含水砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術探討

蘭天水

（連城縣交通局縣鄉公路管理站）

含水砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術探討

蘭天水

（連城縣交通局縣鄉公路管理站）

隨著我國經濟發展水平的不斷提高，橋梁施工技術得到了顯著提升，隨著公路橋梁施工項目的增多，人們對工程質量有了更高的關注度，在施工中做好各項施工工藝的運用是做好質量控制的關鍵。其中，砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術是一項非常重要的工藝技術，本文將以一組案例探討橋梁工程砂土地層鉆孔灌注樁施工工藝的應用，為相關部門今后的設計和施工提供一些借鑒。

砂土地層；鉆孔灌注樁；橋梁工程；施工工藝

在公路橋梁施工中，灌注樁的運用非常普遍，是一類不可缺少的深基礎形式，灌注樁施工是指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而成樁的施工過程。鉆孔灌注樁是灌注樁系當中的一種。在一些特殊地層，比如，砂土地層中應用此技術則有一定難度，需要控制與管理的內容較多。本文將具體分析砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術相關問題及解決方法。

1　工程概述

某橋梁施工位于一段西南繞城高速公路B合同段，路段中心里程樁號為K45+018.5，跨徑為4×28m+45m+2×25m，上部結構為預應力混凝土連續箱梁橋，橋梁全長為220m，橋寬為14.25m。工程當中鉆孔注樁的數量為60根，布設的臺樁10根，樁徑為1.2m，樁長為30m；橋墩有50根，樁徑均為1.6m，樁長達60m。橋墩處水深3.2～4.6m。在整個橋梁中，墩樁大部分都位于含水砂土地層中，在-30m以下的地層結構較為復雜，地層中的不確定因素非常多，少部地層夾礫卵石，增加了施工難度。由此，施工單位對施工方案組織專家論證，確定采用反循環回轉鉆孔施工工藝，該鉆孔工藝特征為：泥漿從上向下流動，鉆孔過程中，泥漿攜鉆渣在真空泵的作用下或者是利用泵抽吸，由鉆桿中心抽吸出來，經過膠管排入到沉淀池中，在完成凈化以后就能被循環利用[1]，鉆進與排渣效率高，但礫卵石料徑要小于鉆桿內徑的2/3。該鉆孔灌注樁施工從砂土層中穿過時，出現孔壁坍塌、孔道傾斜、掉鉆落物，終孔后出現孔底沉渣過厚或灌注混凝土前孔內泥漿含砂量過大等現象。針對上述問題，按照本段施工要求，提出了一些工藝上的改進，不斷提升技術應用效果是確保施工質量的關鍵。

2　砂土地層中鉆孔灌注樁施工常見問題

2.1孔壁坍塌

在橋梁施工中，鑒于砂土地層鉆孔有一定特殊性與復雜性，塌孔的可能性非常大，這是施工人員較為擔憂的問題。塌孔出現最主要的表現是孔內水位急劇下降，并且孔口開始向外涌出水泡，渣量涌出非常多，使鉆孔設備的負荷大大增加，因此將會導致進尺緩慢。塌孔出現的主要原因為：地層復雜，鉆速過快，灌注的泥漿密度不達標、性能差，孔壁缺少堅實的泥皮作為防護[2]，致使泥漿的整體強度與穩定性降低；另一方面，因大量的渣涌出，不能及時在孔壁形成泥漿護壁，透水層孔隙水壓力增加，抗剪強度降低；因護筒的埋放較淺，下端開始出現孔壁漏水問題，孔內出現水、泥漿的流失，造成孔內水頭下降，致使泥漿密度與粘度將大大降低，使松軟的砂層中樁周土體發生膨脹，導致出現塌孔縮徑，表現為樁的徑向不規則的波動現象，鉆進緩慢。在現場調查中得出，孔內水的向下流動速度超過12m/min，在負壓的情況下，孔壁極容易發生坍塌現象。

2.2鉆孔偏斜

出現鉆孔偏斜的原因有很多種，最主要的原因有：施工場地平整度和密實度差，鉆機鉆機底座安裝處不平整；將鉆機在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進，鉆機將沿著這個界面運行，從而出現了鉆孔偏斜情況；地層中含有非常多的砂卵石，這些巖石形態各異，在這些巖石內鉆孔，鉆壓過高極易造成受力不均的情況；在孔道的擴充位置處，鉆頭會出現擺動，從而使其偏向另一個層面；因為鉆桿在工作過程中出現了彎曲，鉆桿接頭間隙太大，導致鉆機在鉆孔時出現了嚴重的位移問題、在局部壁層也出現了移位、傾斜[4]。

2.3掉鉆落物

出現掉鉆落物的原因有：鉆機在卡鉆過程中，因為操作方法不正確或者是用力過大，將造成鉆桿與鋼絲因為負荷較大出現斷裂情況；鉆桿的接頭安裝不良或者出現滑絲現象也會造成掉鉆落物；還有一種斷裂情況是因為滑車等部件出現了嚴重的磨損，導致鋼絲出現偏轉；操作人員操作不當，使部件不慎出現脫落，鉆桿因為松動出現脫節。

2.4孔底沉渣過厚

孔底沉渣過厚，將對樁身的承載能力產生巨大的折減效應，在正常使用的情況下，將會發生較大的沉降，影響上部結構物的使用性能。在施工中造成該現象的原因有：砂土層因其粘粒含量少、砂粒間粘聚力小、地基土層結構不穩定，如果清孔泥漿質量差，清孔方法不當，會造成孔底沉渣過厚和泥漿含砂量過大；鉆機機具和桿件在施工中碰撞孔口和孔壁，導致孔口坍塌和孔壁泥皮掉落至孔底，使孔底沉渣過厚；另外測量方法不當造成誤判，也會造成孔底沉渣過厚。

3　砂土地層中鉆孔灌注樁施工問題處理措施

多年的工程實踐經驗，以及相關的理論分析，可以對鉆孔灌注樁就上述問題的解決對策整理如下：

3.1孔壁坍塌處理措施

（1）在鉆孔過程中，鉆機運行時間要控制好，還要依據泥漿的密度，工程師的辨別等對現場做出合理安排，只有真正掌握了泥漿密度參數才能使工藝應用更為科學；通常，公路橋梁施工中對泥漿密度的規定為1.1～1.2g/cm3，如果超過或者是小于這個參數將使塌孔的幾率增大。在該橋梁樁基工程中，編號4～3樁灌注時，未參考規范規定的泥漿密度指標，就出現了塌孔情況。工程施工中配制泥漿時需將現場土質情況考慮在內，泥漿太稀，排渣能力小，護壁效果差；泥漿太稠，削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進速度；因此可將配制泥漿的粘土打碎，采用加粘土粉、燒堿或木質素的方法改善泥漿性能；在鉆孔過程中如果發現護筒漏漿，可提起鉆頭，向孔內倒入粘土粉、膠泥并擠入孔壁或注漿堵住漏漿空隙。泥漿形成泥皮后具有一定的強度，保持護筒內水頭高度高出地下水位1.0～1.5m，繼續鉆進。當一般泥漿處理無效時，可考慮用水泥泥漿做循環液，因水泥粘結性好、干縮性和吸水性強，能增加泥漿的粘度和比重，能使砂層膠結，防止孔壁坍塌[3]。

（2）砂土地層采用人工造漿護壁過程中，參數選擇如果不合理，將影響到進尺的速度，速度過快，孔壁難以形成一定厚度的護壁泥皮易塌孔；速度過慢，可能出現擴孔，均不利工藝的質量控制。面對上述情況，要結合施工地質特點和機械排渣能力，對鉆進速度進行調整，由硬土層鉆進接近砂層時，要適當增加鉆進的速度；鉆進接近硬土層或巖層時，要適當減小鉆進的速度。期間，要選擇相對密度、粘度、含砂率適當的泥漿，并要將泥漿的密度控制在1.1×1.2g/cm3以上。而對于其他土層也要將泥漿的密度適當增加到一定比例。鉆孔過程中，每鉆4～5m檢查鉆渣，與地質剖面圖核對，發現不符及時采取相應措施。

（3）在一些特殊情況下，比如，汛期或者是水位變化較大的部位，可以選擇將護筒升高、將吸管或者是水頭適當增高，也可以布設連通管，確保水頭達到穩定狀態。如果出現了坍塌情況，要馬上將護筒拆除，將孔口回填上，并要對護筒進行重新埋設，完成以上操作以后再鉆孔。

（4）孔道清理時最好選擇專業人員做好補漿工作，確保孔內水位高度不超限、孔內護壁泥漿液面高出地下水位1m，不宜將水管直接插入到鉆孔內，而是借助水槽使水勻速流入孔道內，防止出現損傷孔壁的情況。

（5）將鋼筋籠骨吊入時，整個過程要找準鉆孔的中心，防止出現與孔壁的觸碰。就位后可將鋼筋籠上部與護筒焊接牢固，下部加焊環向鋼板固定，每隔1m設定位鋼筋環或水泥混凝土墊塊，并與鋼筋籠焊接或綁扎牢固。

3.2鉆孔偏斜處理措施

鉆孔偏斜可以采用的方法有：壓實平整鉆機安裝支承點基礎；用測孔器查明偏斜位置和偏斜情況后，在偏斜處吊住鉆桿，反復掃孔，使鉆孔正直；偏斜嚴重處回填砂粘土，沉積密實后，減小進尺速度鉆進；另外，在鉆桿配合使用扶正器等固定設施，能夠使鉆機運行過程中隨時保持平穩、安全。在粒徑不均勻的地層中鉆孔時，要正確使用鉆桿，并對進尺進行控制，將鉆進的速度降低；認真檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭，并及時對方向進行調整，一旦鉆桿出現了彎曲，可利用千斤頂頂直或吊出更換[5]。

3.3落鉆吊物的預防和處理措施

落鉆是工程中較為麻煩的突發情況，首先應該對該情況做好充分的預防準備工作，其預防措施有：定期對鋼絲繩、鉆桿、鉆頭、卷揚機等裝置的連接情況進行檢查，尤其是接頭的穩固狀況；鉆孔前要將孔內的全部雜物清理掉，對鉆頭與連接位置處的設計進行改善，預先在鉆頭焊上打撈環。

當落鉆事故不幸發生之時可采用處理方法有：發生落鉆以后，要明確落鉆的具體位置，如果鉆頭被各種雜物掩埋，要及時進行清理。如果是零星鐵件可以使用電磁鐵將其吸引出來；如果是鉆頭則用打撈工具鉤住打撈環吊出來。落鉆發生以后將容易引發各種事故，一旦出現落鉆就要更換鉆桿、鉆頭與卷揚機，并將連接松動的地方擰緊，將接頭連接牢固穩定住，使生產能夠正常進行。

3.4控制沉渣厚度的的方法

采用抽漿法清孔。抽漿法清孔徹底，適于用反循環回轉鉆施工的清孔。但由于含水砂土層孔壁易坍塌，因此，鉆孔前在含水砂土地層中適當加大護筒埋深，護筒至少高出地面30cm，護筒外側用粘土回填壓實，在鉆桿上加設扶正器，避免鉆具和桿件在施工中碰撞孔口和孔壁；清孔前，嚴格控制泥漿密度和粘度，采用加粘土粉的方法控制其密度為1.3～1.4g/cm3，粘度為30～40s，使抽漿過程中泥皮強度能夠穩定孔壁，然后持續補漿抽漿，至抽漿管口返漿比重持續小于1.1～1.2kg/cm3，用公式“丈量鉆桿長度+鉆頭的鉆尖的2/3長度-測繩測得深度”，準確測定孔底沉渣厚度。當測得其厚度小于30cm，抓緊吊放鋼筋籠和導管澆灌混凝土。反循環回轉鉆可在終孔后停止進尺，鉆機不停轉，延長鉆機反循環系統持續吸渣時間至15min左右，使孔底鉆渣清除干凈。

4　結束語

隨著我國公路橋梁施工技術的不斷提高，我國公路橋梁施工在工藝與質量控制上都得到了顯著提升，為推動我國公路橋梁事業的發展起到了推動作用。本文主要以一組案例對砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術進行了詳細分析，針對灌注樁施工工藝應用中存在的問題提出了一些解決對策，為今后在含水砂土層等復雜地質情況下鉆孔灌注樁的設計和施工提供參考，有利于該領域先進施工方法和技術規范化和標準化的形成。

[1]陳飛.高強度花崗巖中大直徑鉆孔灌注樁施工技術[J].施工技術，2014，43（1）：26～28.

[2]黎建寧，程建新，聶寧，等.青島海灣大橋大直徑旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].施工技術，2010，38（5）：58～60.

[3]何德林.在砂土地層中施工鉆孔灌注樁常見問題及解決辦法.2008，03.

[4]劉霽，聶賽武.茅草街大橋湖區淤泥質軟土地層大孔徑鉆孔灌注樁施工技術[J].施工技術，2010，37（4）：106～108.

[5]全國一級建造師執業資格考試用書《公路工程管理與實務》（第四版），《市政公用工程管理與實務》（第五版）.

U445.55+1

A

1673-0038（2015）39-0283-02

2015-9-11