粉砂層地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的成樁工藝選擇及質(zhì)量控制*

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1 工程概況

昆山市中環(huán)快速化改造工程位于江蘇省昆山市，工程范圍包含黃浦江路（東線）、G312（南線）、江浦路（西線）、S339（北線）合圍的四邊道路，總長44.21 km。昆山中環(huán)主線高架全長39.77 km，地面道路4.43 km，雙向6 車道，寬度25.5 m， 設(shè)計速度80 km/h。

工程樁全部采用鉆孔灌注樁，設(shè)計樁徑分為1.2 m、1.5 m及1.8 m，最大樁長約80 m，共計14 896 根。該處的樁基均為獨立承臺樁，對樁基的質(zhì)量要求非常嚴格。

昆山地區(qū)地層中砂層（包括細砂及粉砂）分布較厚，不易清除，容易造成沉渣，以至于原土造漿已經(jīng)不能滿足泥漿指標的要求，故在該地質(zhì)條件下如何選擇一套比較合適的鉆孔灌注樁成樁工藝成為了本次施工的一個重要課題。

2 首次試樁施工[1,2]

2.1 試樁概況

首次鉆孔灌注樁試樁位置為陸家互通立交C匝道8#墩的2#樁。樁徑1 200 mm、樁底標高為-68.6 m、地面標高+3.00 m，鉆孔深度為71.65 m。

2.2 施工工藝介紹

采用GPS-15型鉆機正循環(huán)鉆孔施工工藝。C8-2樁成孔施工時間為39.3 h，第1次清孔時間2 h，提鉆2 h。

泥漿循環(huán)池總?cè)莘e10 m3，廢漿池、儲漿池未采用。施工過程中均為自然造漿，未使用新漿置換，無泥漿外運。采用正循環(huán)成孔、清孔工藝。

2.3 成孔檢測結(jié)果

根據(jù)檢測結(jié)果，從孔口向下12～61 m處孔徑最小為1 080 mm，位于粉土層及粉砂層內(nèi)普遍為1 120 mm，達不到設(shè)計孔徑1 200 mm，樁底沉渣厚度約為10 m。

2.4 原因分析

粉土層及粉砂層中鉆進速度過快，掃孔不足；粉砂層較多，現(xiàn)場無有效的除砂措施，泥漿含砂量過大；使用機型為GPS-15，扭矩及樁機自重存在不足，鉆頭晃動擾動樁體。

3 成樁工藝的選擇[3,4]

根據(jù)首次試樁失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)及原因的分析，對昆山當?shù)氐牡刭|(zhì)情況和鉆孔灌注樁的施工工藝進行了認真的研究，最后結(jié)合本工程的特點和難點，提出以下2 個鉆孔灌注樁成孔施工工藝。

3.1 回旋法鉆孔樁施工工藝

回旋法鉆孔樁施工即采用GPS-20型號的樁機正循環(huán)成孔、正循環(huán)清孔，配備1 臺大功率的除砂機，同時采取人工造漿。

3.1.1 GPS-20型鉆機相比GPS-15型鉆機的優(yōu)點

首次試樁鉆孔采用的是GPS-15型鉆機，其扭矩是17.65 kN·m，而GPS-20鉆機扭矩是30 kN·m，可以減少對泥漿護壁的影響，GPS-20下鉆時采用中擋轉(zhuǎn)速40 r/min，且相對GPS-15鉆機可以更加有效地控制成孔速度，配合合理的掃孔工藝，能夠更好地增加泥漿護壁的效果。

3.1.2 大功率除砂機的作用

由于昆山地質(zhì)中粉砂分布較厚，且多為細砂和粉砂，一般的循環(huán)和沉降措施不能夠?qū)⑵淝宄菀自斐沙猎瑥亩绊憳痘馁|(zhì)量。根據(jù)首次試樁的結(jié)果顯示，在沒有使用除砂機的前提下，剛提鉆完成后的沉渣深度達到10 m，約11.3 m3的粉砂，可見昆山地質(zhì)中粉砂含量之大。

3.1.3 人工造漿

由于上部黏土層不是很厚，原土造漿已經(jīng)不能滿足要求，根據(jù)首次試樁的經(jīng)驗，鉆機在黏土層中鉆進時采用原土造漿，當鉆機鉆進其它土層中時采用人工造漿對泥漿的指標進行控制，同時加強過程中泥漿指標的監(jiān)測，確保過程中的泥漿密度為1.03～1.10 g/cm3，黏度為18～22 s，含砂率＜4%。

綜上，GPS-20型號鉆機回旋法鉆孔樁施工工藝可以很好的解決樁機扭矩及自重不足的問題，大大減少了對樁體的擾動；黑旋風(fēng)除砂機也可以有效地控制泥漿的含砂率，確保在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

3.2 旋挖法鉆孔樁施工工藝

旋挖法鉆孔樁施工即采用不小于280型號的旋挖機，同時配備合理的人工造漿。旋挖法成孔工藝與其他樁基不同，采用靜態(tài)泥漿護壁鉆斗取土的工藝，是一種無沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進方法，非常適用于砂土層的施工。

旋挖鉆機工作時能原地作整體回轉(zhuǎn)運動。旋挖鉆機鉆孔取土?xí)r，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時切下土塊向斗內(nèi)推進而完成鉆取土；遇硬土?xí)r，自重力不足以使斗齒切入土層，此時可通過加壓油缸對鉆桿加壓，強行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后，由起重機提升鉆桿及鉆斗至地面，拉動鉆斗上的開關(guān)即打開底門，鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門，再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進行下一斗的挖掘。旋挖鉆機行走機動、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

鉆孔時，在黏土層或者粉質(zhì)黏土層中鉆斗升降速度為0.8 m/s，提鉆前時需反轉(zhuǎn)2 圈合上取土門，并使鉆具表面黏土與鉆斗外壁脫離，以防鉆斗提升時鉆斗外壁沾有黏土造成坍孔；砂土層及粉砂層中鉆斗升降速度為0.7 m/s，提鉆前需反轉(zhuǎn)1 圈，反轉(zhuǎn)幅度不宜過大，僅關(guān)閉取土門即可，砂土層內(nèi)最后提升前，在取土深度范圍內(nèi)，需停留數(shù)秒，給予孔壁處泥漿與砂土一定的穩(wěn)定時間。

4 再次試樁施工

4.1 回旋法成孔施工

4.1.1 概況

本次回旋法試樁位置為陸家互通立交C匝道6#墩的3#樁。樁徑1 200 mm、樁底標高為-62.6 m、地面標高+3.528 m，鉆孔深度為66.128 m。

4.1.2 施工工藝介紹

本次試樁采用GPS-20型鉆機正循環(huán)鉆孔施工工藝，配備1 臺黑旋風(fēng)ZX-250型號的除砂機，同時采取人工造漿措施。

1）泥漿系統(tǒng)。本次試樁采用膨潤土、CMC、純堿等造漿材料進行人工造漿，同時現(xiàn)場設(shè)置了泥漿循環(huán)池且為三級沉淀池，高度1.5 m，總方量≥60 m3，每個工點設(shè)置儲漿池，方量≥100 m3。

2）泥漿指標的檢測及控制。樁基的成孔過程中加強對泥漿三大指標的檢測和控制，特別是含砂率的控制。在回旋法成孔過程中每隔2 h對泥漿的三大指標進行1 次檢測并做好記錄，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿指標不符合要求立刻采取相應(yīng)的措施進行控制。

3）成孔檢測結(jié)果。根據(jù)檢測結(jié)果顯示，該回旋法樁孔在孔深、孔徑、沉淀厚度以及傾斜度方面均滿足要求，檢測結(jié)果均為合格。

4.2 旋挖法成孔施工

4.2.1 概況

本次旋挖法試樁位置為陸家互通立交G312主線23#墩9#樁。樁徑1 200 mm、樁底標高為-67.4 m、地面標高2.773 m，鉆孔深度為70.173 m。

4.2.2 施工工藝介紹

本次試樁采用YTR280旋挖機施工工藝，同時采取人工造漿措施。

1）泥漿系統(tǒng)。同回旋法泥漿系統(tǒng)。

2）泥漿指標的檢測及控制。樁基的成孔過程中加強對泥漿三大指標的檢測和控制，特別是含砂率的控制。由于旋挖法成孔時間一般為7 h左右，故在樁基開鉆之前、過程中間以及成孔結(jié)束后分別進行1 次泥漿指標的測試。如果開鉆之間檢測不合格絕對不允許開鉆。

3）成孔檢測結(jié)果。根據(jù)檢測結(jié)果顯示，該旋挖法樁孔在孔深、孔徑、沉淀厚度以及傾斜度方面均滿足要求，檢測結(jié)果均為合格。

綜上，針對昆山這邊的地質(zhì)條件，選擇上述的2 種成孔工藝是非常合理的，并在實踐中取得了成功。

5 成樁質(zhì)量的控制

結(jié)合現(xiàn)場的鉆孔樁施工工藝，成樁的質(zhì)量主要從以下幾個方面進行總結(jié)。

1）泥漿的制備：使用符合要求的造漿材料進行造漿，同時使用中要定期對泥漿池中的泥漿進行三大指標的檢測，若發(fā)現(xiàn)有誤差，應(yīng)及時調(diào)整以使泥漿符合設(shè)計和規(guī)范的要求。

2）成孔過程中泥漿的監(jiān)測：成孔過程中由于穿過粉砂層會使泥漿中的含砂率增大、泥漿相對密度加大，此時需打開除砂機，通過除砂機除砂來降低泥漿的粉砂。

3）混凝土的澆筑：混凝土澆筑是確保成樁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，澆筑前須做好準備工作，確保泥漿密度為1.03～1.10 g/cm3，黏度為17～20 s，含砂率＜2%，孔底沉渣≤250 mm，在混凝土澆筑過程中，在保證初灌量的前提下還須保證能連續(xù)緊湊地進行。

4）聲測管的注水保護：聲測管是用于一定比例的樁基超聲波檢測的工具，聲測管一旦堵塞將影響該樁基的檢測質(zhì)量。為了保證聲測管通暢，我們采取在混凝土澆筑的同時對聲測管進行注水，保證內(nèi)外壓強平衡，這樣就有效地保護了聲測管。

6 實施效果

昆山中環(huán)共計14 896 根鉆孔灌注樁，目前已經(jīng)累計完成14 760 根，其中完成樁基檢測的為14 875 根，一類樁14 866 根，二類樁6 根，無三、四類樁，一類樁比例為99.8%。

7 結(jié)語

在昆山地質(zhì)中粉砂層較厚的情況下，通過對大直徑、高深度鉆孔灌注樁的施工得出以下幾點結(jié)論：

1）施工工藝的選擇正確與否是樁基施工成敗的關(guān)鍵，根據(jù)昆山的地質(zhì)條件以及鉆孔灌注樁的直徑、深度，不管是選擇回旋法還是旋挖法施工，必須保證鉆機或者旋挖機的扭矩達到要求。

2）昆山地質(zhì)中粉砂層較厚，正常的泥漿循環(huán)不能夠有效的將其清除，必須配備1 臺離心式的除砂機方可保證泥漿的含砂率達到規(guī)范的要求。

3）由于地質(zhì)中填土層較薄，沙層較厚，原土造漿已經(jīng)完全不能夠滿足泥漿指標的要求，施工過程中必須采取人工造漿的措施。