高砂性土層超深混凝土鉆孔灌注樁施工技術(shù)

繆 建 楊

(上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海 200050)

高砂性土層超深混凝土鉆孔灌注樁施工技術(shù)

繆 建 楊

(上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海 200050)

以昆山中環(huán)高砂性土質(zhì)的超深鉆孔灌注樁工程為例，針對(duì)常規(guī)方法施工容易造成孔壁坍塌、擴(kuò)孔、甚至危及樁基施工的安全問題作了研究，在樁基施工過程中提出了使用簡易機(jī)械、對(duì)泥漿系統(tǒng)的重新設(shè)置等措施，并闡述了詳細(xì)的工藝流程控制要點(diǎn)，以確保工程的施工質(zhì)量和安全。

樁基工程，高砂性土層，泥水分離器，泥漿系統(tǒng)，鉆孔灌注樁

1 概述

昆山市地處長江口三角洲平原，隸屬長江流域太湖水系；場地淺層地下水分為賦存于上部黏性土層中的孔隙型潛水和賦存于粉土、粉砂中的微承壓水。昆山中環(huán)項(xiàng)目沿線地貌單元屬長江三角洲河口沖積平原。地基土構(gòu)成除填土外，其余均為第四系濱海、河口海灣、河泛、河床相沉積物。主要由一般黏性土、淤泥質(zhì)土及粉(砂)性土組成。各土層分布如下：①雜填土；②-1粉質(zhì)黏土；②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；③黏土；④粉土、粉砂；⑤粉質(zhì)黏土；⑥粉土、粉砂；⑦粉質(zhì)黏土；⑧粉砂。此外，在④粉土、粉砂上部一般會(huì)存在一層過渡層，為粉質(zhì)黏土，褐黃色，呈可塑狀態(tài)；場地20 m～25 m之間局部可能會(huì)出現(xiàn)暗綠色黏土層，可塑～硬塑。

昆山中環(huán)七工區(qū)的土層在6 m以下含砂率高達(dá)70%以上，同時(shí)施工的鉆孔灌注樁直徑大、深度深。這種含砂率極高的松散土質(zhì)，給大直徑鉆孔灌注樁施工帶來了一定的難度和挑戰(zhàn)。該土層在鉆進(jìn)成孔過程中自成泥漿膠體率極低，護(hù)壁和排渣能力差，常規(guī)方法施工容易造成孔壁坍塌、擴(kuò)孔，甚至危及樁基施工的安全[1]；含砂率幾乎呈飽和狀態(tài)的泥漿停泵時(shí)立即發(fā)生離析，大量的砂沉淀至孔底造成沉渣過厚；此外，還會(huì)形成樁身縮徑、夾泥夾砂甚至斷樁等質(zhì)量隱患[2]。為了克服上述不利因素，保證鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，在施工過程中，項(xiàng)目部通過研制簡易機(jī)械、泥漿系統(tǒng)的合理設(shè)置，有效地降低了含砂率；同時(shí)，通過一系列的施工工藝措施，確保在高砂性土層超深混凝土鉆孔灌注樁工程一次成優(yōu)，形成了一套獨(dú)特的施工工藝。

2 工藝原理

施工前需對(duì)泥漿池進(jìn)行改造，加長循環(huán)溝，便于降低泥漿流動(dòng)速度和泥砂的沉淀。泥漿清孔和換漿需提前配制膨潤土人工造漿，用事先配制好的膨潤土和羧甲基纖維素(CMC)漿液置換出孔內(nèi)含砂率極高的泥漿，鉆進(jìn)過程中泥漿比重適當(dāng)提高以便孔底沉渣能夠攜出，清孔時(shí)再需采用比重略小的泥漿；通過泥水分離器、除砂器等設(shè)備對(duì)鉆孔自成泥漿進(jìn)行除砂，含砂率較高的廢漿要及時(shí)排漿，否則砂很難降下來。管理上，質(zhì)檢人員和施工管理人員要隨時(shí)對(duì)施工過程進(jìn)行把控，提鉆、下籠、清孔、灌混凝土等關(guān)鍵工序做到必檢[3]。

過程控制中關(guān)鍵工藝的時(shí)間控制：鉆孔后清孔至下鋼筋籠時(shí)間控制盡量縮短，以免出現(xiàn)“縮徑”“塌孔”現(xiàn)象；鋼筋焊接時(shí)間宜控制在3.5 h～4 h內(nèi)；二次清孔時(shí)間在1 h內(nèi)；混凝土澆筑控制在2 h～4 h內(nèi)完成。嚴(yán)格控制混凝土坍落度，控制在200±20。

3 施工設(shè)備和方法簡介

成孔機(jī)械采用GPS-20型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆機(jī)高度為10 m，鉆機(jī)功率為37 kW。最大鉆孔深度100 m，轉(zhuǎn)盤最大扭矩30 kN·m，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速8/14/18/26/32/56 rpm，卷揚(yáng)機(jī)單繩提升力30 kN。

GPS-20配套設(shè)備有：鉆桿75.6 m(27節(jié))、鉆頭φ1.5 m高1.5 m、引成鉆桿3.65 m、護(hù)筒φ1.5 m×2 m高、4PNL泥漿泵、100NL排漿泵、簡易泥水分離器(見圖1)。

本工程采用GPS-20鉆機(jī)正循環(huán)成孔、正循環(huán)清孔。

4 施工工藝流程簡介

主要施工控制流程：測量定位、埋設(shè)護(hù)筒、樁機(jī)就位→泥漿制備、制作鋼筋籠、鉆進(jìn)成孔→第一次清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→第二次清孔→灌注混凝土→養(yǎng)護(hù)→檢測。

鉆孔灌注樁施工工藝流程見圖2。

5 施工工藝主要控制要點(diǎn)

1)施工前制備優(yōu)質(zhì)泥漿。

開鉆前，必須先準(zhǔn)備優(yōu)質(zhì)泥漿(事先配制膨潤土和羧甲基纖維素(CMC)漿液)，且須檢查泥漿性能，直到所配制泥漿比重達(dá)到1.2、粘度達(dá)到17 s～20 s時(shí)，才可開鉆。清孔時(shí)，采用泥漿比重小于1.1的泥漿。同時(shí)，所配泥漿量不少于2倍樁孔體積，以滿足樁施工護(hù)壁需求量。

2)鉆孔施工。

鉆進(jìn)過程中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況，確定鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)過程中應(yīng)不定期的檢查泥漿性能。常規(guī)技術(shù)參數(shù)：鉆壓10 kN～25 kN,轉(zhuǎn)速50 r/min～80 r/min，最小泵量30 m3/h，在實(shí)際施工中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)鉆進(jìn)速度、鉆壓、泵量等參數(shù)不斷調(diào)整、修正，以保證順利成孔。禁止不分土層，盲目采用高轉(zhuǎn)速、高壓、高泵量成孔的方式施工。注意控制深度，超鉆深度不許超過30 cm，嚴(yán)格控制超鉆現(xiàn)象的出現(xiàn)。

鉆孔自成泥漿在泥漿溝用泥漿泵抽吸后，通過泥水分離器或除砂器過濾粗砂或鉆渣，過濾出來的泥砂運(yùn)到指定位置棄土。泥漿循環(huán)池中泥砂沉淀較集中的泥漿溝入口附近設(shè)置泥漿泵，將沉淀泥砂較高的廢漿及時(shí)排出至廢漿池。

鉆孔成孔后，采用鉆桿長度和測繩測量雙控的方法，控制鉆孔深度。

3)鋼筋籠制作。

鋼筋籠按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行制作。單節(jié)鋼筋籠制作長度視鋼筋定尺而做，在滿足吊車最大起吊高度單節(jié)鋼筋籠盡量做長一些，以減少孔口焊接的時(shí)間。在吊車和作業(yè)空間允許的情況下，盡量采用9 m或12 m的長鋼筋籠，以減少鋼筋接頭，加快焊接時(shí)間。

4)第一次清孔。

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用正循環(huán)進(jìn)行換漿清孔，并保持一定水頭高度，以防止塌孔。采用比重小于1.1的含砂量低、粘度好的泥漿、清孔不低于120 min，在一清的過程中，必須及時(shí)補(bǔ)充足夠的泥漿要始終保持樁孔中漿面穩(wěn)定。孔深及泥漿比重經(jīng)質(zhì)量人員自檢及現(xiàn)場監(jiān)理驗(yàn)收后，方可拆除鉆桿。

5)成孔驗(yàn)收(或檢測)。

提鉆后，由項(xiàng)目質(zhì)檢工程師和監(jiān)理(或第三方檢測機(jī)構(gòu))對(duì)孔深、孔徑、垂直度等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收(或檢測)，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后，方可進(jìn)行下鋼筋籠施工。如出現(xiàn)縮徑、沉渣過厚等現(xiàn)象須重新進(jìn)行掃孔。

6)下鋼筋籠。

下鋼筋籠時(shí)，要注意保持鋼筋籠垂直，速度要均勻、緩慢。沉放時(shí)要對(duì)準(zhǔn)孔位，平穩(wěn)、緩慢的進(jìn)行，不允許鋼筋籠左右搖晃，注意保持鋼筋籠與樁中心一致，避免鋼筋籠刮蹭碰撞破壞孔壁，到位后立即焊接，固定。焊接處焊縫寬度和厚度要符合規(guī)范要求，焊接時(shí)質(zhì)檢人員、監(jiān)理監(jiān)督驗(yàn)收，合格后方可下入孔內(nèi)。在保證鋼筋籠焊接質(zhì)量的前提下，鋼筋籠接長時(shí)要盡量加快。聲測管的上下段必須對(duì)齊，并將聲測管與鋼筋籠牢固連接，以增加聲測管的剛度，同時(shí)需制作好聲測管接頭，接頭液壓連接之后再用防水膠帶包裹，以防接頭處漏漿堵塞管道。鋼筋籠定位之后，聲測管內(nèi)穿入φ40尼龍管，以保護(hù)聲測管。

7)下導(dǎo)管。

導(dǎo)管需按順序進(jìn)行編號(hào)，并用油漆注上導(dǎo)管的長度尺寸。下導(dǎo)管前，先根據(jù)成孔深度確定下導(dǎo)管長度，可采用先將導(dǎo)管下放至孔底再提升的方法保證導(dǎo)管底部距孔底25 cm～40 cm。導(dǎo)管下放過程中注意保持與孔位中心線一致。

8)第二次清孔。

導(dǎo)管安放后，用正循環(huán)法進(jìn)行二次清孔。清孔后由質(zhì)檢工程師與監(jiān)理單位對(duì)孔深、垂直度等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，加強(qiáng)對(duì)沉渣的檢查力度，控制沉渣厚度不得超過0.2d，垂直度不超過1%，并且泥漿相對(duì)密度1.03～1.10；粘度17 Pa·s～20 Pa·s、含砂率小于2%。

9)灌注混凝土。

開始灌注混凝土前，嚴(yán)格控制導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為25 cm～40 cm。為保證足夠的混凝土初灌量，采用2.5 m3以上大料斗且首灌后混凝土連續(xù)灌注封底。混凝土灌注前，需由試驗(yàn)室主任檢測混凝土坍落度，控制在200±20。對(duì)不符合要求的混凝土，采取退場處理。灌注前，導(dǎo)管內(nèi)要安放隔水球，管口需要加活動(dòng)蓋板。

混凝土灌注底部時(shí)應(yīng)盡量增大導(dǎo)管埋深并放慢灌注速度以減少混凝土的沖擊力。灌注過程中盡可能提高混凝土澆筑速度，快速連續(xù)澆筑，提前報(bào)送混凝土計(jì)劃并要求拌站保證供應(yīng)混凝土及時(shí)并且連續(xù)不中斷。灌注過程中，需經(jīng)常抽拔導(dǎo)管，并隨時(shí)用測繩測量混凝土的深度，并用實(shí)際澆筑方量進(jìn)行校核，控制導(dǎo)管埋深。所拔導(dǎo)管長度必須保證剩余導(dǎo)管下口埋入混凝土面大于2 m，小于6 m。每節(jié)導(dǎo)管拆除后，應(yīng)清洗干凈。

10)養(yǎng)護(hù)。

混凝土初凝后，拔出插入聲測管的尼龍管，并上下疏通聲測管。在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，把灌注好的樁上面的孔用土填實(shí)，避免人員墜落。養(yǎng)護(hù)期間盡量減少車輛等荷載對(duì)樁的擾動(dòng)。

11)樁基檢測。

建設(shè)單位指定專門檢測站用超聲波對(duì)樁基進(jìn)行檢測，根據(jù)需要也可用高應(yīng)變、低應(yīng)變檢測或鉆芯取樣進(jìn)行抽測。

6 結(jié)語

本文針對(duì)昆山中環(huán)七工區(qū)樁基工程，對(duì)高砂性土層條件下的鉆孔灌注樁施工方案進(jìn)行研究，對(duì)泥漿系統(tǒng)、鉆孔過程、鋼筋籠制作、清孔、灌注混凝土等全過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和施工指導(dǎo)，最終昆山中環(huán)七工區(qū)的Ⅰ類樁率達(dá)到95%以上，取得了較好的質(zhì)量安全成效。昆山中環(huán)七工區(qū)在高砂性土層下進(jìn)行的超深鉆孔灌注樁施工工藝的成功實(shí)施，為后續(xù)類似樁基施工的質(zhì)量控制提供了經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

[1] 華 燕.大直徑鉆孔灌注樁在砂性土層中施工的關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑施工，2011(6)：78-80.

[2] 田勝祥.軟土地基超深鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].建筑施工，2010(6)：33-35.

[3] 徐佩林.高砂性地層鉆孔灌注樁施工易發(fā)的基樁質(zhì)量隱患[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008(6)：126-129.

On construction technique for super-deep concrete bored pile with high sandy soil strata

Miao Jianyang

(ShanghaiNo.7ConstructionCo.,Ltd,Shanghai200050,China)

Taking the super-deep bored pile project with high sandy soil at Shanzhong Ring as the example, the paper researches the safety problems including pore wall collapse, reaming, and hazards caused by regular construction methods, points out the reallocation of mud system and adoption of simple mechanics in the pile foundation construction process, and illustrates the detailed craft procedure controlling points, so as to ensure the quality and safety of the projects.

pile foundation project, high sandy soil strata, muddy water separator, mud system, bored pile

2015-01-18

繆建楊(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0058-02

TU473.14

A