旋挖鉆孔樁沉渣產(chǎn)生原因及處理措施

盧志強(qiáng)

貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽 550000

旋挖鉆孔施工進(jìn)度快、成本低，有利于現(xiàn)場文明施工管理。但我國地大物博，工程地質(zhì)地層差異較大，而施工隊(duì)伍的技術(shù)水平也不同，使得樁底沉渣過厚成為工程普遍質(zhì)量通病之一。對此，需注重此類問題的分析與處理，提高樁基質(zhì)量。

1 旋挖鉆孔樁沉渣對樁基承載力的影響

某工程旋挖鉆孔樁直徑為1000mm，采用C30標(biāo)號的混凝土材料，單樁的極限承載力為5400kN，樁身長度為20m。工程施工結(jié)束后對樁體進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單樁極限承載力僅為1600kN，與設(shè)計要求不符。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樁底沉渣厚度過厚，樁端與土體間存在厚度為20cm的軟弱區(qū)，造成樁端阻力在負(fù)荷初期無法發(fā)揮作用。

1.1 實(shí)際工程數(shù)值分析

將模擬荷載-沉降曲線與現(xiàn)場靜載試驗(yàn)進(jìn)行比較可知，加載初期樁底沉渣彈性模量較低，樁端阻力較小，樁側(cè)摩阻力提高。隨著荷載的增加，樁底沉渣被壓縮，樁體沉降快速增加，產(chǎn)生6cm沉降后，沉渣被壓實(shí)，具有承載能力，逐漸靠近設(shè)計值。

1.2 沉渣對樁基承載性能的影響分析

對該工程建立關(guān)系模型，模擬無沉渣正常樁體與有沉渣樁體兩種情況，結(jié)果如下。

（1）沉渣對樁側(cè)摩阻力的影響。樁頂向下沉降10mm時，有沉渣與無沉渣相較，樁基的側(cè)摩阻力更大；兩種狀態(tài)下，樁側(cè)阻力均在上部發(fā)揮完全，但中下部則不同。由此說明，在荷載狀態(tài)下樁基發(fā)生較大沉降時，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮完全。樁基向下位移40mm，樁底沉渣被壓實(shí)，有沉渣與無沉渣樁基側(cè)摩阻力狀態(tài)相似；但樁身中下部位的沉渣壓縮使樁基承載力得到改善，有沉渣樁基與無沉渣相較，側(cè)摩阻力更大。

（2）沉渣對樁端阻力的影響。有沉渣情況下，前期沉渣不傳遞荷載，樁側(cè)摩阻力承擔(dān)上部荷載，樁端荷載小，樁端阻力隨沉渣壓實(shí)逐漸增加[1]。沉渣壓實(shí)后樁基可提供樁端阻力，與正常樁樁端阻力相較，有沉渣樁基樁端阻力更大；上部荷載增加，阻力增加，曲線變化趨勢與正常樁基基本相同。由此說明，在發(fā)生較大位移時，樁基樁端阻力效力更大。

（3）沉渣對P-S曲線的影響。施加荷載增加，沉降擴(kuò)大，沉渣被壓實(shí)，樁基承載性能恢復(fù)正常；沉降被壓實(shí)后，沉渣承載性能與持力層相同。沉渣壓實(shí)，有沉渣樁基的樁側(cè)摩阻力發(fā)揮作用，此時將有沉渣樁基沉渣壓實(shí)后曲線段轉(zhuǎn)移至曲線的拐點(diǎn)位置，如圖1所示，形成新的荷載-沉降曲線。將沉渣壓實(shí)后曲線與正常樁基相較，曲線起伏變緩，發(fā)展趨勢相似；但在前期因預(yù)壓作用，有沉渣樁基承載力與正常樁基相較更大。

圖1 荷載-沉降對比圖

2 旋挖鉆孔樁沉渣產(chǎn)生原因

旋挖鉆孔樁沉渣多發(fā)生在鉆進(jìn)成孔、鋼筋籠下放及混凝土灌注過程中，成因主要如下。

（1）樁孔孔壁塌落。樁孔孔口位置的回填土不穩(wěn)定，逐漸塌陷落至孔洞中；泥漿配置比例不合理，密度過低，使其懸浮力變差；鉆孔時，鉆具提升速度控制過快，孔內(nèi)形成了向上的抽吸力；提升鉆具時，孔內(nèi)泥漿液面下降，不能及時填充孔內(nèi)泥漿；鉆具與孔壁發(fā)生碰撞；下放鋼筋籠時，鋼筋籠與孔壁發(fā)生碰撞；終孔時混凝土灌注作業(yè)間隔時間過長，造成孔壁浸泡超時。

（2）泥漿沉淀。泥漿性能參數(shù)未根據(jù)工程設(shè)計要求進(jìn)行合理設(shè)置，導(dǎo)致護(hù)壁效果不佳；泥漿循環(huán)池與沉淀池未單獨(dú)設(shè)置，因混用使得廢渣進(jìn)入孔內(nèi)；泥漿含砂率過高；混凝土灌注前，等待時間過長，造成泥漿出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。

（3）鉆孔殘留。旋挖鉆具取土不佳，孔底積聚了大量殘留鉆渣；鉆具磨損情況嚴(yán)重，渣土落入孔內(nèi)形成沉渣；鉆機(jī)結(jié)構(gòu)不適用于現(xiàn)場，如鉆齒高度、間距布設(shè)不當(dāng)，導(dǎo)致渣土大量殘留，造成沉渣堆積。

（4）清孔工藝。清孔過程中泥漿流速過快，發(fā)生垮孔，沉渣量超出允許范圍；清孔時泥漿不符合設(shè)計要求，沉渣無法被帶出；清孔工藝選擇不當(dāng)，沉渣清理不徹底[2]。

3 旋挖鉆孔樁沉渣處理措施

3.1 泥漿正循環(huán)清孔

泥漿正循環(huán)清孔是使用泥漿泵將泥漿泵送至膠管中，并與孔口的灌注導(dǎo)管相連接，后將泥漿泵送至孔底，其中泥漿均為懸浮狀，可將孔底沉渣帶出，再經(jīng)過灌注導(dǎo)管與孔壁空間返回至地面，分別流至循環(huán)槽、沉淀池中，最終匯聚于泥漿池循環(huán)使用，如圖2所示。清孔時，需根據(jù)現(xiàn)場揚(yáng)程與流量情況確定樁孔直徑，同時嚴(yán)格控制管道接口，避免管道過度彎曲，并且要不斷變化導(dǎo)管高度和提升速度，充分?jǐn)_動孔底沉渣。

圖2 正循環(huán)二次清孔原理示意圖

3.2 泥漿分離器正循環(huán)清孔

泥漿分離器正循環(huán)清孔是將泥漿泵與泥沙分離器串聯(lián)，將孔內(nèi)循環(huán)出的泥漿輸送至泥沙分離器，離心分級濃縮細(xì)砂經(jīng)過沉砂嘴輸送至振動篩進(jìn)行脫水，細(xì)砂與水分離后再將少量細(xì)砂、泥通過返料箱返回至清洗槽，當(dāng)清洗槽液面過高時便會通過出料口排出。分離后的大粒徑雜物流入儲渣池，分離泥沙后的泥漿流入循環(huán)池重復(fù)使用。清孔過程中，直線振動篩回收物料重量濃度控制在70%～85%，通過調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速、溢流水量或更換砂嘴等達(dá)到細(xì)度模數(shù)調(diào)節(jié)目的。為了減少污染，在泥沙分離器出渣口位置設(shè)置儲渣池，需將泥渣運(yùn)輸至棄渣場進(jìn)行消納處理。

3.3 泵吸反循環(huán)二次清孔

泵吸反循環(huán)二次清孔是充分利用砂石泵的抽吸力，在灌注導(dǎo)管中形成較高的負(fù)壓，在外部大氣壓強(qiáng)作用下，使灌注導(dǎo)管中的泥漿被吸入導(dǎo)管中，提升導(dǎo)管，泥漿進(jìn)入地面上的循環(huán)系統(tǒng)，流入沉淀池經(jīng)過處理后再置入孔內(nèi)[3]。在清孔過程中，需持續(xù)關(guān)注泥漿面的水頭高度，保證回流入孔的泥漿量與抽吸量平衡。泵吸反循環(huán)系統(tǒng)為運(yùn)行狀態(tài)時，需對泥漿性能與各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，及時清理廢漿中的沉渣。

3.4 氣舉反循環(huán)處理法

氣舉反循環(huán)處理法是在導(dǎo)管中設(shè)置一根長度為孔深2/3的鍍鋅管，注入高壓空氣與泥漿混合，后持續(xù)充氣，增大導(dǎo)管內(nèi)外壓力，直至內(nèi)部失穩(wěn)，泥漿噴出。在清孔過程中，需合理選擇空壓機(jī)型號和進(jìn)氣管長度。安裝清空機(jī)時，需注意接頭、管路等細(xì)部構(gòu)造。

3.5 旋挖鉆斗撈渣無泥漿循環(huán)清孔

旋挖鉆斗撈渣無泥漿循環(huán)清孔是在終孔后借助專用撈渣鉆斗清除孔內(nèi)沉渣，當(dāng)鉆渣厚度符合要求時配置專用泥漿，其護(hù)壁與懸浮沉渣作用，可使沉渣被阻隔或懸浮，減少孔底沉渣。例如，某工程基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，直徑有1800mm、2000mm、2600mm 3個尺寸，樁孔深度為38～41mm。該工程各行選用SR420Ⅱ旋挖鉆機(jī)，使用納基粉、氫氧化鈉、CMC調(diào)制化學(xué)泥漿。因地層下部為中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層，質(zhì)地堅硬，采用分級擴(kuò)孔工藝，轉(zhuǎn)至設(shè)計深度取出巖芯。使用不同直徑的鉆挖鉆斗或鉆筒上下鉆進(jìn)，每級鉆進(jìn)后使用撈渣鉆斗進(jìn)行清孔。為減小鉆具截齒與硬巖摩擦產(chǎn)生的熱能，巖層鉆進(jìn)泥漿比重控制在1.05～1.15，黏度控制在20～22s。在終孔后及鋼筋籠、灌注導(dǎo)管下放前，需在旋挖鉆斗中放置50kg的氫氧化鈉，調(diào)整孔中泥漿性能，在孔底以上10m內(nèi)形成小密度、大黏度泥漿，使孔底泥漿呈絮狀，泥漿中粗顆粒呈懸浮狀。后檢查發(fā)現(xiàn)，該工程樁身質(zhì)量及孔底沉渣均符合要求[4]。

4 結(jié)束語

旋挖鉆孔樁應(yīng)用普遍，但沉渣問題對樁身質(zhì)量影響較大，為此，必須在明確沉渣成因的情況下，采用適宜的二次清孔工藝，確保施工后樁身承載性能、孔底沉渣厚度均符合設(shè)計要求。經(jīng)文章總結(jié)可知，在選擇清孔工藝時，需遵循具體問題具體分析的原則，確保清渣工藝滿足質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、安全等要求。