水下旋挖鉆孔灌注樁化學泥漿粉造漿護壁施工技術(shù)

申 毅

(中國鐵建股份有限公司，北京 100855)

1 工程概況

和泓四季一期工程位于重慶市九龍坡區(qū)華巖新城片區(qū)，總建筑面積263 015.77m2。包括19棟花園洋房、6棟高層住宅、1棟售樓處、1棟幼兒園及3個地下車庫，其中花園洋房96 559.6m2，高層住宅112 396.6m2，車庫50 000m2?；▓@洋房地下1層，地上共7(6+1)層，坡屋面，結(jié)構(gòu)最高處23.100m，薄壁異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式主要為鉆孔灌注樁。

根據(jù)勘察報告，主樓場地地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，下部基巖為第三系新余群地層。按其巖性及工程特性，自上而下依次劃分為：③粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤細砂、⑥粗砂、⑦礫砂、⑧1強風化粉砂質(zhì)泥巖、⑧2中風化粉砂質(zhì)泥巖、⑧3微風化粉砂質(zhì)泥巖。因鉆孔需要穿過厚黏土和砂層，所以鉆孔樁需要護壁確保在鉆孔過程中不塌孔。

樁基直徑800～1 000mm,孔深20～30m,共完成1 815根樁，采用化學泥漿造漿護壁、雙底掏渣鉆清孔、反循環(huán)清孔施工工藝，保證了施工進度和質(zhì)量，經(jīng)檢測表明，I類樁98%、II類樁2%，合格率100%。

2 技術(shù)原理

2.1 化學泥漿粉造漿護壁原理

在護壁過程中通過液體壓力差的作用，泥漿中的自由水通過孔壁裂隙向地層中滲透，將漿液和砂粒黏為一體，來平衡孔壁外側(cè)壓力?；瘜W泥漿漿液能把砂粒黏為一體并且向外側(cè)滲透10～15cm。

2.2 絮凝原理

因化學泥漿是以改性的高分子聚合物為基料，化學泥漿粉添加量為水質(zhì)量的萬分之五，當高分子濃度很低時，高分子的鏈可以同時吸附在幾個膠體粒子上，通過“架橋”的方式將幾個膠粒連在一起，由于高分子鏈的旋轉(zhuǎn)和振動，將膠體粒子聚集在一起而產(chǎn)生沉降，所以化學泥漿可讓鉆屑迅速沉淀。

3 技術(shù)特點

應(yīng)用化學泥漿粉造漿可讓鉆屑迅速沉淀的特點，采用雙底撈砂鉆掏渣，再結(jié)合泵吸反循環(huán)清孔施工工藝，清孔速度快，能使孔底沉渣得到有效控制，技術(shù)特點如下。

1)化學泥漿粉造漿便捷快速，可在10s內(nèi)充分溶解，順著噴射的水流沖入孔內(nèi)，形成良好的護壁漿液。

2)化學泥漿粉用量小，100m3的水池加入50kg左右即可形成良好的泥漿液，成本較低。

3)漿液含砂率低，可自行清潔, 與混凝土自行分離, 延長鉆頭壽命, 提高混凝土的澆筑質(zhì)量。

4)化學泥漿的造漿廢漿少，可循環(huán)使用，無毒、易于降解，可直接拋棄而不會造成環(huán)境污染。

5)浮漿少，可減少混凝土超灌高度，節(jié)約混凝土用量。

6)泥漿池不會有大量沉渣出現(xiàn)，無需清理泥漿池。

4 施工工藝

4.1 材料與設(shè)備

1)材料 化學泥漿粉、純堿、鋼筋、焊條、混凝土、柴油、潤滑油、液壓油、鋼絲繩等。

2)設(shè)備 SR280R旋挖鉆機、鉆頭、起重機、電焊機、泥漿泵(排污)、砂石泵(清孔)、壓漿泵、混凝土輸送泵、鏟車(泥渣外運)、運漿車(泥漿外運)、導管、擴筒等。

4.2 旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程

施工工藝流程：施工準備→鉆機就位→泥漿護壁→鉆進成孔→吊放鋼筋籠→導管安裝→反循環(huán)清孔。

4.3 施工準備

1)場地進行平整壓實，清除雜物、換除軟土，保證旋挖鉆機行走暢通。

2)根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置泥漿池(不設(shè)沉淀池)，尺寸為長×寬×深=8m×4m×3m，保證有足夠水源進行反循環(huán)泵吸泥漿回流到孔內(nèi)。

3)樁位中心確定，護筒埋設(shè)。

4)人員、鉆機、汽車式起重機及撈渣鉆相應(yīng)機具全部進場，機具資料齊全、合格。

5)確定鉆機開行路線，根據(jù)比例尺在施工圖標明樁位、編號、施工順序，以便管理。

4.4 鉆機就位

1)鉆機就位前應(yīng)對鉆機各項準備工作進行檢查，鉆機安裝后底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)。

2)旋挖鉆機調(diào)整平整，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數(shù)據(jù)即可鎖定，勿需再作調(diào)整。

4.5 泥漿護壁

1)化學泥漿粉比例按0.01%～0.1%配制，直接在噴灑的清水中沖入孔中，迅速溶解，形成較好黏度的漿液，也可順噴灑的清水加入泥漿池內(nèi)，用泥漿循環(huán)泵抽出和泵入進行循環(huán)，然后注入孔中，如圖1所示。根據(jù)地質(zhì)條件及實際情況確定配合比，如表1所示。

圖1 化學泥漿護壁

表1 各地層化學泥漿粉摻量

2)根據(jù)地質(zhì)與水質(zhì)等因素適量添加純堿調(diào)整pH值并增加黏度，建議pH值在8～10(先在小桶里進行試驗確定添加純堿的含量)。

3)漿液面始終不能低于地面1m，更不能采取半孔漿成孔，因半孔漿成孔壓強降低，護壁能力就降低；同時灌注混凝土時，沒經(jīng)過漿液浸泡的地層極有可能塌方。

4)不能與膨潤土泥漿混用，因為二者的機理不一樣，膨潤土泥漿可以懸浮鉆屑，而化學泥漿讓鉆屑迅速沉淀。

4.6 鉆進成孔

1)當鉆機就位準確，泥漿制備合格后即開始鉆進，鉆進時每回次進尺控制在600mm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩(wěn)，提斗要慢，特別是在孔口5～8m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監(jiān)控垂直度，如有偏差及時糾正。

2)在鉆進過程中鉆機不能產(chǎn)生位移或沉陷，否則應(yīng)及時處理，在鉆孔排渣、提鉆除土或因故停鉆時，應(yīng)保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿相對密度和黏度。處理孔內(nèi)事故或因故停鉆時，必須將鉆頭提出孔外。

3)旋挖鉆機一般先采用筒式鉆頭，施工時在孔內(nèi)將鉆頭下降到預定深度后，轉(zhuǎn)鉆頭并加壓，旋起的土擠入鉆筒內(nèi)，泥土擠滿鉆筒后,反轉(zhuǎn)鉆頭，鉆頭底部封閉并提出孔外，然后自動開啟鉆頭底部開關(guān)，倒出棄土成孔，在鉆進過程中將鉆頭提出鉆孔外后，向孔內(nèi)注泥漿液。

4)最后成孔的1～2鉆要靜置20min左右再成孔，因為化學泥漿讓鉆屑迅速沉淀，然后采用雙底撈砂鉆掏渣清孔。

5)鉆進至設(shè)計孔深后，采用雙底撈砂鉆斗在原處機械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)，對孔底泥渣進行清理。

4.7 鋼筋籠吊裝

1)樁基鋼筋籠制作按圖紙要求施工完成，驗收合格。

2)樁基鋼筋籠采用汽車式起重機進行兩點起吊，第1點設(shè)在骨架的下部，第2點設(shè)在骨架長度的中點到上三分點之間。對于長骨架，起吊前應(yīng)在骨架內(nèi)部加強剛度。起吊時，先提第1點，使骨架稍提起，再與第2點同時起吊；待骨架離地面后，第1點停吊，繼續(xù)提升第2點。隨著第2點不斷上升，慢慢放松第1吊點，直到骨架與地面垂直，停止起吊，如圖2所示。解除第1吊點，檢查骨架是否順直，如有彎曲應(yīng)整直。

圖2 鋼筋籠吊裝示意

3)吊入鋼筋籠時對準孔位輕放、慢放。若遇阻礙，隨起隨落和正反旋轉(zhuǎn)使之下放。不高起猛落、強行下放，以防碰壞孔壁而引起塌孔。

4)下放過程中，時刻注意觀察孔內(nèi)水位情況，如發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，馬上停放，檢查是否坍孔。

4.8 導管安裝

導管采用5mm厚無縫鋼管制作，導管接頭處橡膠墊密閉進行絲口連接，導管內(nèi)徑300mm；導管節(jié)長3.0～2.0m，漏斗下配節(jié)長1.0，0.5m導管。導管使用前應(yīng)進行試拼接及氣密性試驗，試壓好的導管表面用磁漆標出0.5m一格的連續(xù)標尺，并注明導管全長尺寸，以便灌注混凝土時掌握提升高度和埋入深度。

4.9 反循環(huán)清孔

1)反循環(huán)清孔導管下放深度以出漿管底距沉淤面300～500mm為宜。

2)清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴防因補漿不足(水頭損失)而造成塌孔。

3)當孔底沉渣較厚、塊度較大或沉淀板結(jié)時，可適當加大泵吸，并搖動出水管(導管)，以利排渣。

4)清孔完成后立即進行水下混凝土澆筑。

5 效益分析

膨潤土造漿與化學泥漿粉造漿對比分析如表2，3所示。采用化學泥漿粉造漿施工工藝有以下優(yōu)點：①大大加快了施工進度，并且不受任何天氣的影響；②場地清潔，保障文明施工；③確保施工質(zhì)量；④造價方面每m3泥漿可以節(jié)省14.1元。采用化學泥漿粉造漿對比膨潤土造漿護壁每根樁造漿產(chǎn)生的人工成本要節(jié)約393.9元，其中采用化學泥漿粉造漿+反循環(huán)清孔對比膨潤土造漿護壁+正循環(huán)清孔完成1 815根樁基，要節(jié)約工期212d。因節(jié)約工期產(chǎn)生的電費、水費、人工費和管理人員的工資及間接費用未作計算。

表2 膨潤土造漿與化學泥漿粉造漿對比分析

6 結(jié)語

鉆孔灌注樁多在水下及地下進行，對于降水量較多地區(qū)及地下水豐沛的黏土、填土、砂土、礫砂，利用傳統(tǒng)的膨潤土造漿，護壁效果差，宜塌孔、頸縮，成孔率相對較低，且成本較高，安全文明施工不宜管理，對進度也會造成一定影響。而化學泥漿粉可以廣泛應(yīng)用于旋挖鉆孔灌注樁的泥漿護壁，在大砂，中砂，細砂，粉砂，流砂，淤泥等地質(zhì)條件下效果比較顯著。

表3 效益對比分析