變質砂巖地質沖擊鉆鉆孔灌注樁過程控制簡析

張成發，唐海峰

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

引 言

玉林至湛江高速公路工程（廣東段）為廣東省高速公路路網中的第 55聯，是新增的一條粵西中心城市向北的出省通道。路線起于廉江市和寮鎮接玉湛高速廣西段，往南經廉江市、遂溪縣、麻章區三個縣區，終點與規劃東雷高速公路銜接。該項目為PPP模式，全線共長107.86 km，一期路線全長99.474 km，為雙向四車道高速公路標準，設計時速120 km/h，路基寬度 26.5 m。本文以K37+500-K58+700里程段為列，線路內共有橋梁17座，涵洞77處，互通區2處，因地質情況，灌注樁大部分采用沖擊鉆進行施工。

1 概 述

工程段內表層為粉質黏土，主要由粉、黏粒組成，土質不均勻，為灰、褐色，分為軟塑、可塑、硬塑，黏性較強。下層為巖層，球狀風化，為中風化，巖性為變質砂巖，特征呈青灰色，變余結構，層狀構造，裂隙較發育，巖芯呈柱狀及碎塊狀，節長10～20 cm，巖質硬，錘擊聲脆，厚9.1 m。

根據地質情況，下層為中風化變質砂巖，強度較高。若采用旋挖鉆進行施工，鉆進過程中鉆頭磨損較大，鉆進困難，且成本較高。綜合地質情況、施工成本及場地條件，優先選擇沖擊鉆進行施工。根據進度計劃合理的配置設備數量，提高施工效率。

2 施工前過程控制

2.1 圖紙會審、現場踏勘

設計圖紙是指導施工的直接依據，應由項目技術負責人牽頭組織對設計圖紙進行詳細的圖紙會審，明確設計意圖，并進行現場踏勘，與圖紙進行比對，形成圖紙會審記錄，發現問題及時與設計業主溝通。

2.2 技術、職業健康安全環保交底

施工前，應由項目技術負責人、及安全總監對項目全體員工進行一級交底及安全教育培訓，強調技術、安全、質量、環保要求。并由施工管理人員、作業班組長逐級進行交底，完善交底機制，形成三級交底，使各級人員做到心中有數。

2.3 沖擊鉆進場準備

施工前應先修筑進場道路及沖擊鉆施工平臺，規劃并開挖泥漿池、沉淀池，做好安全防護。準確的放出樁位，做好標記。并及時進行護樁，保證四個護樁十字中心與樁位重合，避免機械移位破壞樁位。

2.4 泥漿制備

根據本工程地質情況、地下水狀態情況，宜采用膨脹土泥漿。泥漿配合比（重量比）為膨脹土:CMC:純堿:水=100:0.28:3.3:700，施工過程中根據具體情況具體調整，使用CMC增大粘度，使用膨脹土提高泥漿比重。必須重視泥漿的質量，充分發揮其清孔和護壁作用。

3 施工中過程控制

3.1 鉆機就位

準備工作到位后，沖擊鉆方可就位。鉆機底部應保持平穩，保證鉆進過程中鉆機不傾斜、移位。錘頭中心應對準孔位中心，保證孔身垂直度。

3.2 護筒埋設

準確放出樁位后，及時埋設護筒，護筒傾斜度應控制在1 %以下。護筒可將樁位固定，引導鉆孔，隔離地表水進入井孔，防止孔口坍塌。也可使孔內泥漿水位高出施工水位或地下水位，形成靜水壓力，保證孔內穩定，不塌孔。

3.3 鉆進成孔

軟弱土層鉆進。開孔時應進行小沖程密擊，應將沖程調至最小，可加膨脹土夾小片石反復沖擊造壁。若遇到孤石等堅硬地層，應進行間斷沖擊，一般不進行撈渣。

巖層以上鉆進。粘土層相應提高沖程，加入清水，稀釋泥漿，降低泥漿比重。進入砂土層及砂卵石層時，采用中沖程，提高泥漿比重，進行護壁，防止塌孔，宜采用抽筒鉆頭。

巖層鉆進。進入巖層應選用帶刃一字錘頭，提高沖程，每進尺50 cm應清孔取樣一次，留備驗孔。

遇到松散砂層或流沙，應按相應比例加入膨脹土和小片石，將泥漿比重調至 1.5，小沖程沖擊造壁，保證孔壁穩定，并采用十字沖擊錘。在沖孔過程中遇到塌孔、斜面巖、溶洞及漏漿，應立即停止沖擊，根據現場實際情況，選擇相應的措施進行處理，如拋入石塊、粘土或袋裝水泥低錘快擊，密實后，在進行正常沖擊。

終孔。當孔深達到設計要求時，對孔壁進行掃孔，保證孔徑滿足要求。具體成孔要點如表1。

表1 沖擊成孔施工要點

3.4 清孔

清孔是利用循環孔內泥漿，將孔內石屑、孔底沉渣帶出，降低孔內砂率及孔底沉淀厚度。避免沉渣過厚而影響樁的承載力，也可為澆注混凝土創造良好的條件。清孔的質量直接影響樁身完整性檢測結果。為了提高清孔質量，應進行二次清孔。

由于變質砂巖地質成孔過程中形成石屑較多，導致孔內泥漿砂率大，最大可達到8 %，所以第一次清孔非常重要，應將砂率降至4 %以下。

二次清孔應使含砂率低于2 %，泥漿比重降至1.05～1.15，粘度 17～20 Pa·s，沉渣厚度應小于100 mm。

3.5 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠運至現場時，要防止彎曲、變形、扭轉。吊裝鋼筋籠前，應先用檢孔器進行檢孔，檢查孔徑、孔深、垂直度等偏差等是否滿足圖紙及設計要求，超出偏差范圍應重新進行掃孔，直至滿足要求。

吊裝鋼筋籠應對準孔口中心，在骨架頂端和中部設置兩個吊點，確保吊裝平穩、順直，緩慢下沉，避免碰撞孔壁。為防止吊裝鋼筋籠時偏心,保證鋼筋保護層的厚度，每隔2 m設一組圓餅狀混凝土墊塊。吊放完畢后，重新檢查鋼筋籠是否偏心及鋼筋骨架標高，合格后，將鋼筋籠固定。

3.6 混凝土灌注

澆注混凝土前應進行導管水密承壓和接頭絲扣抗拉試驗，管內水壓應大于孔內水深1.3倍的壓力。下導管時應對準孔口中心，避免碰撞鋼筋籠，導管上口固定在鎖扣式固定架上。導管底部距孔底應小于40 cm，待導管安裝完畢，應再次檢查沉渣厚度，合格后方可進行澆注。

水密試驗時，管內水壓不應大于管壁承受的最大壓力Pmax，計算公式如下：

式中：Pmax為管壁能承受最大壓力，kPa；γc為混凝土容重（24 kN/m3），kN/m3；Hcmax為管內混凝土最大高度，導管全長，m；γw為孔內泥漿容重，kN/m3（泥漿容重大于12 kN/m3時不宜灌注水下混凝土）；Hw為孔內泥漿深度，m。

澆注前應對混凝土塌落度進行檢測，應充分考慮當地氣溫、運輸時間等因素導致的坍落度損失。當樁徑D<1.5 m時，塌落度應控制在180～220 mm；當D≥1.5 m時，塌落度應控制在160～200 mm。

澆注前應進行首批混凝土計算，澆注時導管底端應埋入混凝土中1 m以上。應計算導管提升高度并拆卸導管，始終保持導管底端埋入混凝土面以下2～6 m，勤測導管埋深。嚴禁導管提出混凝土面，導致管內進入泥漿造成夾層、斷樁。混凝土澆注應連續進行，一次澆注完成。嚴控最后一次混凝土灌注，超灌60～100 cm，確保浮漿鑿除后樁頂強度滿足設計要求。首批混凝土灌注體積V，計算公式如下：

式中：V為首批混凝土方量，m3；H1為導管底端距孔底距離，取0.3～0.4 m；H2為導管初次埋深，≤1 m，一般取0；d為導管內徑，m；D為孔徑，m；h1為孔內混凝土達到埋深時，管內混凝土平衡孔內泥漿壓力所需高度，m，h1≥ywhw/yc，其中hw為泥漿深度，m，yw為泥漿容重，kN/m3，yc為混凝土容重（24 kN/m3），kN/m3。

混凝土澆注接近尾聲時，管內混凝土高度減小，壓力降低，導致混凝土頂升困難，可加清水稀釋泥漿，減小管外壓力，使澆注順利進行。導管法水下混凝土灌注如圖1。

圖1 導管法水下混凝土灌注流程示意

4 結 語

變質砂巖地質使用沖擊鉆成孔，應嚴格把控每項工序的施工質量。從放樣、護筒埋設、開孔、鋼筋籠吊裝、清孔及混凝土澆注等各個方面嚴格控制。尤其注意該地質施工時可造成孔內泥漿含砂率升高，為了提高清孔質量，應重點控制第一次清孔，降低含砂率和泥漿比重，保證二次清孔滿足設計要求，從而保證了樁基的施工質量。