洞庭湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

張 有 為

(湖南理大交通科技發(fā)展有限公司，湖南 長沙 410003)

洞庭湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

張 有 為

(湖南理大交通科技發(fā)展有限公司，湖南 長沙 410003)

為解決湖區(qū)復(fù)雜工程地質(zhì)條件下的超長樁施工關(guān)鍵技術(shù)問題，依托洞庭湖區(qū)某高速公路超長樁施工工程，總結(jié)了塌孔、縮頸及斷樁的成因，分析了土質(zhì)、水、施工工藝及施工機(jī)械對成樁質(zhì)量的影響，提出了湖區(qū)超長樁施工技術(shù)及突發(fā)事故的應(yīng)急對策。

湖區(qū)，超長樁，鉆孔灌注樁，施工技術(shù)

0 引言

當(dāng)前，針對軟弱地基的樁基處治技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，湖泊河流地區(qū)作為一種典型的受干濕循環(huán)影響較為頻繁的地區(qū)，其土體強(qiáng)度隨水位上升下降影響波動(dòng)較大，目前國內(nèi)外對于湖區(qū)干濕循環(huán)環(huán)境下的超長樁施工技術(shù)研究較少，本文以洞庭湖區(qū)高速公路超長樁工程為依托，開展湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究，以期為類似樁基工程的設(shè)計(jì)與施工提供工程參考。

1 工程概況

洞庭湖周邊區(qū)域分布著大面積的軟土，屬于湖相軟土地基沉積區(qū)，該區(qū)域普遍表現(xiàn)出地勢低平、土壤軟弱的地質(zhì)特點(diǎn)。位于洞庭湖區(qū)的某高速超長樁施工現(xiàn)場無基巖露出，地勘報(bào)告表明，工程沿線地段分布有相對較厚的湖相沉積巖，其厚度平均值不小于18.0 m，沿線砂土層厚度普遍在28.0 m左右，砂土層下全風(fēng)化花崗巖層，鉆孔情況如圖1所示。沿線原地面標(biāo)高在26.82 m左右，調(diào)研結(jié)果表明該區(qū)域存在較高的地下水位。針對上述地質(zhì)情況，本工程所設(shè)計(jì)樁基樁長普遍在60 m以上，樁徑不低于800 mm，系大直徑超長鉆孔灌注樁。

2 湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 大直徑超長鉆孔灌注樁主要施工工藝流程

結(jié)合洞庭湖周邊軟土類工程地質(zhì)以及施工便捷程度考慮，決定選取鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行地基處理，對施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，得到施工工藝流程如圖2所示。

2.2 湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)難點(diǎn)

洞庭湖區(qū)的湖相軟土地質(zhì)條件給該區(qū)域超長鉆孔灌注樁施工造成了很大的困擾，增大了施工難度，將引發(fā)一系列質(zhì)量問題，總結(jié)如下：

1)由于上層土體的自重壓力作用，鉆孔后出現(xiàn)孔壁巖土內(nèi)縮現(xiàn)象，極易引起孔壁失穩(wěn)，進(jìn)而出現(xiàn)塌孔事故。

2)由于孔隙水壓力以及土壓力對鉆孔造成影響，將誘發(fā)縮頸事故，即鉆孔內(nèi)徑變小。

3)隨著混凝土澆筑施工的進(jìn)行，導(dǎo)管底端將逐步遠(yuǎn)離孔底，底部混凝土極易出現(xiàn)稀釋情況，增大了混凝土凝固難度，若此類凝固情況不佳的混凝土存在于樁身部位，極易導(dǎo)致出現(xiàn)斷樁事故。

2.3 影響湖區(qū)超長樁成樁質(zhì)量的主要因素

1)土質(zhì)。

對超長樁成樁質(zhì)量而言，土質(zhì)不良極易導(dǎo)致孔壁的坍塌，砂土、粘土即為該類不良土質(zhì)，其中又以砂土為甚。洞庭湖周邊區(qū)域廣泛分布著湖相沉積土，該區(qū)域上層分布為粘土，中層即分布著厚度較大的砂性土，其下則為深度較大的全風(fēng)化沉積巖。另一方面，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，工程涉及的淺層粘土以高液限粘土為主，亦為不良土質(zhì)，使得孔壁坍塌事故發(fā)生的概率增大。

2)水。

在超長樁施工過程中，鉆孔時(shí)孔壁內(nèi)外的靜水壓力平衡十分關(guān)鍵，是成樁的控制因素之一，一旦出現(xiàn)失衡，極易引發(fā)塌孔、縮頸等事故。與之相應(yīng)的，洞庭湖湖區(qū)地下水活動(dòng)頻繁，且水位較高，在其影響下，鉆孔內(nèi)部往往存在滲流現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)管涌，這些都是誘發(fā)孔壁坍塌、斷樁等質(zhì)量事故的因素。

3)施工技術(shù)。

對于湖區(qū)軟土區(qū)域內(nèi)的鉆孔灌注樁建設(shè)過程，很多施工細(xì)節(jié)制約著成樁質(zhì)量，稍有不慎即將導(dǎo)致樁體不合格，因而合理的施工手段及技術(shù)安排十分重要。在背景工程施工過程中，出現(xiàn)了很多由主觀原因造成的質(zhì)量問題，包括鉆孔時(shí)鉆頭與孔壁出現(xiàn)碰撞，使得鉆孔過大、偏斜；鉆孔至砂土層時(shí)未能控制好鉆進(jìn)速度，導(dǎo)致護(hù)壁泥漿與孔壁間的粘結(jié)情況不良等，都將使得成樁效果出現(xiàn)問題。

3 超長鉆孔灌注樁施工過程中事故發(fā)生的原因及對策

超長鉆孔灌注樁因其較高的鉆孔和成孔深度，在施工過程中，難以保證成孔及成樁質(zhì)量。本文依據(jù)超長鉆孔灌注樁的施工實(shí)踐，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，分析其事故原因，并提出處理措施。

3.1 斜孔、串孔的原因及防治措施

在超長鉆孔灌注樁的施工過程中經(jīng)常會發(fā)生斜孔、串孔現(xiàn)象。

由于護(hù)筒埋置深度淺，易造成串孔。鑒于此，其最好的處置措施即為增加護(hù)筒的埋置深度。

鉆機(jī)自重小、鉆桿剛度小、抗扭能力差，鉆機(jī)的磨盤位置不當(dāng)，土層結(jié)構(gòu)變化等是造成斜孔現(xiàn)象的主要原因。其防治措施如下：根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合適的鉆機(jī)；鉆孔時(shí)要始終保證磨盤處于水平狀態(tài)；遇到土層結(jié)構(gòu)變化處應(yīng)及時(shí)更換鉆頭類型。

3.2 塌孔、錯(cuò)臺、縮頸和擴(kuò)孔的原因及防治措施

縮孔現(xiàn)象常出現(xiàn)在軟塑狀態(tài)和流塑狀態(tài)的粘性土層，究其原因在于鉆孔時(shí)泥漿稠度不夠。因此為防治縮孔現(xiàn)象，需根據(jù)工程情況，適當(dāng)增大泥漿比重、粘性及稠度，增加鉆頭的直徑進(jìn)行掃孔處理。

泥漿稠度小、鉆孔過程中鉆頭及鋼筋籠與孔壁的刮擦、孔壁滲水、混凝土灌注時(shí)間長等是造成塌孔、擴(kuò)孔的主要原因。塌孔和擴(kuò)孔的防治措施如下：

1)鉆孔過程中應(yīng)適當(dāng)增大泥漿比重。

2)盡量避免鉆頭及鋼筋籠對孔壁的刮擦。

3)盡量減少混凝土的灌注時(shí)間。

4)可采用擠壓套筒或滾壓直螺紋連接的方式安裝鋼筋籠，減少安裝時(shí)間。

5)塌孔發(fā)生后可重新回填土，待土基本固結(jié)后，重新開鉆。

土層中存在弧石或存在傾斜的軟硬土層變化處是造成錯(cuò)臺的主要原因。其最好的防治措施為：

1)向孔內(nèi)投入混凝土，待孔內(nèi)石頭膠結(jié)后，重新開鉆。

2)在軟硬土層變化且呈傾斜狀處，應(yīng)減速慢鉆，并反復(fù)提鉆掃孔。

3.3 卡鉆、糊鉆的原因及防治措施

造成卡鉆現(xiàn)象主要是因?yàn)樵阢@進(jìn)過程中遇到堅(jiān)硬巖石。其防治措施為：

1)如遇到巖層，應(yīng)更換合適的鉆頭，進(jìn)行減壓低速慢鉆。

2)在鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意鉆機(jī)鉆壓、扭矩、轉(zhuǎn)速、電壓等參數(shù)，如果這些數(shù)據(jù)突然發(fā)生變化，應(yīng)立即停鉆。

3)如發(fā)生卡鉆，則應(yīng)慢速反轉(zhuǎn)退出，清理孔底。

造成糊鉆的主要原因?yàn)榭變?nèi)粘土粘性大、厚度深。其處治措施為:

1)選擇鉆速較快的鉆機(jī)。

2)根據(jù)樁徑和土質(zhì)情況，選擇合理的鉆頭型式，并對鉆頭進(jìn)行改進(jìn)。

3)降低鉆壓，上下提降鉆頭，及時(shí)更換被糊的鉆頭。

4)適當(dāng)降低泥漿的比重。

3.4 沉渣過多的原因及防治措施

沉渣過多主要原因?yàn)椋呵蹇追椒ú划?dāng)；孔壁剝落、坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，清孔泥漿指標(biāo)控制不當(dāng)。其防治措施有：

1)宜采用反循環(huán)清孔方式對超長鉆孔灌注樁進(jìn)行清孔，徹底清除沉渣。

2)若采用正循環(huán)清孔，則應(yīng)增大泥漿泵量，提高泥漿循環(huán)速度，增強(qiáng)泥漿攜帶鉆渣的能力，用優(yōu)質(zhì)膨潤土和化學(xué)外加劑如純堿提高泥漿粘度，以減緩砂粒沉淀速度。

3.5 鋼筋籠上浮的原因及防治措施

鋼筋籠上浮的主要原因?yàn)椋夯炷凉嘧⑦^程中，其產(chǎn)生的涌動(dòng)力大于鋼筋籠的自重，從而使得鋼筋籠上浮。

防治措施：

1)對鋼筋籠進(jìn)行固定，如將鋼筋籠固定在護(hù)筒頂部施工平臺。

2)加快灌注速度，延遲混凝土的初凝時(shí)間。

3)鋼筋籠上升時(shí)，停止?jié)补嗷炷粒瑱z查埋管深度，拆除部分導(dǎo)管，保持埋管1.5 m～2 m，導(dǎo)管鉤掛鋼筋籠時(shí)，要下降導(dǎo)管，轉(zhuǎn)動(dòng)移位脫鉤后上提。

3.6 斷樁、埋管、卡管的原因及防治措施

造成斷樁的主要原因有：混凝土坍落度大；澆灌過程不連續(xù)；灌注過程中發(fā)生埋管、卡管；發(fā)生坍孔現(xiàn)象。

造成埋管的主要原因有：導(dǎo)管在混凝土中掩埋時(shí)間過長。

造成卡管的主要原因有：骨料級配不合理；產(chǎn)生局部初凝現(xiàn)象的混凝土直接用于灌注。

斷樁、埋管、卡管的防治措施有：使用合適的混凝土配合比，同時(shí)保證連續(xù)、快速的混凝土灌注。

3.7 混凝土灌注不連續(xù)的原因及防治措施

混凝土灌注不連續(xù)的主要原因有：混凝土供應(yīng)速度慢；導(dǎo)管出現(xiàn)卡管等異常現(xiàn)象。其防治措施有：

1)注重機(jī)械的日常維修和保養(yǎng)。保證混凝土拌和樓應(yīng)不少于兩臺，必要時(shí)還應(yīng)考慮備用商品混凝土。

2)因?qū)Ч艿脑蚨荒苓B續(xù)灌注時(shí)，可二次插下導(dǎo)管重新進(jìn)行灌注，按首盤灌注的方法進(jìn)行施工，可適當(dāng)提高此處灌注混凝土的強(qiáng)度等級，導(dǎo)管應(yīng)插入到混凝土中，埋深不小于2 m，并采用小潛水泵將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿抽掉，灌注的過程中，導(dǎo)管應(yīng)上下、左右移動(dòng)，目的是將導(dǎo)管內(nèi)未抽掉的泥漿和少量的沉渣、浮漿與混凝土攪拌均勻。

4 結(jié)語

在傳統(tǒng)鉆孔樁施工工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合洞庭湖區(qū)的實(shí)際工程特性，從施工工藝流程、施工技術(shù)難點(diǎn)及處治對策、施工過程突發(fā)事故應(yīng)急處治對策對湖區(qū)超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以洞庭湖區(qū)某高速公路實(shí)際工程為依托進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明應(yīng)用湖區(qū)超長樁施工技術(shù)極大地提高了成樁質(zhì)量。

[1] 張啟超.湖相軟土地基超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究[J].公路與汽運(yùn),2010(5):113-115.

[2] 張 平.鉆孔灌注樁常見病害的成因及防治[J].山西建筑,2005,31(10):54-55.

[3] 袁振東.超長鉆孔灌注樁施工過程中事故發(fā)生的原因及對策[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2008(12):190-192.

[4] 羅德龍.超長鉆孔灌注樁的關(guān)鍵施工技術(shù)[J].交通科技,2004(5):71-72.

Research on construction technique of super-long bored pile at Dongtinghu District

Zhang Youwei

(HunanLidaCommunicationsScienceandTechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Changsha410003,China)

In order to solve the key technical problems of the super-long bored pile at lake districts with complicated engineering geological conditions, the paper sums up the reasons for the hole collapse, necking down and broken-pile at the super-long bored pile along some expressway at Dongtinghu District, analyzes the influence of the soil quality, water, construction craft and construction mechanism on the pile quality, and points out the emergency strategies for the construction technique and accidents of super-long pile at the lake districts.

lake district, super-long pile, bored pile, construction technique

2015-05-21

張有為(1981- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)22-0072-02

TU473.14

A