旋挖鉆孔樁沉渣產生原因及處理措施

盧志強

貴州地礦基礎工程有限公司，貴州 貴陽 550000

旋挖鉆孔施工進度快、成本低，有利于現場文明施工管理。但我國地大物博，工程地質地層差異較大，而施工隊伍的技術水平也不同，使得樁底沉渣過厚成為工程普遍質量通病之一。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。工程施工結束后對樁體進行了靜載試驗，發現單樁極限承載力僅為1600kN，與設計要求不符。經調查發現，樁底沉渣厚度過厚，樁端與土體間存在厚度為20cm的軟弱區，造成樁端阻力在負荷初期無法發揮作用。

1.1 實際工程數值分析

將模擬荷載-沉降曲線與現場靜載試驗進行比較可知，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，產生6cm沉降后，沉渣被壓實，具有承載能力，逐漸靠近設計值。

1.2 沉渣對樁基承載性能的影響分析

對該工程建立關系模型，模擬無沉渣正常樁體與有沉渣樁體兩種情況，結果如下。

（1）沉渣對樁側摩阻力的影響。樁頂向下沉降10mm時，有沉渣與無沉渣相較，樁基的側摩阻力更大；兩種狀態下，樁側阻力均在上部發揮完全，但中下部則不同。由此說明，在荷載狀態下樁基發生較大沉降時，樁側摩阻力發揮完全。樁基向下位移40mm，樁底沉渣被壓實，有沉渣與無沉渣樁基側摩阻力狀態相似；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，樁側摩阻力承擔上部荷載，樁端荷載小，樁端阻力隨沉渣壓實逐漸增加[1]。沉渣壓實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，沉降擴大，沉渣被壓實，樁基承載性能恢復正常；沉降被壓實后，沉渣承載性能與持力層相同。沉渣壓實，有沉渣樁基的樁側摩阻力發揮作用，此時將有沉渣樁基沉渣壓實后曲線段轉移至曲線的拐點位置，如圖1所示，形成新的荷載-沉降曲線。將沉渣壓實后曲線與正常樁基相較，曲線起伏變緩，發展趨勢相似；但在前期因預壓作用，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 旋挖鉆孔樁沉渣產生原因

旋挖鉆孔樁沉渣多發生在鉆進成孔、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，孔內形成了向上的抽吸力；提升鉆具時，孔內泥漿液面下降，不能及時填充孔內泥漿；鉆具與孔壁發生碰撞；下放鋼筋籠時，鋼筋籠與孔壁發生碰撞；終孔時混凝土灌注作業間隔時間過長，造成孔壁浸泡超時。

（2）泥漿沉淀。泥漿性能參數未根據工程設計要求進行合理設置，導致護壁效果不佳；泥漿循環池與沉淀池未單獨設置，因混用使得廢渣進入孔內；泥漿含砂率過高；混凝土灌注前，等待時間過長，造成泥漿出現沉淀現象。

（3）鉆孔殘留。旋挖鉆具取土不佳，孔底積聚了大量殘留鉆渣；鉆具磨損情況嚴重，渣土落入孔內形成沉渣；鉆機結構不適用于現場，如鉆齒高度、間距布設不當，導致渣土大量殘留，造成沉渣堆積。

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

3 旋挖鉆孔樁沉渣處理措施

3.1 泥漿正循環清孔

泥漿正循環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，再經過灌注導管與孔壁空間返回至地面，分別流至循環槽、沉淀池中，最終匯聚于泥漿池循環使用，如圖2所示。清孔時，需根據現場揚程與流量情況確定樁孔直徑，同時嚴格控制管道接口，避免管道過度彎曲，并且要不斷變化導管高度和提升速度，充分擾動孔底沉渣。

圖2 正循環二次清孔原理示意圖

3.2 泥漿分離器正循環清孔

泥漿分離器正循環清孔是將泥漿泵與泥沙分離器串聯，將孔內循環出的泥漿輸送至泥沙分離器，離心分級濃縮細砂經過沉砂嘴輸送至振動篩進行脫水，細砂與水分離后再將少量細砂、泥通過返料箱返回至清洗槽，當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池重復使用。清孔過程中，直線振動篩回收物料重量濃度控制在70%～85%，通過調節泵轉速、溢流水量或更換砂嘴等達到細度模數調節目的。為了減少污染，在泥沙分離器出渣口位置設置儲渣池，需將泥渣運輸至棄渣場進行消納處理。

3.3 泵吸反循環二次清孔

泵吸反循環二次清孔是充分利用砂石泵的抽吸力，在灌注導管中形成較高的負壓，在外部大氣壓強作用下，使灌注導管中的泥漿被吸入導管中，提升導管，泥漿進入地面上的循環系統，流入沉淀池經過處理后再置入孔內[3]。在清孔過程中，需持續關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。泵吸反循環系統為運行狀態時，需對泥漿性能與各項參數進行嚴格控制，及時清理廢漿中的沉渣。

3.4 氣舉反循環處理法

氣舉反循環處理法是在導管中設置一根長度為孔深2/3的鍍鋅管，注入高壓空氣與泥漿混合，后持續充氣，增大導管內外壓力，直至內部失穩，泥漿噴出。在清孔過程中，需合理選擇空壓機型號和進氣管長度。安裝清空機時，需注意接頭、管路等細部構造。

3.5 旋挖鉆斗撈渣無泥漿循環清孔

旋挖鉆斗撈渣無泥漿循環清孔是在終孔后借助專用撈渣鉆斗清除孔內沉渣，當鉆渣厚度符合要求時配置專用泥漿，其護壁與懸浮沉渣作用，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，使用納基粉、氫氧化鈉、CMC調制化學泥漿。因地層下部為中風化、微風化巖層，質地堅硬，采用分級擴孔工藝，轉至設計深度取出巖芯。使用不同直徑的鉆挖鉆斗或鉆筒上下鉆進，每級鉆進后使用撈渣鉆斗進行清孔。為減小鉆具截齒與硬巖摩擦產生的熱能，巖層鉆進泥漿比重控制在1.05～1.15，黏度控制在20～22s。在終孔后及鋼筋籠、灌注導管下放前，需在旋挖鉆斗中放置50kg的氫氧化鈉，調整孔中泥漿性能，在孔底以上10m內形成小密度、大黏度泥漿，使孔底泥漿呈絮狀，泥漿中粗顆粒呈懸浮狀。后檢查發現，該工程樁身質量及孔底沉渣均符合要求[4]。

4 結束語

旋挖鉆孔樁應用普遍，但沉渣問題對樁身質量影響較大，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計要求。經文章總結可知，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量、經濟、安全等要求。