重點(diǎn)觀測(cè)孔壁泥皮厚度及泥漿比重，以免其影響鉆進(jìn)質(zhì)量。

4 孔底沉渣處理措施

由于含砂率高，砂層厚，土質(zhì)本身造漿困難，且泥漿性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。施工過(guò)程中，孔口的返泥中含有較多的粉細(xì)砂，泥漿粘稠度低，泥漿本身無(wú)法攜帶沉渣，且已不具有泥漿護(hù)壁功能。若處理不及時(shí)，結(jié)束鉆孔后提鉆會(huì)發(fā)現(xiàn)孔底已有兩三米的沉渣，很難在二清后達(dá)到規(guī)范要求，從而對(duì)設(shè)計(jì)承載力產(chǎn)生影響。正循環(huán)清孔過(guò)程中，由于沿程阻力損失大，上返流速對(duì)攜粉能力提高小，因此清孔必須用大功率、大容積泵，且要嚴(yán)格控制泥漿性能?？锥螢椴荒茏匀辉鞚{的砂質(zhì)地層，顯然達(dá)不到施工要求。在這種情況下，需要改換大容積沉淀池，同時(shí)要人工造漿鉆孔并清孔，泥漿比重和粘度都應(yīng)該適當(dāng)提高。針對(duì)本橋地質(zhì)條件及試成孔孔底沉渣情況，可嘗試以下幾項(xiàng)技術(shù)措施加以改進(jìn)：①用大功率大容量泵清孔。泥漿粘稠度低，對(duì)孔底沉渣的攜粉作用不明顯，改用大功率大容量泵清孔上返流速增大，勢(shì)必提高攜粉能力；成孔后，鉆機(jī)迅速攪動(dòng)來(lái)提高清孔效果。②摻加高塑性粘土人工造漿，提高泥漿粘稠度及其懸浮沉渣能力。泥漿是“鉆探的血液”，一旦泥漿的性能指標(biāo)出了問(wèn)題，鉆孔就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。③擴(kuò)大沉淀池的容積，盡量清除泥漿池里的粉細(xì)砂，防止含砂量大的泥漿重返孔內(nèi)。

針對(duì)該地區(qū)超深樁孔（40m）穿越砂層，且泥漿中含砂量很高而言，采取上述技術(shù)措施后取得了良好的清孔效果，孔底沉渣達(dá)到甚至超出了規(guī)范要求，節(jié)省了大量資金并加快了施工進(jìn)度。由此可見(jiàn)，清孔時(shí)單純以泥漿比重1.15來(lái)控制，極易造成孔內(nèi)塌孔等事故，筆者認(rèn)為這是不宜的。

5 鋼筋籠加工及下井工藝

①加工的準(zhǔn)確性控制。鋼筋籠分節(jié)預(yù)制，加工時(shí)要保證鋼筋籠下井時(shí)上下兩節(jié)骨架主筋對(duì)位準(zhǔn)確，主筋搭接長(zhǎng)度一致且滿足施工要求。②下井工藝。綁扎的鋼筋籠質(zhì)檢合格后隨即進(jìn)行吊裝。鋼筋籠外形尺寸過(guò)大，但剛度不夠，因而吊裝時(shí)必須用φ=100cm的圓木縱向加固其內(nèi)側(cè)。將其吊放入樁孔時(shí)，必須將其扶正切要緩慢吊放，以免與孔壁發(fā)生碰撞造成坍孔。吊放時(shí)將縱向加固圓木拆掉，并從孔口取出，固定鋼筋籠到設(shè)計(jì)位置，用吊筋將籠體與孔口護(hù)筒電焊連接，防止掉籠或浮籠。

6 鉆孔樁出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施

由于砂土、粉砂性地質(zhì)的特殊性，土質(zhì)松軟，具有含水量高、孔隙比大、低強(qiáng)度、高靈敏度、有較明顯的觸變、流變特性。開(kāi)挖時(shí)強(qiáng)度驟然降低，土體易擾動(dòng)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形影響較大，在施工過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題。以下是出現(xiàn)的一些問(wèn)題和措施。

6.1 護(hù)筒冒水。原因：護(hù)筒周圍土質(zhì)松散，密實(shí)度差，護(hù)筒內(nèi)水位高差超限致使護(hù)筒冒水，如不及時(shí)處理還可能造成地基沉陷，繼而護(hù)筒傾斜或移位，終孔后孔道偏斜，嚴(yán)重時(shí)破壞整個(gè)施工秩序。處理措施：埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，采用最佳含水量的土層分層夯實(shí)坑底及四周；增加護(hù)筒長(zhǎng)度，合理設(shè)定護(hù)筒開(kāi)孔高度，確保護(hù)筒內(nèi)水頭高度始終維持在1～1.5m。鉆進(jìn)時(shí)切忌碰撞護(hù)筒，以防其偏斜。

6.2 樁孔偏移傾斜：成孔后樁孔彎曲或出現(xiàn)較大的垂

直偏差。原因：鉆機(jī)安裝不周正，或鉆臺(tái)下有虛土產(chǎn)生不均勻沉陷：樁架穩(wěn)固性差，鉆桿導(dǎo)架垂直度不達(dá)標(biāo)，鉆機(jī)存在一定程度的磨損，零部件松動(dòng)，預(yù)埋的護(hù)筒位置不正，鉆桿彎曲，主動(dòng)鉆桿位置偏斜，遇到地下障礙物（如舊基礎(chǔ)、大弧石等），基巖過(guò)度傾斜或土層軟硬程度不均。處理措施：鉆機(jī)安裝平穩(wěn)、牢固；護(hù)筒位置擺正，防止其偏斜；嚴(yán)格控制鉆桿曲度和主動(dòng)鉆桿的垂直度；加設(shè)導(dǎo)向架，控制提引水龍頭，盡量鉆鋌加壓，開(kāi)鉆前對(duì)地下障礙物進(jìn)行徹底清理；除軟硬互層輕壓慢轉(zhuǎn)外，從軟塑粘土層，特別是流塑粘土層和砂層進(jìn)入硬塑粘土層或從軟土層進(jìn)入基巖時(shí)，籠狀鉆頭下端的鉆頭改換成平底導(dǎo)向小鉆頭，也可以改用無(wú)導(dǎo)向的平底小鉆頭；用砂、粘土混合物回填至偏斜處以上1～2m，待密實(shí)后用平底合金鉆頭輕壓慢轉(zhuǎn)糾斜，在基巖面發(fā)生傾斜時(shí)，可投入20～40mm粒徑碎石，比偏斜處稍高，沖擊密實(shí)后用平底合金鉆頭、牙輪滾刀鉆頭或平底鋼粒鉆頭糾斜。

7 結(jié)束語(yǔ)

鉆孔樁施工目前是樁基礎(chǔ)施工最常用的施工方法，在砂土地區(qū)施工，需事先對(duì)工程地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)、全面的分析、研究，掌握工程地質(zhì)的一般特點(diǎn)和特殊部位的特殊性，以便針對(duì)性地采取措施。①木倫河特大橋共有樁基84根，總樁長(zhǎng)3088m，施工中共配置了9臺(tái)沖擊鉆機(jī)，僅利用了個(gè)兩個(gè)月時(shí)間順利完成全部樁基，檢測(cè)均為Ⅰ類樁。②在含砂量大、砂層厚的地區(qū)鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)一定的技術(shù)手段能夠有效清孔，且成孔質(zhì)量較好。③在不同地區(qū)鉆孔灌注樁施工時(shí)，個(gè)人認(rèn)為泥漿性能指標(biāo)等施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)施工實(shí)踐，合理界定含砂量大或鉆孔較深的泥漿性能指標(biāo)為施工依據(jù)。④烏拉特中旗地區(qū)含砂量大、砂層較厚，鉆孔灌注樁施工階段有些技術(shù)問(wèn)題須多加注意，筆者僅僅對(duì)其中的一些問(wèn)題做了分析，其他的問(wèn)題還有待深入研究，不斷完善和提高。

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