沙漠腹地深層樁基施工技術

王盛興，張曉良，王宏剛

（中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 714000）

1 工程概況

1.1 概述

烏瑪公路跨迎閆路分離式立交橋地處騰格里沙漠腹地，氣候條件惡劣，地質條件差。橋位處地質勘察資料顯示，橋梁位置地質情況從上到下分別為細砂（厚38.7m）、粉質黏土（厚1.3m）、強風化泥質砂巖，樁基設計為摩擦樁。細砂層厚度達30m以上，由于砂層無內聚力，其穩定性靠內摩阻力來保持，因此穩定性較差、土質黏結性差，鉆孔過程中極易出現塌孔、擴孔、卡鉆、沉淀速度快，清孔耗時長，成孔風險高，成樁易形成夾砂等現象，與一般地質條件下的泥漿護壁鉆孔灌注樁成孔工藝有很大的不同之處。

1.2 地質情況

根據工程地質調繪成果，該項目A8～A10標段路線依次穿越黃河沖積平原、剝蝕平原、固定沙地、平沙地、流動沙丘、平沙地、山前洪積平原等微地貌平原。

2 工藝原理

通過對橋梁附近風積沙試驗數據分析，細砂層最大干密度為1.666g/cm3，顆粒直徑小于0.075mm含量占20%，這將會造成泥漿中的細砂不可避免地沉淀至孔底，造成沉淀厚度嚴重超標（部分可達6～8m）；因該地層含砂量較大，在鉆進過程中泥漿裹砂較多，在之后的清孔過程中，砂子很難通過沉淀與漿液分離。本標段地質結構層為細砂層，厚度達幾十米。針對沙漠腹地特殊地質構造，采用水夯固結沙層，地表換填黏土形成穩定的平臺，使用ZX-100型泥漿分離器，配合自行加工的鋼制泥漿箱對孔內泥漿進行循環、分離凈化、混合型泥漿壁等方法，以解決沙漠腹地細砂層地質樁基施工中容易出現的塌孔、沉渣清理、泥漿外滲等問題，確保樁基施工質量（見圖1）。

圖1 水沉法固結沙層

3 施工準備

3.1 現場施工人員組織機構

現場施工人員組織如表1所示。

表1 現場施工人員組織

3.2 主要機械設備

主要機械設備配備如表2所示。

表2 機械設備配備一覽表

3.3 鉆孔平臺

采用水沉固結沙層，在樁頂換填不小于2m黏土層，對樁位進行水沉，使其形成足夠的持力層，確保鉆孔平臺四周穩定。利用裝載機、平地機、壓路機等機械進行碾壓，形成穩定的施工平臺，防止鉆孔過程中鉆機失穩發生安全事故，影響工程質量。

3.4 泥漿池系統設置

在樁位旁就近開挖泥漿池。泥漿池尺寸為13m×5m×2.2m，容積為143m3；沉淀池采用10mm厚鋼板焊制而成，尺寸為8m×6m×2.5m，容量120m3。為有效提高泥漿重復使用率，避免資源浪費，防止污染環境，抽出的泥漿通過沉淀池沉淀、淘渣后，可重復使用。

3.5 護筒埋設

護筒材質為10mm厚鋼板，其內徑比樁徑大40cm，長度4m，并插入設計樁頂標高以下50cm，確保樁頭完整，成為護筒樁。在孔底及護筒四周回填并夯實不小于50cm黏土后再下放鋼護筒，以避免護筒底口處滲漏塌方、防止地面水滲入，保證護筒穩固。護筒頂面高出地面不小于0.3m。

4 鉆孔

（1）開鉆后直接投入黏土，用沖擊錘小沖程反復沖擊造漿開孔，使初成孔的孔壁堅實、豎直、圓順，起到導向作用。待鉆進深度超過鉆頭全高加沖程后，進行正常沖擊。在風積沙層沖擊時，采用0.8m沖程沖擊，到達強風化泥質砂巖層時采用0.5m小沖程沖擊。在鉆進過程中，保持孔內水位并低于護筒頂面30cm左右，鉆進過程中控制泥漿比重在1.2～1.4，黏度22～30Pa·s，鉆進過程中，隨時測定泥漿性能并及時調整，掏渣后及時補水。鉆孔過程中，勤撈泥漿池沉渣，運至棄土場堆放。（2）鉆孔施工中，每進尺1～2m時取渣一次，每次取3～4筒，或取至泥漿內含渣量顯著減少，無粗顆粒，相對密度恢復正常為止。取渣后應及時向孔內添加泥漿以維護水頭高度。掏渣時，檢查并保存土層渣樣，記錄土層變化情況，遇地質情況與設計發生差異及時報設計及監理單位，研究處理措施后繼續施工。（3）鉆孔作業應連續進行，因故停鉆時，必須將鉆頭提離孔底5m以上以防止坍孔埋鉆。在取渣后或因其他原因停鉆后再次開鉆，應做好鉆孔記錄，由低沖程逐漸加大到正常沖程以免卡鉆。

5 成孔檢查

鉆孔完成后利用TS-K100超聲波成孔檢測儀與檢孔器檢雙控的方式，檢測孔深、孔徑、孔傾斜度、孔壁狀況、沉渣厚度等。將檢孔器吊入鉆孔內上下兩次，檢查孔是否合格，合格后進行清孔；檢孔器下放前，需上下緩慢活動鉆頭，來回掃射孔壁，并持續注漿循環，確保樁頂范圍孔壁密實、穩定。鋼絲繩無明顯晃動，說明孔形、孔徑、傾斜率滿足要求，然后再進行清孔（見圖2、圖3）。

圖2 成孔檢測

圖3 泥漿分離器濾沙

6 一次清孔

當鉆孔完成后停止鉆進，靜置2～3h，使泥漿中的砂子沉淀至孔底，采用淘渣筒淘渣4～5筒，再配合ZX-100型泥漿分離器循環清孔作業，采用該方法后獲取的相關技術參數如下：（1）直徑1.4m樁基，沖擊鉆孔用時約3d，一次清孔3～6h；直徑1.8m樁基，沖擊鉆孔用時約5d，一次清孔6～10h；鉆進過程泥漿比重為1.2～1.4，清孔后泥漿比重為1.05～1.15，含砂率為0.5～2%。（2）一次清孔盡量將含砂率控制在1%以下，以免懸浮在泥漿內的細砂，在后期下放鋼筋籠過程中迅速沉淀至孔底，造成沉淀厚度超標。（3）鋼筋籠加工與制作、骨架的運輸與鋼筋籠安裝、澆筑水下混凝土與常規工藝基本一致，建議二次清孔泥漿比重控制在1.05～1.15，能取得較好的護壁效果。

7 質量控制要點

（1）在混凝土灌注接近距樁頂約4m（含1m超灌高度）時，需采用水車插入水管，加壓，用水稀釋泥漿或沖散泥塊，以便減少孔口壓力，使混凝土好上翻。（2）混凝土灌注完畢，待混凝土達到初凝狀態，方可拔出護筒。（3）混凝土灌注接近樁頂時，確保導管埋深處于2～6m，上下提升導管應遵循“慢提快放”原則，且上下活動導管不得過于頻繁。（4）清孔過程中嚴格控制泥漿比重、黏度及含砂率等指標，確?？妆诜€定。（5）在確保混凝土具有良好的和易性及流動性等前提下，在砼灌注到距離樁頂4～6m（含超灌高度）時，更換大料斗，導管埋深控制在2～3m，按照封底工藝進行大方量一次灌入至樁頂。（6）提卸導管時應小幅振動，以免帶出混凝土，導致孔壁脫落，使樁身夾泥，形成包砂現象。（7）當鉆孔完成后，停止鉆進，靜置2～3h，使泥漿中的砂子沉淀至孔底，采用淘渣筒配合ZX-100型泥漿分離器，對孔內泥漿進行分離凈化。（8）鉆孔施工中，每進尺1～2m時取渣一次，每次取3～4筒（開孔階段，孔深不足4～5m，不宜淘渣，應盡量使鉆渣擠入孔壁），或取至泥漿內含渣量顯著減少，無粗顆粒，相對密度恢復正常為止。（9）及時排除廢棄泥漿，勤撈沉淀池中的沉渣，不斷補充優質泥漿，以此縮短清孔時間。（10）對鉆頭磨損部分及時進行補焊修復。（11）采用不同直徑鉆頭，分級擴孔，初次小直徑鉆進時，沖塵宜小不宜大，緩慢穿過，以免擾動孔壁，引起塌孔、擴孔、卡鉆等事故。

8 結束語

（1）采用ZX-100型泥漿分離器，配合鋼制泥漿箱對孔內泥漿進行分離凈化，混合型泥漿護壁等方法，成功解決了沙漠腹地細砂層地質樁基施工中容易出現塌孔、沉淀厚度超標、清孔耗時長、砂率不降反升等難題，有效避免了樁孔坍塌的風險，提高了一次成孔成樁的效率；（2）雖然采用該工藝施工的78根樁基歷時150d完成，但與處于相近地質條件下樁基施工質量相比，優勢明顯，成樁質量優良，I樁比例達98.7%；（3）采用漿護壁沖擊鉆鉆孔灌注樁施工工藝，不僅保證了工程施工質量，同時大大提高了一次性成孔成樁的效率，避免了巨大的經濟損失，節省了樁基因返工造成的工期損失，取得了良好的經濟效益。