復(fù)雜地質(zhì)條件下沖孔灌注樁成孔技術(shù)研究

趙 鵬 周 尚 鄭雷娟

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，湖北 宜昌 443000)

復(fù)雜地質(zhì)條件下沖孔灌注樁成孔技術(shù)研究

趙 鵬 周 尚 鄭雷娟

(中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司，湖北 宜昌 443000)

針對(duì)三峽工程棄渣場(chǎng)渣土粒徑分布不均勻、持力層起伏較大，臨庫(kù)水位變化大等復(fù)雜地質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)塌孔原因分析和成孔機(jī)具選擇，采取控制鉆進(jìn)速度、孔口支護(hù)、及時(shí)封堵滲漏通道等各項(xiàng)合理有效的控制措施，取得了預(yù)期目標(biāo)，滿足工程各項(xiàng)技術(shù)要求，效果良好。

復(fù)雜地質(zhì),塌孔,沖孔灌注樁,施工技術(shù)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，鋼筋混凝土灌注樁作為高鐵、橋梁、高層建筑等主要基礎(chǔ)形式被廣泛應(yīng)用。然而在應(yīng)用中也存在不少問(wèn)題，成樁前期主要表現(xiàn)在復(fù)雜地質(zhì)條件下成孔困難。

本工程樁基在厚度約57 m人工回填渣土區(qū)施工，渣土粒徑及強(qiáng)度分布極不均勻，且毗鄰三峽大壩上游，水庫(kù)水位年變幅達(dá)30 m，樁基施工過(guò)程中成孔十分困難。論文通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件、塌孔原因和成孔技術(shù)研究，將為類似地質(zhì)條件樁基工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

本樁基工程位于湖北省宜昌市，規(guī)劃面積4.5萬(wàn) m2，建筑面積3.8萬(wàn) m2，單層框架結(jié)構(gòu)，建筑最大高度21.5 m，為上覆土建筑形式。該工程樁均采用直徑1 000 mm沖孔灌注樁，總樁數(shù)238根，平均樁長(zhǎng)45 m，最大樁長(zhǎng)73 m，抗壓樁樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁端嵌入傾斜的完整和較完整巖石的全斷面深度不宜小于1.0d且不小于1 m，單樁靜載試驗(yàn)加載最大值11 000 kN，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。施工期受三峽大壩庫(kù)區(qū)庫(kù)水位影響，地下水位變幅為高程145 m～175 m。

2 地質(zhì)條件及塌孔原因分析

2.1 地質(zhì)條件

勘探深度范圍內(nèi)地基土按其成因和巖性自上而下依次可分為：

1)人工回填層。

該區(qū)域人工回填層一般厚15 m～35 m，沿某沖溝處厚達(dá)25 m～50 m，最大厚度達(dá)56.73 m。人工回填層主要由三峽工程開挖風(fēng)化砂礫及碎塊石雜填而成，以粗砂為主，夾塊石。回填層結(jié)構(gòu)稍密～中密狀，風(fēng)化砂一般為中粗砂，碎、塊石分布不均一，粒徑大小不一，其中碎石粒徑2 cm～8 cm，小塊石粒徑0.2 m～0.6 m，大塊石粒徑1 m～3 m，中碎、塊石總含量23%～34%左右。塊石含量及空間分布不均勻，有架空、脫空現(xiàn)象。

2)坡積層。

分布于沖溝及地勢(shì)低洼地帶，厚0.5 m～4 m，局部在6 m以上。巖性為黃褐、灰褐色礫質(zhì)砂壤土，其中所含礫為棱角狀～次棱角狀的巖石碎屑物，夾極少量巖質(zhì)堅(jiān)硬的碎塊石，其含量為5%～10%，塊徑6 cm～30 cm不等，成分多為灰白色的閃云斜長(zhǎng)花崗巖，其次為灰色閃長(zhǎng)巖。

受上述地質(zhì)條件影響，在松散風(fēng)化砂回填區(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)滲、漏漿現(xiàn)象，在大塊石架空區(qū)，會(huì)出現(xiàn)瞬間漏漿、塌孔及卡鉆具現(xiàn)象，成孔難度非常之大。

2.2 塌孔原因分析

通過(guò)對(duì)成孔過(guò)程數(shù)據(jù)分析，施工過(guò)程中突發(fā)漏漿、塌孔主要原因如下：

1)人工回填層區(qū)域塊石無(wú)序堆積形成架空區(qū)，鉆進(jìn)架空區(qū)時(shí)發(fā)生反復(fù)數(shù)次孔內(nèi)突發(fā)漏漿現(xiàn)象，尤其在50 m深度以下塊石架空區(qū)突發(fā)漏失泥漿將導(dǎo)致孔壁坍塌失穩(wěn)和掉石塊卡埋鉆具。

2)人工回填層與原始地形交界處多為大粒徑塊料自然滾落堆積，該區(qū)域孔隙較大，三峽大壩庫(kù)區(qū)江水可直接滲入。由于孔口高程約187.5 m，水庫(kù)水位在高程145 m～175 m變動(dòng)，鉆孔到回填區(qū)底部與原始地面交界處時(shí)，孔內(nèi)泥漿表面與水庫(kù)水位形成壓力差，導(dǎo)致泥漿瞬間滲漏，若短時(shí)間內(nèi)不能補(bǔ)充泥漿，很快出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，稍有操作不當(dāng)，鉆頭將被埋于孔內(nèi)。

3)人工回填地層因土質(zhì)松散致使自上而下孔隙無(wú)規(guī)則貫通，泥漿損耗較大，若泥漿補(bǔ)充不及時(shí)，易造成塌孔。

3 成孔技術(shù)

3.1 成孔機(jī)具選擇

回填區(qū)花崗巖抗壓強(qiáng)度(濕)力學(xué)值為40 MPa～90 MPa，選擇適宜的鉆進(jìn)設(shè)備是成孔的先決條件之一。在鉆孔施工過(guò)程中選擇了宏源系列CZ-6和CZ-9鉆機(jī)，分別配置55 kW和75 kW動(dòng)力，施工情況反饋CZ-6鉆機(jī)在施工超過(guò)50 m深度石碴回填區(qū)時(shí)出現(xiàn)反沖動(dòng)力不足，設(shè)備故障率高等現(xiàn)象，且孔內(nèi)卡、埋鉆頭事故處理困難，最終無(wú)法成孔。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和分析，不大于50 m樁長(zhǎng)的樁基采用CZ-6鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，其余樁基采用CZ-9鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。

鉆頭的選擇決定成孔工效，可以減少泥漿維持孔壁穩(wěn)定的時(shí)間，是成孔的又一先決條件。目前，沖孔灌注樁選用鉆具主要為平底鉆具和空心管鉆鉆具兩種。平底鉆具呈圓錐臺(tái)形，實(shí)心結(jié)構(gòu)，重量較大，韌角較厚，利于破碎較堅(jiān)硬地層(如火成巖)，水口較小，穩(wěn)定性較好，鉆孔成形質(zhì)量較好，成孔圓整度較高，孔內(nèi)事故處理較易。空心管鉆鉆具一般分為兩層沖擊韌角，底圈先破碎巖層，第二層韌角修整孔形和進(jìn)一步破碎巖石，鉆具中間空心，利于鉆渣排出和泥漿介質(zhì)冷卻沖擊韌角。適用一般較穩(wěn)定地層鉆進(jìn)效率高，鉆具長(zhǎng)度可延長(zhǎng)至4 m～4.5 m，重量最大可加至5 t，鉆進(jìn)成孔較為圓整。

該工程采用上述鉆機(jī)和鉆具聯(lián)合使用方式，在上部松散的覆蓋層施工時(shí)，可采用空心管鉆鉆具鉆進(jìn)，遇大塊石回填層換用平底鉆具造孔，并適當(dāng)控制鉆孔進(jìn)尺。成孔工效數(shù)據(jù)表明：風(fēng)化砂及碎石覆蓋層采用空心管鉆工效為8 m/d～12 m/d，平底鉆工效為5 m/d～6 m/d；孤石或中風(fēng)化基巖地層采用空心管鉆工效為0.3 m/d～1m/d，平底鉆工效為1 m/d～1.6 m/d。由此可見，合理選擇鉆機(jī)和鉆具有效的提高了成孔工效，對(duì)成孔具有決定意義。

3.2 成孔關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)上述不利地質(zhì)條件和塌孔原因分析，除選擇適宜的鉆機(jī)和鉆具外，還應(yīng)做到如下方面才能保證順利成孔。

1)控制鉆進(jìn)速度。由于風(fēng)化砂回填區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)松散，鉆進(jìn)過(guò)快會(huì)導(dǎo)致不夠密實(shí)的孔壁垮塌，因此，要嚴(yán)格控制鉆孔進(jìn)尺。在鉆進(jìn)過(guò)程中向孔內(nèi)投放直徑約50 mm碎石和粘土摻合物，利用鉆具錘擊和擠壓而形成較為密實(shí)和穩(wěn)固的孔壁，防止孔壁松散而垮塌。松散回填區(qū)混合料投放次數(shù)以3次/12 h～4次/12 h，2 m3/次為宜。

2)孔口支護(hù)。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，部分樁基孔口部位為風(fēng)化砂和塊石混合堆積，當(dāng)瞬間漏漿時(shí)易發(fā)生孔口坍塌，此時(shí)，需將成孔部分用粘土或碎石料回填，支護(hù)或加固孔口后重新開孔。因此，為防止漏漿時(shí)孔口發(fā)生坍塌，需對(duì)孔口進(jìn)行支護(hù)或加固。該工程采用下設(shè)鋼套筒方式進(jìn)行孔口支護(hù)，首先在孔口風(fēng)化砂和塊石混合堆積區(qū)采用直徑1.2 m空心鉆鉆孔，其次采用直徑1.2 m、壁厚8 mm～10 mm鋼套筒進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后，根據(jù)地質(zhì)條件選用直徑1.0 m的相應(yīng)鉆頭繼續(xù)鉆孔。

3)及時(shí)封堵滲漏通道。由于塊石回填區(qū)孔隙較大，在高水頭泥漿壓力下，極易發(fā)生泥漿瞬間滲漏。因此，在此區(qū)域鉆孔時(shí)，除向孔內(nèi)投放碎石和粘土混合物外，還應(yīng)向孔內(nèi)投放水泥，使水泥與碎石和粘土的混合物凝結(jié)而形成一定強(qiáng)度的粘結(jié)體，對(duì)鉆孔周邊較大的孔隙進(jìn)行回填、固結(jié)，在水泥達(dá)到終凝時(shí)間后方可繼續(xù)鉆孔，以達(dá)到封堵滲漏通道的作用。投放混合料及水泥的次數(shù)以1次/12 h～2次/12 h、混合料3 m3/次～4 m3/次、水泥0.8 t/次～1.3 t/次為宜。該措施“以漏代灌”，具有很好封堵滲漏通道的作用。

3.3 施工技術(shù)效果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，抽取75根樁進(jìn)行低應(yīng)變法檢測(cè)，抽取27根樁進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明受檢樁樁身完整，無(wú)缺陷，均為Ⅰ類樁；抽取3根樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載檢測(cè)，樁長(zhǎng)分別為60.8 m,45.0 m,50.6 m，最大沉降量8.1 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

施工實(shí)踐表明，在三峽大壩上游，受地下水位大變幅影響，在地質(zhì)條件不均勻的人工回填渣土狀況下，進(jìn)行了合理的設(shè)備選型研究，提出了支護(hù)和堵漏的方法，施工過(guò)程中精細(xì)的質(zhì)量控制，解決了施工過(guò)程中塌孔、漏漿等一系列成孔困難等技術(shù)難題，達(dá)到預(yù)期的成孔效果。

[1] 張同波，李翠翠.復(fù)雜地質(zhì)條件下地下工程施工技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2009，38(1)：58-62.

[2] 宋 芃，段軍朝，王曌龍.深水鉆孔灌注樁樁身成孔遇阻處理技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46(7)：73-75.

[3] 趙 偉，吳旭君，王召磊,等.旋挖灌注樁在(深圳)沿海地區(qū)復(fù)雜地層中應(yīng)用實(shí)例[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013(S2):1196-1199.

[4] 羅守權(quán)，劉仁濤.沖擊成孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012，41(sup):21-23．

Studyofthekeytechnologyofboredpileconstructionundercomplicatedgeologicalconditions

ZhaoPengZhouShangZhengLeijuan

(ChinaThreeGorgesCorporation,Yichang443000,China)

In view of the complex geological characteristics of the Three Gorges project, such as uneven particle size distribution, large fluctuation of the bearing stratum and large variation of the reservoir water level, through the analysis of the causes of collapse and the selection of drilling machines and tools, various reasonable and effective control measures, such as controlling drilling speed, orifice support and plugging the leakage passage in time, were adopted, and the expected targets were achieved, which meet the technical requirements of the project.

complex geology, collapse hole, punched bored pile, construction technology

1009-6825(2017)23-0079-03

2017-06-07

趙 鵬(1982- )，男，工程師； 周 尚(1986- )，男，工程師； 鄭雷娟(1980- )，女，工程師

P642

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