軟土地層大直徑深孔鉆孔灌注樁施工方法

李占東

（遼寧省窩水庫管理局有限責任公司，遼寧遼陽111000）

1 工程概況

鉆孔灌注樁是一種常見的樁基礎結構形式，由于樁機具有占地面積小、擠土效應小，對周邊環境和建筑影響小，樁體承載力高、強度大等優點，而被廣泛應用于水利、公路等基礎設施中。珠海市南灣大道改造工程主線橋全長287.5 m，樁基采用鉆孔灌注樁，直徑有1.2，1.8 m兩種，樁長51.0~82.0 m，灌注樁施工土層包括素填土、淤泥、淤泥質土、粉質黏土、中砂等，各地層樁土體特性如表1所示。基礎以中風化花崗巖作為基礎持力層，樁端伸入巖石層深度不小于3D（D為樁徑）。

表1 各地層分布厚度及土體特性評價表

由于主線橋施工場地軟土地層分布較厚，平均厚度約為45.0 m，受軟土地層影響，樁基成孔過程中易出現縮孔、塌孔等問題，給樁基施工帶來不利影響。

2 關鍵工序難點問題分析

2.1 縮頸塌孔問題

由于鉆孔灌注樁施工過程中要穿越淤泥、淤泥質土等軟土地層，而軟土地層處于流塑、軟塑狀態，在水平附加力的作用下極易產生側向位移，當孔內泥漿的水平壓力和泥皮對軟土的支撐力之和小于水平壓力時，便會發生縮頸和塌孔情況。在沖孔過程，針對不同的地層采用不同的沖程、泥漿比重等，以求達到孔壁穩定的目的。

2.2 孔徑問題

工程鉆孔灌注樁孔徑、孔深較大，通過對比各種成孔設備，選用了CK1800-JK6型沖孔樁機，鉆孔直徑為1.2～1.8 m，鉆孔深100.0 m。該型鉆機結構合理、垂直度精、沖擊性能高、返漿效果好、鉆進快，能夠滿足施工需求。

2.3 鋼筋籠制作及吊裝問題

工程鋼筋籠長度為53.0～83.0 m，重量為4.9～17.9 t，考慮鋼筋籠設計尺寸、機械設備的吊裝能力以及施工場地條件等因素，采取在加工廠加工平臺上分段制作。鋼筋籠采用9.0 m標準段與下部非標準段經焊接連接而成，非標準段鋼筋籠根據設計孔深確定鋼筋籠長度，在鋼筋籠加勁箍處設置?28的三角形內支撐鋼筋，防止鋼筋籠在運輸過程中變形，在每節鋼筋籠上部設置“U”型加強吊筋。經驗收合格后用平板車運至施工現場，采用25 t吊車扁擔起吊法分段吊裝焊接，以保證吊裝作業順利完成。

2.4 清孔問題

工程施工中，由于提鉆、鋼筋籠及導管安裝時間較長（7~10 h），而清孔停滯時間較長會增加第一次清孔后的沉渣厚度，如不進行二次清孔則會影響樁基質量，進而影響結構安全性；如采用正循環換漿清孔，清孔效率低且沉渣清除不徹底；如采用泵吸反循環清孔，則受砂石泵揚程影響，較難實施。此工程采用氣舉反循環二次清孔工藝，利用空壓機將空氣通過管道壓入孔內，泥漿在孔內與空氣混合形成密度小于泥漿的漿氣混合物，由于其密度小于普通泥漿，其在浮力作用下呈上升狀態，因而在漿氣混合物部位形成負壓，下部泥漿在負壓作用下繼續上升填充負壓區，從而繼續產生漿氣混合物做上升運動。由于導管內外存在漿液壓差，從而產生一定流速、流量的反循環，將孔內沉渣經導管排入泥漿池，達到清孔效果。經現場檢驗，氣舉反循環清孔速度快、效果好。

3 關鍵工序施工工藝

3.1 護筒埋設

護筒采用16 mm的鋼板制作，護筒直徑比鉆頭直徑大0.4 m，護筒長度根據鉆孔樁地質和水位情況確定，此工程護筒長按2.0 m制作，在上部焊加強筋和吊耳，開出漿口。根據地質及水位情況，護筒埋設深度不小于1.5 m，且護筒頂高出地面0.2~0.5 m。

護筒埋設采用挖埋法，挖埋前先在樁位四周設置十字定位樁，樁位連線十字中心與樁位中心重合；開挖埋設護筒的圓坑，要求圓坑直徑比護筒直徑大0.2~0.4 m，夯實坑底軟土后，通過十字定位樁將樁位引回坑底；吊裝鋼護筒時，要求鋼護筒圓心與樁位中心重合，鋼護筒中心與樁位中心位置水平偏差不大于5 cm；吊放后，用水平尺檢查鋼護筒的垂直度，要求鋼護筒的垂直度偏差不大于1%，如垂直度達不到要求應立即進行調整，護筒調整固定后，在護筒周圍分層回填黏土，要求夯填密實。

3.2 泥漿制備

工程泥漿采用孔內造漿的方式制作，將優質黏土直接投入到孔中，利用錘頭沖擊制造泥漿。泥漿循環系統布置在施工場地內，泥漿池與最近的樁位不小于5.0 m，并設置一定坡度。泥漿性能控制指標應符合表2的指標要求。

表2 泥漿性能控制指標

3.3 沖擊成孔

沖孔鉆機就位后，應將樁機底座調至水平，就位在穩定的地面上，以保證在鉆進過程中保持穩定。鉆機錘頭中心線對準孔位中心線，偏差控制在2 cm以內。在鉆孔過程中，針對不同的地層采用不同的鉆進方法，鉆孔方法及注意事項如下：

1）開始沖孔時，采用小沖程進行沖孔，并向孔內投放黏土夾小片石，要求孔內泥漿面保持穩定。

2）針對不同的地層沖孔時，沖擊成孔操作方法：護筒刃腳以下2.0 m范圍內采用小沖程約1 m，泥漿相對密度為1.2~1.4，軟弱土層投入黏土塊夾小片石；淤泥、淤泥質土采用小沖程約1 m，泥漿相對密度為1.3~1.4，加黏土塊夾小片石；黏性土層采用中小沖程1~2 m，泵入較稀泥漿，泥漿相對密度為1.2~1.3，經常清除鉆頭上的泥塊；中砂采用中沖程2~3 m，泥漿相對密度為1.2~1.4，投入黏土塊，勤沖；巖石層采用中高沖程3~4 m，泥漿相對密度約為1.3。

3）開孔及整個沖孔過程中，應輕提、慢放，以防止孔斜，樁機要保持穩定，不能有過大晃動，沖孔過程中采用黏土懸浮泥漿作為護壁泥漿，隨時保持孔內水位高度，確保不塌孔。

4）施工應符合相鄰樁間距不小于4倍樁徑、時間間隔大于36 h或跳孔施工，以免串漿和連孔。

5）樁機開孔后應保持連續作業，不得中途停頓，沖擊過程中經常檢查樁機的水平度、鋼絲繩中心位置和泥漿比重等指標，如有偏差，及時進行調整。

3.4 鋼筋籠制作與安裝要求

1）現場使用的鋼筋、焊條、聲測管等規格、質量均應符合設計及有關標準的規定；鋼筋籠制作過程中，鋼筋的尺寸、數量及焊接的質量等應符合設計及規范要求。

2）鋼筋籠采用平板車運輸，鋼筋籠裝車后應捆綁牢固，運輸中慢速行駛以免造成鋼筋籠變形或發生交通事故。

3）鋼筋籠起吊時應緩慢平穩，禁止鋼筋籠觸地或與其他物體碰撞導致鋼筋籠變形，鋼筋籠起吊應一次完成。

4）鋼筋籠在孔口接長時，上下鋼筋籠應處于垂直狀態，鋼筋籠搭接長度應符合規范要求，焊縫應平順飽滿，無裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷，主筋焊接完畢后，采用梅花形點焊補全連接部位的箍筋。鋼筋籠安裝完畢后，高程允許偏差不得大于5 cm。

3.5 二次清孔

工程采用氣舉反循環法進行二次清孔，此種施工方法清孔速度快，清渣徹底，尤其對于孔徑較大、孔深較深的鉆孔灌注樁效果尤為明顯，大大提高了施工效率。清孔注意事項：

1）清孔前對導管進行試壓，試壓壓力為孔底靜水壓力的1.5倍，以不漏水為合格。

2）導管安裝時，其軸線偏差不宜超過孔深的0.5%，且不宜大于10 cm。安放完畢后，導管底部至孔底的距離以30~50 cm為宜。

3）將風管插入導管內，并下放至距導管底3.0~4.0 m處，上部與空壓機連接牢固，不漏氣。

4）啟動空壓機開始送風清孔時，將空壓機風量調整到8 m3/h為宜，風壓調整到0.5~0.7 MPa為宜。

5）采用孔外泥漿沉淀池向孔內輸入泥漿，必要時可采用另一臺泥漿泵向孔內補漿。泥漿輸入量不應小于導管清孔排量，保證補量充足，注入泥漿性能指標：泥漿密度不大于1.10；泥漿黏度為16~18 Pa·s。

6）認真檢查孔底沉渣厚度、泥漿比重、含砂率等指標，當各項指標均符合設計及驗收標準要求后方可停止清孔，氣舉反循環清孔示意圖見圖1。

3.6 水下混凝土灌注

樁基混凝土通過剛性導管進行水下灌注，灌注方法及注意事項：

圖1 氣舉反循環二次清孔示意圖

1）混凝土灌注前必須檢查混凝土級別、塌落度，混凝土塌落度宜為180~220 mm，混凝土運至現場不得有離析情況。

2）水下混凝土灌注應連續，不得中途停頓，灌注過程中應及時檢查孔內混凝土面高度，計算導管埋深，合理拆除導管，保證導管埋深在2.0~6.0 m范圍內。

3）應保證水下混凝土的灌注時間小于混凝土的初凝時間，超灌高度宜為0.8~1.0 m，以保證樁頭破除后樁頂混凝土強度滿足設計要求。

4 結語

軟土地層條件下鉆孔灌注樁多采用回轉鉆削成孔方法，但當樁基需要嵌入巖層時，回轉鉆削方法功效較低，對于復雜軟土地層條件下大直徑深孔鉆孔灌注樁施工，通過選擇沖擊成孔方式，根據不同軟土地層情況控制沖程、泥漿比重等指標，分段制作、吊裝鋼筋籠，采用氣舉反循環清孔方式，嚴格控制水下混凝土的灌注質量，可以達到滿足鉆孔灌注樁施工質量及提高功效的目的。