復雜地質情況下沖孔灌注樁施工技術

王慶國

（福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

建甌市下水南片區棚戶區改造龍船塘安置房建設項目3#、5#樓位于建甌市下水南八路，結構類型為框剪結構，總建筑面積為13486.33m2。地上16 層，地下室為1 層，地下建筑面積為2849.26m2，建筑高度為49.9m。地下室使用功能為機動車停車庫，地上1 層使用功能為架空層、配電間、物業用房、商業及住宅門廳，2 層使用功能主要為商場與住宅，3 層以上使用功能均為住宅。樁基形式為沖孔灌注樁，設計樁基類型為端承樁，混凝土強度為C30，持力層為中風化花崗巖，樁徑為800mm，設計單樁抗壓承載力為3500kN，樁長為25～30m，要求樁端嵌入持力層≥1.0m。

2 地質條件及水文情況

2.1 地質條件

基坑開挖范圍的場地土層從上到下分別為：（1）雜填土（局部為耕土），主要成分為煤矸石、碎石、黏性土和磚頭，局部含有植物根系和少量腐殖質，松散為主，均勻性差，屬于高壓縮性土，層厚0.70～6.50m；（2）粉質黏土，可塑為主，局部含有粉細砂和砂礫石，刀切面較光滑，層厚0.70～7.10m；（3）細砂，主要成分為石英和長石質為主，結構松散，粒徑＞0.075mm 的顆粒含量約為90%，黏粒含量約為10%，級配相對較差，層厚6.80～11.20m；（4）卵石，稍密～中密為主，粒徑為2～10cm，主要以硬質巖為主，風化程度中等，呈次圓狀，卵石含量約55%，卵石間填充物以粉黏粒和粗細紗為主，粗砂含量約為15%，細砂含量約為5%，礫石含量約為20%，粉黏粒含量約為5%，分選性差，層厚5.80～13.50m；（5）砂質黏土，主要成分為黏性土和石英砂，可塑為主，石英砂含量約25%～40%，層厚0.60～2.40m；（6）砂土狀強風化花崗巖，主要成分為長石和石英，散體狀構造，節理裂隙發育好，褐黃色，屬于極軟巖，局部存在厚度為0.9～2.5m 孤石，孤石的巖質與持力層相同，層厚4.30～14.30m；（7）碎塊狀強風化花崗巖，碎塊塊徑約2～8cm，片理狀結構，裂隙發育，屬于軟巖，層厚3.50～9.30m；（8）中風化花崗巖，塊狀構造，巖面較為陡峭，巖層傾角約為35°～55°，巖體相對完整，為較硬巖，層厚4.10～7.70m。

2.2 水文情況

地下水主要為松散層孔隙潛水和基巖孔隙裂隙潛水，松散層孔隙潛水主要賦存于雜填土層中，水源主要來自臨近水源和大氣降水補給。基巖孔隙裂隙潛水主要以側向徑流補給為主，地下水的埋深為2.50～4.20m，承壓水的深度為4.60～5.80m，地下水較為豐富。

3 樁基施工難點剖析

工程地質條件較為復雜，巖層中存在細砂層、卵石層和孤石，樁基成孔面臨著偏孔、塌孔和縮頸等施工難題。孤石的巖質為中風化花崗巖，巖層強度高，常規的樁錘重量為3t，孤石厚度較大，砍巖進尺緩慢，樁錘磨損嚴重，需要采取妥善的技術措施來解決成孔遇到的施工難題。地質中存在深厚的細砂層和卵石層，常規的泥漿性能難以滿足護壁穩定性的需求，應提高泥漿的黏度，保證護壁的安全性。本工程風化巖的厚度較大，再加上存在孤石、細砂層和卵石層，成孔過程中產生的巖屑和細砂顆粒較多，導致孔底的沉渣厚度超過設計要求，常規的正循環清孔工藝所需的時間較多，由于承壓水的存在，泥漿容易被稀釋，孔壁穩定性難以保證，需要選擇合適的清孔工藝來縮短清孔時間。持力層巖面陡峭，沖擊成孔容易出現斜孔現象，應采取合理的處理措施。

4 沖孔灌注樁施工技術

4.1 施工工藝流程(見圖1)

圖1 沖孔灌注樁施工工藝流程圖

4.2 地質補勘

由于砂土狀強風化花崗巖存在孤石，為了更好地了解孤石的實際位置、埋深及厚度等情況，經過建設單位同意后在揭示有孤石的區域內進行地質補勘，在樁基承臺的中心各補勘1 孔，原先地質勘察中存在的孤石最大厚度為2.5m，因此，地質補勘時要求中風化花崗巖厚度≥4m。將補勘的成果對地質柱狀圖進行完善與補充，從而確定持力層的深度。

4.3 PAM 泥漿制備

由于地質中存在深厚的細砂層和卵石層，常規的膨潤土泥漿性能難以滿足護壁的需求，為了提高泥漿護壁和攜渣的效果，在常規泥漿中摻入適量的純堿和聚丙烯酰胺（PAM）[1]，PAM 需要現場水解，將NaOH∶PAM∶水=1.15∶10∶70 的比例在攪拌機里攪拌均勻，使得PAM 充分水解。PAM 泥漿具有泥皮致密、黏度高和失水量少等優點，能夠有效地改善泥漿性能，確保護壁效果。PAM 的摻量為20～30kg/m3，成孔過程中根據泥漿指標來合理地調整PAM 的摻量，確保泥漿的質量。

4.4 沖擊成孔

本工程沖孔灌注樁的樁位軸線偏差≤50mm，在鋼絲繩與樁錘連接處設置自轉向裝置[2]，以此來解決粉質黏土層與砂質黏土層容易發生的梅花孔及粘鉆等施工問題。在樁孔邊上堆放一定數量的黏性土和片石，為偏孔處理做好準備。剛開始沖擊成孔時應采用0.4～0.6m 的小沖程進行低錘密擊，泥漿比重為1.3～1.4。當沖擊至鋼護筒以下2m時即可將沖程調整至2m 繼續沖擊。沖擊至粉質黏土層時，為了減少粘鉆現象發生，可以投入適量的片石，沖程根據需求調整1～2m，泥漿比重調整為1.3～1.4。待沖擊至細砂層時，投入制備的優質泥漿，將泥漿比重調整為1.4～1.5，降低沖程至0.5～0.8m，在沖擊過程中應不斷掃孔，避免出現縮頸現象。沖擊至卵石層時，由于卵石層對樁錘的磨損較為厲害，在樁錘底部應加焊合金鋼牙[3]，泥漿比重調整為1.3，提高沖程至2～3m。當鋼絲繩出現往一側劇烈晃動時，應將黏性土和片石投入孔內至偏孔處0.5m，接著低錘密擊后再加大沖程進行成孔。砂質黏土和砂土狀強風化花崗巖的沖程應調整為2～3m，泥漿比重調整為1.3～1.4。沖擊至孤石和碎塊狀強風化花崗巖時，將樁錘重量由3t 更換成5t，樁錘底部加焊鋼牙，泥漿比重調整為1.3，沖程調整為3～4m，以重錘快打的施工方法加快砍巖的速度，遇到巖面有傾斜的情況，應將片石和黏性土投放到傾斜面位置以上1m，接著繼續沖擊成孔[4]。沖擊至持力層時，按照規定通知監理工程師到現場確定持力層，持力層確定后再繼續進尺1m 即可停止沖擊。在沖擊成孔過程中應時刻關注護筒水頭高度，及時補充優質泥漿。在成孔過程中，采用2 臺經緯儀檢查鋼絲繩的垂直度偏差，樁孔的垂直度偏差控制在1%之內，如果垂直度偏差超過規范要求，應立即分析原因，提鉆修孔，使得孔壁垂直度偏差≤1%。在排渣處安裝泥漿分離器，將泥漿中的細砂和巖屑分離出來，使得泥漿的含砂率滿足施工規范要求。

4.5 清孔

由于沖擊成孔過程中產生的巖屑和細砂較多，再加上地下水對泥漿的稀釋作用，使得孔底沉渣厚度較大。經過討論與研究之后，決定采用氣舉反循環法的清孔工藝[5]。采用砂石泵直接將孔底沉渣與泥漿混合物抽排到沉淀池，將優質泥漿補充到孔內。二次清孔后對泥漿比重、沉渣厚度、泥漿黏度和含砂率等技術指標進行量測，量測結果均符合設計及施工規范要求。

4.6 鋼筋籠加工與安裝

鋼筋籠嚴格按照施工圖紙要求在特制的模具上進行加工，主筋為12 根直徑為14mm 的螺紋鋼筋，箍筋為直徑為8mm 的螺旋圓鋼，十字撐和加勁箍采用直徑為16mm 的螺紋鋼筋，主筋與螺旋箍筋之間采用點焊形式進行固定，主筋接頭在同一水平面上應錯開達50%以上，錯開距離應≥500mm 且＞35d。主筋的接長采用單面焊形式，搭接長度為10d。加勁箍設置間距為2m，十字撐設置間距為4m。鋼筋保護層厚度為50mm，采用水泥砂漿墊塊掛設在主筋上，設置數量為3個。將注漿管對稱預埋在鋼筋籠內側，注漿管采用內徑30mm 無縫鋼管，注漿管采用套管焊接進行接長，注漿管下端與孔底距離為0.5m，上端露出地面為0.3m。鋼筋籠采用吊車輔助垂直徐徐下放，鋼筋籠的中心應與樁孔中心重合，上下兩節鋼筋籠接長焊接時應對齊，焊接應牢固可靠，待焊縫自然冷卻后方可繼續下放至設計高程，鋼筋籠的軸線偏差及高程經復核無誤后采用直徑為16mm 的吊筋固定在鋼護筒槽鋼上。

4.7 水下混凝土灌注

本工程導管采用螺紋鋼導管，直徑為300mm，導管下放之前應注水做抗拉和密閉試驗，試驗無滲漏后即可投入使用。O 形密封圈的性能應符合施工規范要求[6]，導管下放后其底端距離孔底為0.3～0.5m。在料斗裝滿坍落度為180～220mm 的混凝土后，剪斷隔水球繩子同時將運料車剩下的混凝土全部注入料斗，使得首灌獲得成功。根據混凝土液面的高度計算好導管的拆除節數，導管的拆除應安排專人負責，導管埋入混凝土深度應控制在2～6m，水下混凝土灌注應連續，在等待運料車時，應將導管上下插拔0.5m，防止混凝土出現斷樁現象。混凝土按照設計要求超灌1m。

4.8 樁底注漿

沖孔灌注樁施工完成后1d，應預壓開塞使注漿管注漿通道得以疏通。成樁7d 后采用電動式泥漿泵將水泥漿注入樁底，采用P·O42.5水泥，在自來水中摻入水泥攪拌成水灰比為0.5 的水泥漿，注漿順序為樁基外圍往內部，與成孔樁基的距離為8～10m，注漿壓力為6MPa。注漿以設計單樁注漿量為控制標準，注漿量為1.5t。

5 結束語

沖孔灌注樁全部施工完成后按照設計要求的檢測數量做取芯、動測和靜載試驗，樁基試驗結果均滿足設計要求，I 類樁的比例為90%，芯樣完整連續，抗壓強度和樁長滿足設計要求，樁基質量合格。實踐表明，存在深厚細砂層、卵石層、孤石和地下水豐富等復雜地質情況下，采用地質補勘、制備PAM 泥漿、樁錘補焊鋼牙，重錘快打和氣舉反循環法清孔等施工技術能夠有效地解決偏孔、塌孔、縮頸和孔底沉渣厚度較大等施工難題，取得良好施工效果。