超厚砂層地質條件下的旋挖擴孔灌注樁施工技術應用

張功英福州海盛房屋征收工程有限公司（350001）

厚砂層一般是指厚度在5 m及以上的砂層或圓礫層，其形成原因主要是地表巖石粒在風化、水力等外界作用下沉積形成的一種復雜且分布廣泛的地質條件。在我國建筑工程實踐中，厚砂層地質條件較為常見。在厚砂層地質條件下，由于砂粒可塑性差、整體性差，對外部擾動反應敏感，砂粒極易出現錯位移動，進而產生較大的變形、移位等問題。尤其是在地下水豐富的地區，在地下水和砂層的作用下，鉆孔灌注樁容易出現樁體失穩、孔壁坍塌等事故，導致工程事故成本提高、施工難度增加，且可能對建筑工程整體施工質量造成不利影響。針對超厚砂層地質條件，有必要采用旋挖擴孔灌注樁施工技術，借助旋挖擴孔灌注樁護臂泥漿用量少、鉆孔迅速等優勢，改進鉆孔灌注樁施工中存在的不足，確保建筑樁基工程順利施工。

1 旋挖擴孔灌注樁施工技術施工工藝

1.1 旋挖擴孔灌注樁施工技術流程

樁位放樣→護壁泥漿配制→護筒埋設→鉆機就位→擴孔→孔底檢查→清孔→下放鋼筋籠→導管安裝→二次清孔→混凝土澆筑。

1.2 樁位放樣

準確的樁位測設是樁基工程施工的基礎。施工單位應組織測量人員按基線控制網和樁位坐標精確測定樁基位置，并做出明顯標記。

1.3 護壁泥漿配制

由于超厚砂層整體性、可塑性較差，孔壁維護能力較弱，護壁泥漿質量直接影響成孔質量，可通過人工造漿的方式改善泥漿質量，達到維護孔壁穩定的目的。泥漿制備時，應當嚴格按照設計配合比拌制泥漿，攪拌時間不得少于10 min。拌制完成后，應在泥漿池中水化分解1 d后方可使用。為防止泥漿池凝結，泥漿水化期間施工單位應使用污水泵進行循環抽送。

1.4 護筒埋設

根據工程設計要求，以厚度為3～10 mm的鋼板制作護筒，護筒內直徑應大于鉆頭直徑200 mm左右。護筒埋設時，平面位置偏差應控制在50 mm以內，傾斜度偏差應控制在1%。護筒埋設時，埋設標高應高于地下水位2 m左右，以保持孔內水頭。此外，護筒埋設深度應滿足孔內泥漿面高度要求，在地下水位較深的情況下，護筒埋設應高出地面0.5 m，護筒底部可置于穩定的土層中，并使用黏土回填、夯實護筒周圍，避免出現護筒底部懸空、樁孔坍塌、漏漿等問題。

1.5 鉆機就位

在鉆機就位時，由于砂層承載力較差，鉆機行走、鉆機過程中容易對成孔造成擾動作用，因此，在鉆進過程中，鉆機應采用增壓低速鉆進方法，以每次鉆進0.4 m速度鉆進施工；在鉆機行走過程中，可采用間隔跳鉆施工方法進行施工。

1.6 擴孔

當鉆機鉆進深度達到設計深度以上約20 cm時，施工人員即可停止鉆孔，并更換擴底鉆頭進行擴孔施工。擴孔前，應先將鉆機提起并緩慢放下，將擴底鉆頭下降至孔底后，施工人員應在主鉆桿上做出相應的深度標記，以便于控制擴孔深度。擴孔施工前，施工人員應將鉆頭提起，使其處于懸吊狀態，然后啟動鉆機與水泵，待孔底沉渣排出孔外后方可進行擴孔施工。擴底鉆進初始施工階段，施工人員應緩慢上下提升鉆桿，擴大擴底范圍，保證擴底施工達到設計深度。當擴底鉆原地轉動順暢、切削無阻力時，即表明達到預期擴孔效果，此時，應及時進行清孔施工，待清孔完畢后緩慢提升鉆頭，鉆頭全部提出孔外后完成擴孔過程。

1.7 孔底檢查

擴孔施工完成后，施工單位應對孔底直徑進行檢查，確認孔底直徑施工滿足設計要求。在具體施工中，由于孔底直徑無法使用直觀方法進行觀察，可采用灌注樁孔徑專業檢測系統進行檢查，并加強儀器校準和檢測結果復核，確保擴孔檢測數據準確無誤。

1.8 清孔

在灌注樁擴孔施工和擴底檢查完成后，施工單位可借助下放測繩綁定重物的方式測量樁孔深度，經多次測量后記錄檢測數據，并結合設計要求進行清孔施工。清孔時，施工單位可借助底部帶活門的鋼撈渣桶進行反復掏渣，以便清除孔底沉渣。在泥漿密度較大的情況下，可借助水泵置換清水的方式，合理控制泥漿密度。為防止清孔后沉渣沉淀在孔底，施工單位應在一次清孔后及時下放鋼筋籠和安裝導管，并對樁孔沉渣進行檢測，根據檢測結果進行二次清孔。

1.9 下放鋼筋籠

將制作好的鋼筋籠吊裝至孔位，并在鋼筋籠每節端頭和內環加強圈位置焊接加固支撐，防止鋼筋籠吊裝過程中出現變形、扭曲等問題。在鋼筋籠下放過程中，為防止鋼筋籠加固支撐碰撞護壁，影響樁孔護壁整體性和阻礙導管安裝，施工單位必須拆除鋼筋籠支撐。鋼筋籠下放應慢速下沉，當第一節鋼筋籠下沉至護筒口位置時，吊裝、連接第二節鋼筋籠，直至所有的鋼筋籠安裝到位。為防止鋼筋籠上浮，施工單位應在鋼筋籠安裝到位后，利用四根加長主筋與護筒頂部焊接。

1.1 0導管安裝

鋼導管直徑為25～30 cm，其選擇主要依據樁徑和混凝土澆筑速度要求。鋼導管安裝前，施工單位應進行拼裝試驗、水密性試驗和承壓能力測試等。根據施工技術規范，導管水密性試驗壓力應大于孔內水深1.3倍壓力，導管承載力至少達到孔底凈水壓力1.5倍。導管型式為法蘭盤加錐形活套，末端導管采用專用的帶楔口鋼管，防止出現導管堵塞現象，影響施工效率。為防止導管沉入孔底沉渣中，導管底部距孔底應預留30～40 cm距離。

1.1 1二次清孔

鋼筋籠與導管到位后，施工單位應對孔底沉渣厚度進行二次檢查，并根據孔底沉渣厚度控制要求，采用氣舉法反循環方法進行二次清孔。借助空氣壓縮機、輸氣風管、導管將孔底沉渣帶出樁孔，送氣量應遵循由小至大的原則，如發現孔底沉渣存在較大渣塊或板結現象，可適當增加送氣量，促進沉渣的排出。

1.1 2混凝土灌注

在鉆孔、擴孔及清孔施工完成后，即可進行混凝土灌注施工，其施工工序按正常灌注樁施工技術操作即可。

2 工程案例應用分析

2.1 工程概況

該建筑位于福建省福州市，經巖土勘察檢測，施工現場以丘陵地貌為主，土層主要為第四系坡積黏性土和風化殘積土層，下層為第三系內陸湖相沉積形成的半固結軟質巖類，自上而下土層依次為：素填土、耕植土、淤泥質土、粉砂土、雜填土、粉質黏土、強風化泥巖、強風化砂巖和強風化泥巖。地下水主要為孔隙裂隙水，主要存在于強風化砂巖孔隙內，經地質勘察，地下水位為81.67～95.39 m。該工程灌注樁數量共計1 696根，其中672根貫穿超厚砂層，約占總體比例40%，穿砂層厚度為10～36 m。分析研究巖土勘察報告和試驗樁施工結果，該工程采用旋挖擴孔施工技術方案。

2.2 施工過程控制

1）泥漿配制。在超厚砂層地質條件下，泥漿質量直接影響成樁效果，而泥漿質量與膨潤土、純堿和纖維素摻合比例存在著顯著的關系。為了明確泥漿配合比，保證泥漿配制一致性，施工單位應對泥漿配制進行試驗研究，綜合考慮經濟性、樁基承載力和泥皮厚度的情況下，確定護壁泥漿膨潤土、純堿和纖維素摻合比例（見表1）。

表1 護壁泥漿配制含量

2）泥漿循環。為滿足泥漿拌制、循環和施工計劃要求，施工單位開挖2個體積為65 m3的泥漿循環池，采用ZX250型泥漿泵進行循環處理，滿足了護壁泥漿拌制和現場施工泥漿的需求。

3）二次清孔泥漿性能指標控制。二次清孔中，當泥漿性能指標達到設計要求后方可停止清孔。該工程中，根據設計要求，二次清孔泥漿性能指標控制主要包括比重、黏度、含砂率和膠體率（見表2）。

在具體操作中，采用專用的取漿器在距孔底50 cm位置取漿，保障泥漿性能指標的準確性。

表2 二次清孔泥漿性能指標控制參數

2.3 應用效果分析

該工程中，通過對旋挖擴孔灌注樁與普通直樁進行靜載試驗對比研究（見表3），擴孔樁極限承載力顯著高于普通樁。靜壓試驗檢測下，通過對比分析樁頂回彈量、回彈率指標，發現擴孔樁回彈率高于普通樁，說明擴孔樁樁身彈性壓縮變形較小。同時對比分析，樁頂殘余沉降量和累計沉降量，表明擴孔施工技術能夠有效改善超厚砂層灌注樁沉降問題，且最大靜壓加載量顯著低于樁體極限承載性能，符合預期效果。

表3 普通樁與擴孔樁靜壓試驗數據分析

3 結論

超厚砂層地質條件下，施工單位應結合地質勘察和水文監測報告，結合施工技術要求，加強施工方案優化設計和施工過程技術管理，滿足樁基工程施工質量控制要求，從而保證建筑工程質量。