水泥混合泥漿護壁法解決塊石填土層灌注樁施工成孔難題

胡雄飛 姜銳 梅弢

摘 要：本文以汕頭某挖入式港池碼頭工程灌注樁施工過程中，沖擊鉆孔時遇到10m厚塊石層，由于塊石空隙太大無法形成泥漿護壁，難以成孔的問題，通過多方案比較和嘗試，最后采用水泥混合泥漿護壁、分層固結法有效解決這一問題。

關鍵詞：塊石層填土；灌注樁；水泥混合泥漿護壁；分層固結；成孔

中圖分類號：U655 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）9-0060-02

灌注樁施工技術已經非常成熟，但在施工過程中，由于地質復雜多變，以及場地條件限制，經常采取非常規施工工藝。如遇到較厚塊石填層時，因塊石直徑較大，分布無序，間隙大，無法形成泥漿護壁，容易造成漏漿、塌孔，甚至造成安全、質量事故，下面結合工程實例，探討解決這一問題的技術方法。

1工程概況

本工程位于汕頭市礐（que）石塔頭的北側，為挖入式港池，港池總尺寸為260×80m，碼頭總長度700m。

碼頭采用鉆孔灌注樁梁板結構。

碼頭樁基采用Ф1000灌注樁，持力層為基巖，樁長平均45m， 共計336條。

本工程為挖入式港池，港池內碼頭采用陸上施工灌注樁及碼頭上部結構，再開挖港池的施工順序。

2灌注樁施工方案

結合現場地質情況，灌注樁施工采用沖擊鉆孔、泥漿護壁的施工方法，施工工藝如下：

平整場地→泥漿制備→埋設護筒→鋪設工作平臺→安裝樁機并定位→鉆進成孔→清孔并檢查成孔質量→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→檢查驗收。

港池位置為原碼頭后方回填區域，表層土體下有回填的塊石且厚度較大，塊石層厚度約10m。在該位置進行灌注樁施工時，沖孔鉆頭穿過表層土體，泥漿便順著塊石的空隙流走、無法回流，導致鉆渣堆積在孔底，無法繼續成孔。為解決灌注樁沖孔施工在塊石層成孔的問題，施工中考慮并嘗試了多種施工方案：

2.1換填法

挖除空隙較大、無法成孔的土層結構，重新換填成孔性能較好的黏土，再進行灌注樁施工。

但實際施工過程中存在以下3個問題，該方案未被采用。

（1）施工場地狹小，寬度不足20m，在保證施工安全的情況下，能夠開挖、換填的深度有限；

（2）施工位置水位較高，塊石層在水下，受海水沖刷，換填效果不理想；

（3）塊石層厚度過大，不能完全換填，無法達到改善土體成孔性能的目的。

2.2增大泥漿稠度法

在成孔過程中，泥漿具有懸浮鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內外滲流，防止塌孔的作用，是施工正常成孔的關鍵。

泥漿稠度的控制在灌注樁成孔過程中起著非常重要的作用，要根據底層變化或操作要求機動掌握。泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差；泥漿太稠會削弱鉆頭沖擊功能，降低沖孔速度。泥漿密度控制在1.15～1.25t/m3，粘度控制在20～30s之間較為合理。

前期灌注樁沖孔施工中曾遇到過厚度較大的砂層，也存在因泥漿流失導致無法成孔的情況。后來通過增大泥漿的稠度，增強泥漿的護壁效果，完成灌注樁成孔。當灌注樁鉆孔遇到較厚塊石層的時候，首先采用的處理方式就是增加泥漿的稠度。

施工時在現有鉆孔的基礎上回填黏土，重新進行灌注樁鉆孔施工。再次進入塊石層時沒有馬上因為泥漿流失而停止成孔，而是沖孔一小段距離后才因泥漿流失而停止成孔。經分析認為，增加泥漿稠度的方法是有效的，但是泥漿在塊石層中形成護壁的能力有限，無法形成一定高度的護壁，泥漿形成的護壁能力需要進一步增強。

2.3水泥混合泥漿護壁法

為了進一步增強泥漿護壁的能力，在增加泥漿粘度仍然不能滿足成孔要求的情況下，在泥漿中添加水泥，利用水泥的固結特性進一步增加泥漿形成護壁的能力，以確保泥漿除渣功能得以實現。

施工過程中，等樁機沖孔穿過表層土體進入塊石層時，向泥漿中添加袋裝水泥，形成水泥混合泥漿。混合泥漿形成泥漿護壁的能力進一步增加，進入塊石層后未出現因泥漿流失而無法鉆孔的情況。

2.4分層固結護壁法

當樁機沖孔至塊石層5m左右深度的時候，再次出現泥漿流失無法繼續沖孔的情況。經分析，摻有水泥的混合泥漿形成護壁的能力增強，可在塊石層中維持5m左右的高度，隨著沖孔深度增大，超過泥漿護壁能維持的高度后邊會失去護壁的作用，從而再次使泥漿從塊石的縫隙中流失而無法沖孔。

泥漿中摻有水泥，混合泥漿有一定的凝結能力，經過初凝后可形成有一定強度的護壁結構。結合施工現場樁機鉆孔取得的成果，總結摻有水泥的混合泥漿護壁可以維持的高度，采用分層固結護壁的方式進行鉆孔。

施工時按水泥混合泥漿護壁法進行施工，沖孔至塊石層時添加袋裝水泥增強泥漿形成護壁的能力。待樁機沖孔至塊石層厚5m時，停止鉆孔施工，讓已形成的混合泥漿護壁初凝固結。護壁固結具有一定強度后，再繼續按泥漿水泥護壁法進行施工。反復幾次，直至樁機穿透塊石層。

水泥混合泥漿護壁固結后，摻有水泥混合泥漿護壁的高度可以重新計量，樁機可以繼續向下沖孔，直至達到下一個臨界高度。通過混合泥漿分層固結，將10m厚的塊石層分成多個區段進行鉆孔施工，每一區段的高度都在混合泥漿護壁極限高度內（控制在5m高度內），分層使難度較大的厚塊石層沖孔施工得以實現。

2.5沖孔鉆頭的選擇

隨著塊石層深度的增加，鉆頭沖擊力逐漸下降，鉆孔施工進度緩慢。

經分析，現有樁機鉆頭為花瓣形，前端粗大，鉆頭上的齒片圓滑，適合一般地質條件鉆孔施工，并不適合穿透塊石層。為了提高施工效率，施工及時調整樁機鉆頭，新鉆頭整體細長，前端收口，并附有尖銳的齒牙，穿透塊石層效果較好。經實地施工實踐，更換鉆頭后樁機沖孔效率有所提高，基本滿足進度要求。

3結語

本工程經過工程驗收及近三年的使用，灌注樁未出現任何問題，說明施工當時采取的措施是合理的。

水泥混合泥漿護壁法利用水泥的固結特性增加泥漿形成護壁的能力，解決塊石填土層灌注樁施工成孔難問題是有效的；分層固結護壁法可以解決大厚度塊石填土層成孔問題。

另外，選擇合理的沖擊鉆頭可以加快塊石填土層灌注樁的成孔速度、提高效率、減少工程費用。

參考文獻：

[1]港口工程樁基規范（JTS 167-4-2012）.