復(fù)雜地層灌注樁成孔施工淺談

謝秋明

（江西省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 330095）

隨著建設(shè)工程的不斷發(fā)展，鉆孔灌注樁作為一種最為常見的基礎(chǔ)形式，其施工工藝也變得多元化。鉆孔灌注樁作為地下隱蔽工程工藝復(fù)雜，正確選定成孔方式，合理安排施工流程是鉆孔灌注樁施工成敗的關(guān)鍵。灌注樁是直接在樁位上用機(jī)械成孔或人工挖孔，在孔內(nèi)安放鋼筋、灌注混凝土而成型的樁。灌注樁按成孔方法分為泥漿護(hù)壁成孔灌注樁、沉管灌注樁、干作業(yè)鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁等[1]。泥漿護(hù)壁成孔是利用泥漿保護(hù)穩(wěn)定孔壁的機(jī)械鉆孔方法。泥漿護(hù)壁成孔方法主要有正、反循環(huán)鉆孔、旋挖成孔、沖擊成孔等。本工程在江西九江地區(qū)，地層復(fù)雜，下部基巖為泥質(zhì)粉砂巖和礫巖互層，并夾有溶洞。通過施工勘察查明樁孔地質(zhì)情況、根據(jù)樁孔不同地層情況，分類選用成孔方式，成孔主要采用旋挖成孔和沖擊成孔。

1 工程概況

工程位于九江柴桑區(qū)，擬建項(xiàng)目基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑為900mm和800mm，樁端入中風(fēng)化巖要求大于2d，有效樁長約12m～41m，總樁數(shù)1376根。

2 場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，場地地層自上至下一般為：第四系全新統(tǒng)人工層（Qml），第四系沖洪積層（Q4al+pl）；下第三系新余群（Exn）泥質(zhì)粉砂巖、礫巖及其風(fēng)化層。可細(xì)分為：

2.1.1 第四系人工填土(Q4ml)

素填土(Q4ml)：場地大部分有揭露，主要成分為黏性土，其次為漂卵石、泥礫，漂卵石粒徑多在5cm～50cm之間，含量約占15%～20%，局部夾磚塊、砼塊等建筑垃圾，未自重固結(jié)，力學(xué)性質(zhì)差。層厚0.50m～6.5m，平均厚度1.49m。

2.1.2 第四系沖洪積層（Q4al+pl）

粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：場地大部分有揭露，灰褐色、褐黃色，可塑狀為主，局部硬塑狀，以粉黏粒、砂粒為主，力學(xué)強(qiáng)度一般。揭露層厚為0.60m～3.60m，平均厚度為1.70m。

卵石（Q4al+pl）：該層全場地均分布，灰白、灰黃色，飽和，稍密-中密狀。成分主要為卵石，卵石母巖以砂礫巖為主，孔隙間多充填細(xì)砂或黏性土，卵石粒徑一般在6cm～12cm左右，局部夾漂石，漂石一般粒徑為20cm～30cm，個(gè)別大者達(dá)50cm以上，揭露層厚為2.00m～16.00m，平均厚度為6.87m。

2.1.3 第三系新余群 (Exn)

第三系新余群(Exn)按風(fēng)化程度分為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層，其中風(fēng)化層主要表現(xiàn)為泥質(zhì)粉砂巖與礫巖互層，并夾有溶洞。對其工程地質(zhì)特征分述如下：

全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（Exn）：該層全場地均分布，本層呈紫紅色，巖體風(fēng)化劇烈，原巖結(jié)構(gòu)已基本風(fēng)化成土狀，底部局部夾有未風(fēng)化完全的礫石，硬塑狀為主，局部為可塑狀，干鉆可進(jìn)，為極軟巖，揭露層厚為1.50m～31.20m，平均厚度為14.65m。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（Exn）：場地部分有揭露，紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。主要成分為次生黏土礦物和石英砂粒，巖石強(qiáng)烈風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)清晰可辨，巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，揭露層厚為0.20m～11.60m，平均厚度為2.22m，層底埋深為9.00m～40.00m。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（Exn）：場地大部分有揭露，紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)與鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育，裂隙面上鐵錳質(zhì)渲染。巖芯呈短柱狀、柱狀，暴露在空氣中易風(fēng)化、崩解。為極軟巖，巖體完整程度較破碎～較完整，巖體基本質(zhì)量等級為 V 級。該層與中風(fēng)化礫巖互層，并夾有溶洞。該層未揭穿。揭露層厚為0.40m～10.20m，平均厚度為4.51m，層頂埋深為9.00m～46.00m，層頂標(biāo)高-28.65m～7.26m。

中風(fēng)化礫巖（Exn）：場地大部分有揭露，灰白色、淺灰色，中厚層狀構(gòu)造，砂礫狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，礫石成份主要為灰?guī)r及硅質(zhì)巖，礫徑多為0.5～5cm，磨圓度較好，多呈亞圓狀。礫石含量約占70%，填隙物約占30%，孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物以硅質(zhì)為主。巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，巖芯多以柱狀為主,RQD=60%～90%,巖質(zhì)屬較軟-較硬巖，基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，工程性能一般～良好。該層巖層頂面位置鉆探過程中局部存在漏水現(xiàn)象，該層局部區(qū)域與中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖互層，并夾有溶洞。該層未揭穿。揭露層厚為0.20m～8.10m，平均厚度為4.63m，層頂埋深為18.00～45.20m，層頂標(biāo)高-28.03m～-0.40m。

溶洞：無規(guī)律揭露于中風(fēng)化巖層中和基巖面以上，為無充填、半充填或全充填狀態(tài)，充填物主要為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾礫石，充填物以軟塑狀為主，局部可塑狀、流塑狀，大部分溶洞存在漏水現(xiàn)象，局部存在掉鉆現(xiàn)象，遇到溶洞均采用套管跟進(jìn)方法護(hù)壁。溶洞充填物實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為1～8擊，平均值為3擊。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件及本次勘察查明，擬建場地地下水類型可分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙溶隙水三種類型，現(xiàn)分述如下：

2.2.1 上層滯水

上層滯水賦存于上部①素填土中，連通性較差，無連續(xù)的水位面，季節(jié)性存在，水量小，主要接受大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給，水位及水量受季節(jié)性變化影響大。

2.2.2 松散巖類孔隙水

第四系松散巖類孔隙水主要賦存于③卵石中，具微承壓性。主要接受降雨的垂直入滲補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化，枯水期及平水季節(jié)水位下降，豐水期地下水位上升。勘察期間屬平水期，實(shí)測得地下水初見水位埋深0.60m～8.20m；地下水穩(wěn)定水位埋深0.30m～7.70m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為14.93m～16.14m。含水層一般厚度為2.10m～10.60m左右，水位年變幅1m～3m左右。地下水與八里湖水力聯(lián)系較密切，地下水水量較豐富。

2.2.3 基巖裂隙溶隙水

基巖裂隙溶隙水主要賦存于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖裂隙、中風(fēng)化礫巖層裂隙溶隙中，為承壓水層。

3 施工中需解決的問題及應(yīng)對措施

場地地層條件復(fù)雜，下部基巖為泥質(zhì)粉砂巖、礫巖，局部區(qū)域中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與中風(fēng)化礫巖互層，并夾有溶洞，溶洞無規(guī)律揭露于中風(fēng)化巖層中和基巖面以上，為無充填、半充填或全充填狀態(tài)，充填物主要為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾礫石，充填物以軟塑狀為主，局部可塑狀、流塑狀[2]。勘探深度范圍內(nèi)揭露溶洞見洞率47.8%，線溶率28.0%，巖溶發(fā)育等級屬于強(qiáng)發(fā)育，溶洞高度最大為15.8m。并且中風(fēng)化巖層起伏較大。

針對復(fù)雜地層如何選用成孔方式，保證工程質(zhì)量、滿足進(jìn)度要求，降低施工成本是本工程的關(guān)鍵。對于這樣的復(fù)雜地層可考慮的成孔方式主要有旋挖成孔和沖擊成孔。旋挖成孔進(jìn)度快，但對于無充填、半充填溶洞及充填物為流塑狀的溶洞處理復(fù)雜、進(jìn)度慢、成本高。沖擊成孔進(jìn)度慢、對地層的適應(yīng)性較強(qiáng)、采取針對性措施的各種溶洞均可處理。通過前期的試樁及總結(jié)以往的成功經(jīng)驗(yàn)，提出如下應(yīng)對措施：①對每根樁進(jìn)行施工勘察，查明地層情況及溶洞情況；②對沒有溶洞或全充填溶洞且充填物為可塑狀、軟塑狀的樁，采用旋挖成孔；③對無充填、半充填溶洞或全充填溶洞且充填物為流塑狀的樁，采用沖擊成孔；4、由于樁基成孔時(shí)樁孔內(nèi)灌滿了泥漿，灌注混凝土產(chǎn)生的液柱壓力及灌注混凝土的過程中使孔內(nèi)的水產(chǎn)生的超孔隙水壓力，在巨大的壓力作用下樁孔容易沖破與周邊溶洞相連的土層，和附近的溶洞形成滲流通道。因此對沒有溶洞的樁，當(dāng)它周邊較多樁孔有溶洞時(shí)，也采用沖擊成孔。

4 施工工藝

4.1 旋挖成孔施工

4.1.1 護(hù)筒埋設(shè)

根據(jù)樁位中心及其臨時(shí)護(hù)樁定位護(hù)筒并埋設(shè)。護(hù)筒的埋置深度不得小于1.5m，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑 100mm，且護(hù)筒內(nèi)無突出物，應(yīng)耐拉、耐壓，不漏水。護(hù)筒外側(cè)以濕潤的黏土填塞，搗夯密實(shí)，必要時(shí)灑水滲透密實(shí)

4.1.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位時(shí)，地基要有足夠的承載能力，以確保鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中不會(huì)發(fā)生傾斜、位移和沉陷。鉆機(jī)就位后，利用鉆機(jī)的自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)，對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對鉆桿的垂直度進(jìn)行調(diào)整，并校正樁位。每天至少一次用水平尺或線錘對鉆桿垂直度進(jìn)行校核，以確保成樁孔的垂直度。

4.1.3 鉆進(jìn)成孔

旋挖成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。結(jié)合本工程鉆孔樁的地質(zhì)情況，回填土鉆頭采用挖斗鉆頭，清孔時(shí)采用平底鉆頭。嵌巖時(shí)采用截齒桶鉆，有局部砂巖的樁采用螺旋鉆頭。

4.1.4 清孔

根據(jù)不同地質(zhì)和現(xiàn)場條件，采用正循環(huán)和反循環(huán)兩種方式進(jìn)行清孔；或采用專用清底旋挖鉆斗掏渣，同時(shí)注入凈漿進(jìn)行泥漿置換。

4.2 沖擊成孔施工

4.2.1 沖孔鉆機(jī)就位

沖孔鉆機(jī)就位前，應(yīng)對沖孔前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，包括主要機(jī)具設(shè)備的檢查和維修，全面檢查鉆機(jī)的各運(yùn)轉(zhuǎn)部位是否靈活可靠，潤滑油是否夠量，沖孔鉆機(jī)安裝是否平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移和沉陷，天車、沖頭和樁位中心三者應(yīng)在同一鉛垂線上，開孔的孔位必須準(zhǔn)確。

4.2.2 沖孔

開沖時(shí)，應(yīng)稍提沖頭，在護(hù)筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)造漿，開動(dòng)泥漿進(jìn)行循環(huán)，待泥漿均勻后以抵擋慢速開始沖進(jìn)，使護(hù)筒腳處有牢固的泥皮護(hù)壁。沖至護(hù)筒腳下1.0m后，方可按正常速度鉆進(jìn)。沖進(jìn)過程中必須保證沖孔的垂直。沖進(jìn)過程中，要隨時(shí)觀察孔內(nèi)水位及進(jìn)尺變化情況，沖機(jī)的負(fù)荷情況，以便判斷塌孔或漏漿。沖進(jìn)過程中，對于地層交界處軟硬不勻，顆粒粒徑大小懸殊，采用低速慢沖，上下反復(fù)掃孔，并隨時(shí)注意沖孔垂直度檢測；在松軟土層中沖進(jìn)，根據(jù)泥漿補(bǔ)給情況控制沖進(jìn)速度。沖進(jìn)過程中，經(jīng)常注意泥漿指標(biāo)變化情況，并掌握好孔內(nèi)泥漿面高度，發(fā)現(xiàn)變化后及時(shí)調(diào)整。上下沖時(shí)發(fā)現(xiàn)阻力大的易縮徑孔段，應(yīng)采取上下來回反復(fù)劃圓掃孔以保證孔徑達(dá)到要求。

4.2.3 溶洞的處理

在沖孔樁施工之前，必須準(zhǔn)備充足的溶洞處理材料，包括片石、碎石、黏土、鋼護(hù)筒等。

根據(jù)場地溶洞發(fā)育的情況，可采取如下4種方案相結(jié)合使用來進(jìn)行溶洞處理。

（1）回填造壁法。出現(xiàn)溶洞時(shí)回填片石黏土，打密集實(shí)造壁，必要時(shí)還應(yīng)回填混凝土或水泥。

（2）灌注混凝土。出現(xiàn)大溶洞時(shí)，采取跟樁身同標(biāo)號(hào)混凝土灌注的方法，待混凝土凝固后再開始沖進(jìn)。

（3）巖溶注漿預(yù)處理。在沖孔樁施工前，對溶洞進(jìn)行注漿填充處理。

（4）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。溶洞較大可采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工。

5 樁基檢測結(jié)果

按上述方法，項(xiàng)目樁基全部順利施工完成。17棟高層住宅樓及地下室，總樁數(shù)1376根樁，靜載檢測56根樁，單樁豎向承載力全部滿足設(shè)計(jì)要求；鉆孔取芯檢測56根樁，樁身完整性類別均為Ⅰ類樁，樁身混凝土芯樣單軸飽和抗壓強(qiáng)度檢測值均滿足設(shè)計(jì)要求；低應(yīng)變檢測1376根，Ⅰ類樁1374根，占樁數(shù)的99.85%，Ⅱ類樁 2根，占樁數(shù)的0.15%，未見Ⅲ，Ⅳ類樁，檢測結(jié)果樁長與設(shè)計(jì)樁長基本吻合，樁身完整性較好滿足規(guī)范要求，樁底持力層滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

對于復(fù)雜地層的灌注樁施工，投入設(shè)備大面積施工前，應(yīng)通過施工勘察查明地質(zhì)情況，通過分析研判選定施工設(shè)備，通過試樁驗(yàn)證施工的可行性。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后再開始大面積施工，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況，分類選用成孔方式。