復雜地質條件下樁基施工方法及質量控制

折文剛

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 100855）

隨著我國西部城市土木工程設施不斷地建設與發展，樁基目前已廣泛地應用于橋梁、涵洞等工程中，但復雜的地質條件（如巖溶、濕陷性黃土及凍土等）增加了樁基的施工難度[1-3]。如果施工方法不當或施工過程中處理不當，極易造成樁基坍孔、擴孔及縮孔等，進一步導致鉆孔失敗進而產生一定的經濟損失[4-7]。因此，本文針對我國西部城市延安至延川高速公路一期公路工程的復雜地質條件，提出針對性的施工方法與質量控制措施。

1 工程概述

1.1 工程概況

本工程為延安至延川高速公路連接線一期公路工程，位于延安市東北部經濟技術開發區姚店工業園區內。本工程有高峁灣小橋、李渠小橋兩座小橋以及通道一座，均采用鉆孔灌注樁基礎。單根樁長為10 m~18 m 不等，直徑為1 m~1.2 m 不等。

1.2 工程地質

通過地質勘察發現兩處小橋及通道的地質條件較為明顯，其中較為復雜的地質存在粉砂層、圓礫層等不良地質。具體地質條件情況如下：

（1）高峁灣小橋：雜填土，地層厚度3.0 m～9.2m；粉細砂，地層厚度2.4 m～5.3 m；粉細砂，地層厚度5.4 m～6.0 m；卵石，地層厚度7.2 m～8.0 m。

（2）李渠小橋：粉細砂，地層厚度1.1 m～3.5 m；圓礫，地層厚度0.4 m～1.0m；卵石，地層厚度3.5 m～4.0 m；強風化泥質砂巖，地層厚度4.0 m～4.5 m；中風化泥質砂巖，地層厚度10 m～18 m。

（3）通道：雜填土，地層厚1.3 m～3.2 m；粉細砂，地層厚1.0 m～1.8 m；圓礫及卵石。

2 鉆孔灌注樁施工關鍵技術

圖1 沖擊鉆鉆孔布置示意

針對高峁灣小橋、李渠小橋及通道所處的粉砂層、圓礫層等地質條件，采用鉆孔灌注樁施工技術，通過沖擊鉆機進行作業，鉆孔布置如圖1，選用吊車吊放鋼筋籠，混凝土攪拌站拌和混凝土并運輸，導管灌注水下混凝土。

2.1 施工準備

施工前對導線點及永久水準點進行復測，與設計部門的保持一致，并按照實際情況對現場進行加密。根據現有測量資料進行樁位及高程點的放樣，通過測量樁位引出4 個以上護樁，護樁位置宜合理布設，不受鉆孔施工的影響，且采用混凝土澆筑。

2.2 鉆孔樁作業

2.2.1 護筒制作與埋設

根據實地勘測地質情況，采用鋼板材質來制作護筒，厚度為4 mm~6 mm，且筒內徑比設計鉆樁直徑至少大20 cm。布設護筒時垂直方向上傾斜度不得超過1%，且其中心位置應與和樁身中心的偏差值不超過50 mm，護筒埋置深度宜為2 m～4 m，埋置于較硬且密實的土層中，高出0.5 m 以上。

2.2.2 泥漿制備

選擇合適的泥漿性能指標，通過相關試驗來確定泥漿的配合比設計及制備方法，使泥漿性能較好且與鉆孔方法及局部土層相適應，作業過程中隨時對孔內泥漿進行測試，使其滿足施工需要。

2.2.3 鉆孔工作

在鉆機運送指定位置之前，逐項檢查鉆孔和機器設備，施工過程中，孔內的水壓差應一直處于穩定水平，孔中泥漿的指標值符合施工條件，泥漿位置始終比孔高1.0 m～1.5 m，孔中的水位應高出護筒底口50 cm 以上，間歇作業時及時補水，以保證一定的水頭高度。

2.3 鋼筋籠制作與安裝

根據現場情況，鋼筋籠制作場地位于高峁灣小橋南側空地，平整場地。李渠小橋及通道鋼筋籠采用運輸車輛運輸至施工工地。鋼筋籠在制作過程中須保證骨架具有足夠的剛度，且交錯布置主筋的接頭。運輸中采取骨架頂部設置吊環等相應的抗變形措施，同時為確保骨架吊裝時不產生變形、保證足夠的剛度，當為長骨架時，應在其內部焊接三角支撐起加強作用。

2.4 安裝導管

根據鉆樁的直徑及混凝土的澆筑速度來確定導管的直徑，使三者相互適應。作業前應進行導管的試拼，且同步進行相關的水密性等試驗，安裝后的導管軸線偏差應小于鉆孔的5‰且不超過0.1 m，導管長度應依孔深及作業平臺高度而定，安裝后的導管底部距孔底應留有0.3 m～0.4 m 空余。

2.5 二次清孔

澆筑水下混凝土時應提前檢查沉渣厚度，其須滿足相關設計要求。在弱風化及微風化巖層的樁底持力層中，沉渣厚度應小于5 cm，其他地質的土層應小于20 cm，若均未達到設計要求時，應及時進行二次清空。

2.6 混凝土灌注

首批灌注混凝土的數量應滿足使導管第一次埋置深度達1m 以上，灌注的混凝土應具有足夠的能量將樁底下的沉渣沖散。在施工過程中，應隨時對鉆孔內混凝土高度進行檢查，及時對導管的埋深進行調整，嚴格控制孔中混凝土進入鋼筋籠的速度。當混凝土高出鋼筋骨架底部4 m 時應快速提升導管，當導管底超出鋼筋骨架底2 m 以上時，可適當加快混凝土的澆筑速度。導管拔出時需要具體結合混凝土的灌注時間及混凝土本身的凝固時間。

2.7 渣土處理

利用泥漿進行鉆孔作業時通常會產生一定量的廢漿及殘渣。結合本工程粉砂層、圓礫層地質條件，采用重力沉淀的方式對泥漿進行處理，依靠泥漿泵進行泥漿循環，作業過程中，及時清理沉淀池殘渣，并將沉碴運至蒸發池中，待其脫水固化后運至棄土場。對于廢棄的泥漿水，對其進行沉淀達到泥水分離，對于含水量較大的濃稠狀廢漿，與當地有關部門進行協商，將其運送存放到指定地點。

3 施工質量控制及風險防范措施

3.1 施工質量控制

針對高峁灣小橋、李渠小橋及通道所處的粉砂層、圓礫層等地質條件，采用鉆孔灌注樁施工技術時，樁基施工質量的好壞與施工規范、施工控制及施工材料等因素密切相關，因此在樁基施工過程中應嚴格做到以下幾點要求：

（1）嚴格把控護筒的埋置深度及護筒頂部標高，避免封填不密漏水情況。

（2）鉆前確保鉆架放置平穩，鉆頭、護筒與孔位三者的中心偏差應滿足相關要求。

（3）保證足夠的水頭高度，以防塌孔。

（4）水下混凝土的坍落度宜控制在18 cm 至22 cm 之間。為保證導管埋入深度不低于l m，首批灌注砼數量須計算得出。

（5）導管底端高于鋼筋籠的底端。

3.2 風險防范措施

3.2.1 坍孔

坍孔是最常見的鉆孔作業事故，表現為孔內水位突然下降、鉆機負荷增加等，主要的預防及處理措施：當在松散粉砂土中施工時，需控制進尺速度，采用較大相對密度、粘度、膠體率較大的高質量泥漿；當孔口坍塌時應立即拆除護筒并回填，待重新埋設護筒后再作業；若孔內坍塌，在坍塌位置處回填砂和粘質土等混合物至坍孔以上1 m～2 m；清孔需保證孔內足夠的水頭高度；吊入鋼筋骨架時須嚴防觸及孔壁。

3.2.2 擴孔和縮孔

在土質松散地層處或鉆錐擺動過大時，容易于出現擴孔。若孔內局部發生坍塌導致擴孔，且鉆孔深度能達到設計要求可不處理，此時需增加混凝土的灌注量，若擴孔影響持續增長，則需引起注意。在土質松散地層作業時可能發生縮孔。施工時為避免縮孔，應及時維修或更換磨損有磨損的鉆頭、使用失水率較小的泥漿護壁或使鉆錐上下左右多次掃孔，擴大孔徑。

3.2.3 首批混凝土封底失敗

避免此類情況發生，應做到以下要求：施工前準確測量并復核導管及孔深長度；依據導管直徑及孔徑精準計算首批混凝土數量；嚴把混凝土質量關；確保導管足夠的密封性。導管底部距離孔底太高或太低、首批混凝土數量不足、品質較差等導致首批混凝土封底失敗。

3.2.4 混凝土堵管及鋼筋籠上浮

導管底端被沉積物堵塞或混凝土離析使粗集料過于集中而卡塞導管等造成混凝土導管堵塞。為避免堵塞導管，當孔內沉淀較厚時，應及時進行二次清空，且嚴格控制混凝土的和易性，確保導管不漏水。同時，為避免鋼筋籠上浮，在混凝土底面靠近鋼筋骨架時應及時放慢混凝土的澆筑速度，并保持較大距離，混凝土表面進入鋼筋籠后應保持導管底端與鋼筋籠底端一定的距離。

4 結語

樁基施工質量的優劣對整個路橋工程發揮著巨大的作用，施工前應實地勘測當地工程地質，依據地質的特點選擇正確的施工方法，施工過程中嚴把質量關，并做好工程風險的防范與應急措施。本文針對延安至延川高速公路一期工程中高峁灣小橋、李渠小橋及通道所處的粉砂層、圓礫層等復雜地質條件特點，采取了鉆孔灌注樁施工方法，并提出了相應的樁基施工質量控制手段及風險防范措施，使樁基施工過程中事故率大大降低，工程質量得到明顯的提升，對今后類似工程的鉆孔灌注樁技術提供了一些工程經驗與有力的技術支撐。