砂性土中鉆孔灌注樁施工質量控制要點

孫靜+李亞東

摘 要：鉆孔灌注樁是目前國內公路橋梁和房屋建筑等土木工程中應用最為廣泛的樁基基礎類型之一。鉆孔灌注樁不僅可有效解決抗震、承載等問題，還具備施工噪音小、擠土效應低等環境保護問題。隨著高層建筑的發展，建筑基礎和樁基深度顯著增加。灌注樁在進入砂性土層時，其成孔和成樁質量以及承載力都將受到砂的影響。本文則通過工程實踐所得，對砂性土中鉆孔灌注樁的施工難點進行了分析，著重指出了泥漿系統在保證成孔和成樁質量中的重要性，概要總結了相對應的控制措施，可為今后類似樁基基礎的施工和驗收提供借鑒。

關鍵詞：鉆孔灌注樁；砂性土層；泥漿系統

Sandy soil in bored pile construction quality control points

Sun Jing， Li Ya-dong

（ Shanghai branch of Engineering Consulting Company Limited， Shanghai 20000 China ）

Abstract： bored pile is the current domestic highway bridge and building construction and civil engineering of the most widely used type of pile foundation. Bored pile not only can effectively solve the problems such as earthquake， bearing， but also have low construction noise， low soil squeezing effect environmental protection problem. With the development of high-rise buildings， the building foundation and pile depth increased significantly. Bored pile in sandy soil， the hole and into a pile quality and capacity will be influenced by the effect of the sand. In this paper， through the engineering practice income， on sandy soil in the construction of bored pile difficulty undertook an analysis， pointed out emphatically the mud system to ensure the quality of pile hole and into the importance are summarized， the corresponding control measures， for similar pile foundation construction and acceptance to provide reference.

Keywords： bored pile， sandy soil， mud system

引言

灌注樁是指通過機械鉆孔、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、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等多種。其中，鉆孔灌注樁因其工藝特點，可不受樁徑和樁深的限制，適用于粘性土、粉土、砂土、填土、碎石類，以及地質條件比較復雜、夾層多和風化不均、軟硬變化較大的巖層，故廣泛應用于高層、超高層的建筑物和重型構筑物中。但由于地下施工的不可預計因素，加之鉆孔灌注樁的工序繁多，造成其質量離散性相對較大，容易出現塌孔、縮孔、孔斜、沉渣過大以及斷樁、夾泥等等質量問題，而這些問題之間往往存有很大的關聯性和系統性，成孔質量為首要關鍵。

數十年來，圍繞鉆孔灌注樁施工工藝改進和質量防范措施的研究較多，但對于超深鉆孔灌注樁方面尚無針對性的實踐經驗成果，尤其在樁身進入砂性土層時的施工方面沒有現行的規范和經驗可依。作者通過在某超高層建筑樁基工程中的親身實踐，以及與各位同仁的研究認識到，采用泥漿護壁法成孔的超深鉆孔灌注樁（工藝流程如圖1所示），泥漿性能的好壞對于鉆進成孔、清孔以及鋼筋籠下放等工序環節上均起著重要的影響作用。無論對于成孔質量還是最終對樁的承載能力的發揮，泥漿質量都是重要因素。

本文即以該超高層建筑的樁基工程實踐為案例，通過改進泥漿循環系統、設置除砂設備和人工造漿等措施來調整控制泥漿比重、粘度指標，從而有效保證了超深鉆孔灌注樁的一次成孔合格率和成樁質量。該控制措施和工藝方法可對類似鉆孔灌注樁乃至地下連續墻施工提供實踐經驗。

1.施工工藝與風險

1.1工程概況

該超高層建筑位于市區繁華區域，為超高層摩天大樓。主樓高度達600多米，地上121層，地下5層，基礎埋深為30余米多。為降低對周邊環境的影響，工程樁基形式選用了造價較高但施工噪音小、擠土效應低的鉆孔灌注樁，在民用超高層建筑中屬首次應用。主樓樁基直徑1米，分為A、B兩種樁型，成孔深度分別達86米和82米，單樁承載力特征值均為10000KN。

根據巖土勘察報告顯示，工程場地地基土在150m深度范圍內的土層主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成，自第⑦層起進入砂性土層，其中第⑧層粉質粘土層缺失，第⑦層和第⑨層為承壓含水層，相為連通。

1.2 施工工藝

經工程前期樁型試驗，主樓鉆孔灌注樁采用了泵吸反循環施工工藝，即在上部粘土層（25米深度）采用正循環，而下部砂土層進行泵吸反循環成孔。一清和二清均采用泵吸反循環的清孔方式。為了保證在砂層中鉆進的穩定性和樁孔垂直度，樁基施工機械為GPS-20型鉆機，具有底盤穩、鉆桿剛度大和鉆頭切削能力強等特點。等泥漿系統設計方面，除按地方鉆孔灌注樁施工規程中要求的設置循環池、廢漿池等以外，特在施工現場安裝ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機），并采用專用膨潤土和外加劑進行人工配制新漿，來適時調整和保證循環漿的性能。該工程主樓鉆孔灌注樁施工泥漿系統如圖3所示。endprint

1.3 質量風險

該工程主樓鉆孔灌注樁成孔深度達80余米，樁徑1米，在民用建筑工程中實屬罕見，施工存在極大的難度，質量風險也較多。主要如下：

（1）鉆進困難。主樓鉆孔灌注樁樁端進入⑨2層最多近10米，樁身在⑦層、⑨層兩個砂性土層中的總長度約60米，如此長的砂層鉆進深度給施工帶了很大的難度。不僅單樁成孔時間增加，樁孔垂直度（該工程要求為1/150～1/300）的控制也較為困難。 圖2地層與樁深示意圖

（2）清孔難。由于在砂層中鉆進成孔，成孔循環泥漿的含砂量非常大，極易影響和破壞循環泥漿的粘度，泥漿握裹力下降，細砂沉積，導致清孔非常難。而孔底沉渣控制是保證樁基承載力和沉降的重要指標，故成為該工程施工質量的一大風險。同時，含砂量大，泥漿比重增加，其失水率也增加，泥皮則增厚，大大降低樁的側摩阻力。

（3）易縮徑或坍孔。鉆孔灌注樁鉆進成孔時，若泥漿形成不了護壁泥膜或形成的泥皮粘附力差，易于脫落，孔壁的穩定性差，則易產生塌孔或縮頸。而一旦縮徑或坍孔，都須進行重新掃孔和清孔，輕則影響施工進度，重則影響到工程質量。對于該工程來說，較長深度含砂層的鉆進，給孔壁穩定性帶來很大的風險。

2.控制措施與標準

針對該超深樁基工程的特點及其風險，結合該地區以往鉆孔灌注樁施工的經驗和常見質量問題，參建各方認為，把成孔質量一次合格作為成樁質量控制的首要，而泥漿系統的穩定性則是保證成孔質量的關鍵，故在泥漿系統設置和泥漿性能保證方面采取了一系列措施。主要體現在以下四個方面：

2.1 人工造漿

為了使泥漿能有效的起到護壁作用，開孔時使用人造新漿，選用優質納基膨潤土拌制并靜置24小時后使用（新漿配合比如表1所示）。經長時間循環使用，雖經除砂處理，但泥漿性能遭到一定破壞，如泥漿粘度指標降低，需適當摻加新漿進行調整；再如粘度指標升高，可加入分散劑，經處理后仍達不到標準的必須廢棄。同時，必須根據不同的土層，合理調整泥漿的配合比。

2.2除砂處理

為了降低泥漿中的含砂量，保證泥漿的比重和粘度，該工程特選用ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機）對循環泥漿進行除砂（如圖4所示）。除砂機除砂顆粒等級0.075mm，處理能力達250m3/h。該工程主樓鉆孔灌注樁每孔含砂約70m3，平均每孔除砂約30方以上，除砂率達45%，除砂后的泥漿含砂率降至3%以下。

2.3 性能檢測

在該工程試成孔階段，特進行了泥漿試驗，主要對新漿的配合比進行設計，同時在成孔過程中、清孔完成時對出口泥漿和除砂前后的泥漿性能進行測試，測試包括泥漿比重、粘度、含砂率。通過試成孔和成孔質量檢測結果，并經各方面專家評審，將該工程鉆孔灌注樁循環和清孔泥漿的性能指標確定如表2所示：

施工過程中，施工單位和監理單位嚴格按照工藝和驗收標準進行控制，對出江部位以及循環池的泥漿比重和粘度實施檢測，發現不符合指標要求的及時加入新漿調配，并定期處理廢漿，保證泥漿循環系統的正常運作。

2.4 沉渣控制

鉆孔灌注樁在鉆進成孔、清孔以及混凝土澆筑前，砂均包裹和懸浮于在泥漿中。當泥漿粘度降低，尤其在泥漿靜置時，沉積更快。經理論分析，砂在泥漿中的沉積是一個動態的過程，與時間和環境狀態有關。現場實測顯示，在泥漿靜置狀態下，未經循環除砂過濾，一小時后的孔底沉渣為50cm，兩小時后可達到1.5m。因此，為了減少沉積，應同時保證泥漿的性能和正常進出循環。現場做好每一道工序的組織和搭接，開孔后保持正常連續施工，尤其在在一清和二清之后，盡快進入和完成下一道工序，切忌發生較長時間的停頓。否則，必須進行重新清孔，將沉渣清除出孔底。

2.5 樁端注漿

為了進一步保證單樁承載力，控制沉降，該工程主樓樁實行樁端后注漿施工，即在成樁兩天且超聲波檢測后（注漿管與檢測管共用）進行壓降施工。設計注漿量為4T水泥/根樁，注漿水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.55～0.6。樁端注漿終止標準采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，終止注漿條件為：注漿量達到設計要求，或者壓力大于3MPa并持荷2分鐘且注漿量達到設計要求的80%。

3.成效分析與對比

通過制定針對性的預控措施，我們對該超高層建筑鉆孔灌注樁的施工風險有了較好的防范。施工過程中，參建各方切實加強了對泥漿系統的管理和實測監控。經過程工序驗收以及最終樁基質量驗收表明，泥漿系統的穩定性和泥漿質量可有效保證鉆孔灌注樁的成孔質量，主要體現在幾下方面：

3.1 一次成孔合格率

該工程主樓鉆孔灌注樁為955根，成孔質量檢測比例100%，檢測項目包括有孔徑、孔深、垂直度以及沉渣厚度。經第三方檢測，一次成孔合格率達到75%，此抽測比例和一次合格率在類似鉆孔灌注樁施工中均屬較高。

3.2 樁孔垂直度

該工程主樓鉆孔灌注樁成孔垂直度要求為1/150～1/300，較規范規定的1/100相比要求較高。通過樁機選型、鉆速控制，較好的達到了預期效果。特別是在一次成孔合格的前提下，減少掃孔和擴孔來達到垂直度要求的現象，措施和成效顯著。如圖5所示。

3.3孔徑和砼充盈系數

通過成孔質量檢測和實際澆筑砼充盈系數計算，主樓鉆孔灌注樁孔徑偏差符合設計和規范要求的0～+50mm，大都分布在1050～1050mm范圍內。砼充盈系數平均為1.12，均控制在1.25以內。

3.4 單樁承載力

經由第三方檢測單位，對主樓11根試樁進行抗壓靜載測試，均達到設計要求的26000KN，樁頂沉降量最大值為49.12mm，平均41.27mm。卸載回彈后，樁頂最終沉降量最大值和平均值分別為17.57mm和14.73mm，回彈率最大者達75.3%。樁端累計沉降最大為1.53mm，平均約0.47mm。

4.結語

通過該超高層建筑主樓樁基工程的實踐，我們認識到，對于進入砂性土層中的鉆孔灌注樁施工，泥漿質量受到砂的影響，成孔及成樁質量存在極大的風險。而泥漿系統的穩定性和性能好壞是決定樁基質量的關鍵性因素，應加強對泥漿系統的檢查與控制，包括泥漿池容量和分倉設計、新漿配制以及廢漿排放的及時性等等。成孔過程和清孔驗收時，須做好泥漿性能檢測，控制泥漿比重和粘度，增強其對砂顆粒的握裹力。同時，由于超大直徑和超深鉆孔灌注樁的成孔時間較長，現場還應組織好工序搭接，避免停鉆等待事件，從而減少泥漿中砂的沉積時間。除砂處理在保證泥漿性能方面發揮著重要作用，可以及時過濾掉循環漿中砂顆粒，有效改善了泥漿比重和粘度。樁端后注漿則大大降低了孔底沉渣過厚導致承載力下降的風險，控制了樁端和樁頂沉降。同時，由于翻漿效應有效改善了樁側土體質量，一定程度上提高了樁側摩阻力，提高了樁承載力。

本文對砂性土層鉆孔灌注樁施工所做的分析和總結，強調了泥漿系統對于在砂性土中鉆孔灌注樁施工的重要性，其中的質量控制措施和方法，可為其他類似工程施工提供借鑒和參考。在工程施工和論文編寫的過程中，得到了項目建設單位在開展科研創新方面的大力支持，施工單位和檢測單位給予了配合與幫助，而整個項目監理團隊辛勤工作，協作創新，取得了豐富的數據和經驗成果，以此表示衷心的敬意和感謝。endprint