強濕陷性地質條件下的沖孔灌注樁施工技術

張 劍

(江西省水利水電建設集團有限公司，南昌 330000)

0 引 言

在供水工程渡槽施工中，經常會遇到強濕陷性地質條件，此種地質條件比較很復雜，處理不當容易發生地質災害，影響渡槽的總體質量和結構的穩定性。常用的處理方法有換填法、水泥攪拌樁、沖孔灌注樁等。換填法換填的深度有限，難以滿大深度強濕陷性地質的處理要求。水泥攪拌樁需要大型機械設備進場，進行強制攪拌，強濕陷性地質條件比較復雜，大型設備通常難以達到指定的位置。因此，采用沖孔灌注樁施工技術，具有更強的適應性、施工難度比較大、施工速度快、施工質量好、施工成本低等優勢。非常契合強濕陷性地質條件的要求。基于此，有必要結合工程實例，來分析強濕陷性地質條件下沖孔灌注樁施工技術的應用要點。

1 工程概述

甘肅省引洮二期主體工程五干渠1#渡槽是一座連接五干渠1#隧洞與1#暗渠，引流灌溉水的工程，防洪標準設計洪水為20a一遇(P=5%)；校核洪水為50a一遇(P=2%),相應洪峰流量分別為79.5m3/s和116m3/s。1#渡槽跨越高家河，渡槽全長84m。溝道左岸上部為馬蘭黃土，結構疏松，具有中強濕陷性，厚約10m；下部為黃土狀土，中實-密實，厚10-30m,下伏粉砂質泥巖；溝底洪積砂礫石厚約4m,下伏黃土狀土；溝道右岸上部為黃土狀土，結構疏松，具有中強濕陷性，屬于中高壓縮性、弱透水性土，厚約8m左右；下部為黃土狀土，中密-密實，其上部6m具有輕微濕陷性，厚10-30m，下伏粉砂質泥巖，以泥質膠結為主，成巖程度底，巖性軟弱，巖中天然狀態單軸抗壓強度0.5-2MPa，屬于極軟巖。

2 沖孔灌注樁施工技術應用

2.1 設計參數和工藝流程

甘肅省引洮二期主體工程五干渠1#渡槽的地質條件為強濕陷性地質條件，在施工中采用了鉆孔灌注樁，樁端持力層為粉砂質泥巖；樁身混凝土強度為混凝土C35(F150，抗酸)，坍落度控制在180-220mm，水泥用量≥360kg/m3。在具體施工中選擇了CZ-8型沖擊鉆機進行施工，具體的工藝流程如圖1所示：

2.2 合理選擇施工材料和水下混凝土

在沖孔灌注樁施工中為保證施工質量，需要嚴格控制水泥、細集料、粗集料、外加劑、水等原材料的性能、規格、使用條件滿足強濕陷性地質條件的需求。此外，還要保證混凝土的質量、性能等都能滿足強濕陷性地質基礎加固的需求，尤其是混凝土的級別需要符合設計規定。

圖1 沖孔灌注樁施工流程圖

2.3 保證灌注樁鉆孔質量

在強濕陷性地質條件下沖孔灌注樁施工中鉆孔是主要工序，鉆孔時需要采取長度適中的護筒，以保護孔口，并保證鉆孔中的泥漿高度始終在設計允許的范圍中[1]。護筒埋設要符合以下條件：其一是護筒的頂部要高出鉆孔孔外水位1-2m之間；其二是護筒中心的豎直線需要和沖孔灌注樁的中心相互重合，控制平面允許誤差在50mm左右，豎直線傾斜度不能超過1%。具體情況如圖2所示：

圖2 護筒和鉆頭對準示意圖

在護筒上拉十字線，是使鉆機的鉆頭對準樁的中心線，等鉆機對準后往護筒里放水，采用泥漿護壁進行鉆孔。在鉆孔排渣、提升鉆頭或者引發故障需要停鉆時，需要保證孔內具有規定的水位和要求的泥漿相對密度及黏度。

2.4 沖孔灌注樁固孔

在強濕陷性地質條件下沖孔灌注樁施工需要做好泥漿護壁工作，以免在鉆進過程中發生坍塌。要盡量選擇質量和各項性能達標的黏土懸浮泥漿。按照所選擇的鉆孔方法進行適用性論證，達到要求后才能使用。鉆孔泥漿液面的高度必須始終高于孔外水位1.0-1.5m之間。

2.5 鉆孔工序和清孔

鉆孔時需要在間距4m內的任何混凝土灌注樁完成24h之后才能開始，以免影響相鄰沖孔灌注樁的混凝土凝固效果。盡快完成鉆孔工作，本工程在鉆孔時，選擇了6臺CZ-8型沖擊鉆機同時鉆進的方法，有效保證了鉆孔效率。在鉆孔施工中要盡量連續進行，避免中斷[2]。因工程地質條件為強濕陷性地質，承載力比較低，含水量比較大，為保證鉆孔質量，先對其地基進行加固處理，以保證強濕陷性地質具有良好的強度，確保能夠承受鉆進時形成的壓力及柱鉆孔設備的自身重力；然后調整鉆進和放樣位置的精度，保證鉆頭和放樣點位的誤差在允許范圍中；最后要做好鉆進記錄，及時勘查地質并和設計方案進行對比，精確掌握地質條件數據，調整鉆孔壓力和鉆進速度，以控制鉆孔質量。

當鉆孔深度達到設計要求之后，要由現場工程監理師進行檢驗，驗收合格之后，及時清孔。本工程在清孔時孔內水位始終保持在地下水位以上1.5-2.0m之間，以免發生孔壁塌陷問題。本工程鉆孔清孔選擇了正循環排渣法，取得了良好效果，具體的清孔示意圖如圖3所示：

圖3 鉆孔清孔示意圖

圖3中1表示鉆桿；2表示送水管；3表示主機；4表示鉆頭；5表示沉淀池；6表示潛水泥漿泵；7表示泥漿池。

2.6 鋼筋骨架

鉆孔清孔完成之后，混凝土灌注之前需要將樁的鋼筋骨架整體放到鉆孔中，如果鋼筋骨架安裝完成之后，受到現場條件或者其他因素的限制，無法及時澆筑混凝土，要及時將其移出，待混凝土澆筑時，再重新下放，以免鋼筋骨架破壞孔壁，影響最終的施工質量，發現問題及時處理。在鋼筋骨架上需要布設內支撐架，以免在運輸和吊放時發生變形，在頂面做好加固措施，避免鋼筋骨架上浮，本工程施工中，通過安裝混凝土墊塊的方法，避免了鋼筋骨架發生上浮問題，混凝土墊塊沿著樁長的間距不能超過2m，橫向周圍不能<4處[3]。

2.7 灌注混凝土

混凝土灌注之前，需要檢查坍落度和均勻性，不符合要求的混凝土不能使用。混凝土灌注要連續進行，避免中途停止，灌注時也不能發生離析現象。水下混凝土灌注示意圖如圖4所示：

開始灌注之前，要檢查導管進入鉆孔的深度，保證導管頭到孔底的距離在250mm-400mm之間。首批灌注的混凝土數量，要滿足導管初次埋設深度和填充導管底部間隙的需求[4]。以免泥漿或者是水進入管內，且不能超過6m，逐步完成混凝土灌注。

3 施工中常見的問題和處理措施

3.1 塌孔問題和處理措施

塌孔是沖孔灌注樁施工中比較常見的問題，主要表現為鉆孔內部水位突然下降，且孔口不斷有密集的水泡冒出，鉆機運行負荷明顯增大等。引發塌孔的主要原因是：泥漿密度不足，無法起到護壁的作用；在鉆孔時沒有及時補充泥漿；護筒埋設深度不足，下端孔口漏水等。

塌孔問題的處理措施為：在強濕陷性地質條件下應用沖孔灌注樁施工技術時，需要嚴格控制進尺的速度，盡量選擇密度、黏土、膠體率比較大的高質量、高品質泥漿；在鉆孔時可適當提升護筒的高度，以達到提高水頭的效果；孔口發生塌陷之后，要及時拆除護筒回填鉆孔，重新埋設新護筒后再繼續鉆孔[5]。

圖4 水下混凝土灌注示意圖

圖4中1表示上料斗；2表示貯料斗；3表示滑動；4表示卷揚機；5表示漏斗；6表示導管；7表示護筒；8表示隔水栓。

3.2 斜孔問題和處理措施

本工程所在區域為典型的強濕陷性地質，地質條件復雜，部分標段有較大的孤石和探頭石，在有傾斜的軟硬地層交界位置施工鉆孔時，就極易發生斜孔問題。此外，鉆機底座穩定不足，基礎平整度不夠，會影響鉆桿的垂直度，從而引起斜孔問題。

斜孔問題的處理措施為：在安裝鉆孔設備時，要先進行基礎和基座的找平及調整工作，起重滑輪和護筒中心要盡量在一條直線上，邊鉆進，邊校驗，發現傾斜及時停止鉆孔，處理之后再繼續鉆進[6]。在容易發生斜孔的軟硬地層交界處鉆進時，需要嚴格控制進尺深度，低速鉆進。

4 結 語

綜上，結合工程實例，分析了基于強濕陷性地質條件下的沖孔灌注樁施工技術，分析得出，強濕陷性地質條件是供水工程渡槽施工中比較常見的地質條件，質地松軟，承載力差，無法滿足渡槽施工的需求，需要采取一系列行之有效的方法和技術措施進行全面處理，才能滿足渡槽施工的需求。沖孔灌注樁施工技術在施工質量和適應性等方面有明顯的優勢，能夠有效處理和加固強濕陷性地質條件，滿足渡槽施工的需求，值得在類似工程中推廣借鑒。