硅藻土復雜地質條件下鉆孔灌注樁施工研究

張臣 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

某工程的主體建設內容含泊位、后方堆場及相配套的基礎設施。泊位樁基采用的是φ1300mm的鉆孔灌注樁，總量524根，采用筑島施工工藝，由專員全面清理樁間土，再視實際情況理坡、護坡。碼頭建設于硅藻土地質層之上，根據樁基的尺寸要求，長度范圍內有兩層硅藻土層，分別為-17m～-22m、-26m～-47m。施工現場的硅藻土具有輕質多孔的特點，局部夾薄層粉細砂，孔隙率高達80%～90%，塑限38%～87%，在特殊力學性質的影響下，明顯加大鉆孔灌注樁的施工難度，因此對施工技術提出了較高的要求。

2.測量定位

以設計坐標為準，測放樁的中心位置，于周邊布設4個控制樁，配套導向架，起到精準定位鋼護筒的作用，若無誤則用振動錘適度施打，將鋼護筒安裝到位，當水平誤差不超過50mm、傾斜度誤差不超過1%時，則滿足要求。

由于硅藻土易黏附在孔壁上而導致部分樁基保護層的空間被侵占，因此需適當加大鋼護筒的直徑，即1500mm。

3.硅藻土地質條件下鉆孔灌注樁施工工藝研究

以設計樁長以及施工現場硅藻土的地質特性為依據，合理選擇鉆孔設備，典型樁樁底設計標高為-56m。根據地勘資料可知，在-17m～-47m的范圍內,會存在2層硅藻土層；當向下延伸后，-47.78m～-56.14m范圍內則以密實砂層和強膠結砂層居多。

鉆機在運行期間具有擾動性影響，因此為了避免硅藻土層失穩，施工方采取的是“先用回旋鉆鉆進至-47m、再用沖擊鉆鉆剩余部分”的方法。

3.1 回旋鉆安裝

（1）根據施工要求適配回旋鉆設備，清理其安裝位置，保證該處具有平整性與穩定性，并將回旋鉆設備轉移至該處。

（2）經過基礎處理后，設備在運行期間不易發生局部沉陷或偏位現象。

（3）鉆桿安裝到位后，檢測其垂直度，要求其中心與護筒的中心共處相同鉛垂線上，偏差不可超過1%。

3.2 回旋鉆鉆進

在硅藻土層，采用回旋鉆成孔工藝，回旋鉆頭直徑1.36m，控制鉆孔速率1.5m/h，同時在砂層成孔過程中，要使用濾砂機濾砂。為了驗證硅藻土層鉆進速度和硅藻土塊狀大小的關系，需在現場進行試驗。

實驗結果表明，當把鉆進速度調至2.5m/h時，仍未發現大塊硅藻土浮出；出現的硅藻土塊狀發生了增大的情況，塊狀平均直徑為2cm～3cm；當將鉆進速度調整成不大于1.5m/h時，經過多次打撈渣樣未發現大塊硅藻土塊返出，而出現的硅藻土塊狀為1cm～2cm。

所以，控制硅藻土層的鉆進速度極為重要。通過減緩鉆進速度，鉆頭可以切碎原狀硅藻土層，一部分溶進泥漿，另一部分形成直徑不大于2cm的硅藻土塊則隨泥漿排除，從而在有效避免了泥漿中存在較大硅藻土塊的同時，還有效規避了后期灌樁產生的夾泥現象。

3.3 泥漿稀釋與置換

隨鉆孔進程的推進，穿越硅藻土層后，需及時向孔底注入適量的淡水，此舉的目的在于稀釋孔內的泥漿（含豐富的硅藻土），進而調控泥漿的相對密度，使其達到1.05g/cm3左右。

此后，依托于比重差的原理，將比重相對較大的泥漿注入其中，用于置換硅藻土泥漿（此部分的比重較小）。置換完成后，孔口會出現非常明顯的硅藻土泥漿與新鮮泥漿的分界線，將界面刮除后孔口出現干凈的新鮮泥漿，達到了置換的目的。

3.4 沖擊鉆鉆進

沖擊鉆適用地層為密實砂層和強膠結砂層，平均速度0.145m/h～0.155m/h，施工推進至砂層時，用濾砂機濾砂，并由專員定期抽檢泥漿，測定其密度。

為避免塌孔現象的發生，泥漿面應始終超過孔外水位1m以上，與護筒頂部的距離以0.5m為宜。完整記錄各項鉆進數據，作為質量分析的依據。

3.5 終孔檢測

終孔高程達標后，可暫停鉆進作業，但泥漿正循環濾砂不可中斷，否則易影響泥漿的含砂率以及相對密度。此后，利用超聲波檢測的方法測定孔徑，考慮到硅藻土層的特殊性，將該土層范圍內的鉆孔孔徑作為重點檢測對象。經超聲波檢測后，用探籠測孔，若該裝置可順暢地上下移動，則表明無孔徑異常問題。

在硅藻土層的鉆進施工中，孔內泥漿的性能優勢受到抑制，存在濾失量較大、泥皮厚度大幅度增加的情況，此條件下硅藻土持續吸水膨脹，可見孔壁處逐步產生附著物，意味著泥漿的護壁效果欠佳，需加強控制。

3.6 第一次清孔

（1）利用氣舉反循環法清孔，全面清理孔內的雜物，要求沉渣厚度≤200mm、泥漿相對密度≤1.15。

（2）清孔期間檢測并控制水頭壓力，以免因壓力不合理而塌孔。

3.7 鋼筋籠安裝

（1）在加工場由專員分節加工鋼筋籠，確保整體的剛度以及保護層的厚度均可滿足要求，并增設加勁箍，提高鋼筋籠的穩定性。

（2）鋼筋籠下放時，施工人員應嚴格控制其姿態，需處于孔的中心位置，不可碰撞孔壁。

（3）鋼筋籠安裝工作完成后，檢測其頂面和底面的標高，將實測結果與設計值對比分析，誤差均要在5mm內。

3.8 第二次清孔

鋼筋籠安裝到位后，組織二次清孔作業，此階段采取正循環清孔的方法，孔內泥漿比重為1.03～1.1，粘度≥18s，含砂率≤4%～8%，粘度≤28s。

3.9 混凝土灌注施工

利用直升導管法灌注混凝土，正式施工前詳細檢查導管，判斷其氣密性是否滿足要求，若無誤則下放導管（與孔底相距約0.5m），經計算后確定初灌量，根據該要求生產混凝土，應當保證導管埋入混凝土的深度達到1m～2m，同時可有效填充管底與孔底的間隙。

正式澆筑時，由專員檢測混凝土面的高度，保證導管埋深始終穩定在2m～6m，隨著混凝土貫入量的增加，緩慢向上提升導管，使其滿足軸線豎直和位置居中的要求。為保證樁頂的成樁質量，超灌的高度至少需達到1m。澆筑期間，充盈系數至少需達到1.5，同時密切檢查返出的泥漿，判斷其是否夾雜硅藻土塊，進而對注漿質量做出判斷。

從典型樁混凝土澆筑施工質量的角度來看，在成孔和掃孔期間依然有部分小塊的硅藻土難以排出，但在采取換漿和氣舉反循環等相關方法后，該部分硅藻土的數量大幅下降，對成樁質量的影響甚微，可忽略不計。由此可見，混凝土灌注施工中，嚴格控制鉆進速度、適時置換泥漿、合理應用氣舉反循環等方法均具有可行性，能夠給成樁質量提供保障。

4.施工注意事項

（1）由于硅藻土具有較高的穩定性，因此在開孔時，可把使用最廣的膨潤土當作泥漿，當其到達硅藻土層之后，硅藻土吸附會膨潤土，使其與硅藻土發生結合。但是，由于硅藻土無粘結性會讓兩者結合后形成的混合物會減小泥漿的護壁性，因此當膨潤土穿過硅藻土之后，應再次造漿，置換出孔內含有硅藻土的泥漿，降低混在泥漿里的硅藻土含量，以便于形成純度較高的膨潤土護壁，進而增強硅藻土層和砂層孔壁之間泥皮的密實性，避免出現由于硅藻土吸水而發生膨脹的現象，加強了孔壁的穩定性。

（2）選用內徑大小為1.5m的鋼護筒，當達到第一層砂層底的標高且混凝土澆筑完成后，無需拔出護筒；為了防止灌注樁孔的內部出現由于泥皮厚度增加而發生縮徑，要利用加長護筒和直徑1.4m的探籠進行掃孔。

（3）為了確保灌注樁有足夠的厚度，在澆筑混凝土時，要避免孔內殘留的硅藻土停留在鋼筋籠和孔壁中間，對此，要加大成孔樁徑；為了保障1.3m的有效樁徑以及外徑為1.15m的鋼筋籠，需選用直徑為1.44m的回旋鉆頭和沖錘進行成孔操作。

5.結語

綜上所述，鉆孔灌注樁在現代工程建設領域的應用頻率較高，但遇硅藻土地質條件時，存在難度大、可控性欠佳的問題，對施工質量提出較高的要求，本文則對具體的施工方法展開分析，希望所提內容可作為類似工程的參考。