粉砂層地質條件下超長樁基施工質量控制

劉 佳（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

為滿足復雜地質條件下的樁基施工，應制定完善的施工方案，選擇合理的施工技術。同時，明確樁基施工后的質量與工程地質情況之間的聯系，尤其是在粉砂層地質環境中，如果出現施工中混凝土配合比不合理、泥漿配制質量不標準等缺陷，便極易出現施工后孔壁坍塌、縮頸等方面的質量問題。

1 工程概況與現場水文地質情況

該工程項目為某地區年度重點工程，根據現場勘驗，總結該項目的概況，見表1。

表1 工程項目概況

通過地質結構采樣，現已知施工區域為粉砂層地質，對施工場地內土層分布與特征進行分析，見表2。

表2 施工場地內土層分布與特征

2 粉砂層地質條件下超長樁基施工質量控制

2.1 埋設鋼護筒

為提高超長樁基施工質量和結構穩定性，將鋼護筒作為支撐結構，將其埋設在樁基中心位置[1]。利用全站儀，通過放樣的方式確定超長樁基的中心位置，并按照“十”字型埋設護筒，以此起到護樁作用。在超長樁基礎施工部位，采用挖掘機開挖直徑為40m、內徑大于護筒1m的圓坑[2]。在施工中，為了防止坍塌和滲漏，將鋼護筒的長度設置超過樁基3m～5m。同時，在已經完成開挖的基坑當中回填厚度為0.5m 的黏性土，并采用分層方式夯實，在完成上述操作后還需要對其表面進行整平處理，確保表面平整度。在埋設過程中，采用測量放樣的方式，在鉆孔底部中央位置做記號。將鋼護筒放入到挖好的圓坑結構當中，并根據實際情況對鋼護筒的位置進行調整，保證鉆孔中心位置與鋼護筒的中心位置一致[3]。鋼護筒頂部應當超過施工地面至少0.3m。圖1為鋼護筒埋設結構示意圖。

圖1 鋼護筒埋設結構示意圖

2.2 制備泥漿材料

在超長樁基施工時，在泥漿池當中完成對泥漿材料的制備、循環以及沉淀。針對工程場地的具體條件，設置并合理布置泥漿池，盡可能少占用土地資源[4]，在每一個墩位上分別設置一個泥漿池。在后續混凝土澆筑時，需要確保泥漿池當中容納的泥漿量能夠符合施工需求量[5]。泥漿池包含沉淀池和循環池兩部分，要求泥漿池的體積需要比樁基的大，通常情況下應當超過1.25倍，沉淀池與循環池之間需要按照1:2的比例進行分配。為確保分配方便，可直接在泥漿池中設置隔離帶，實現對兩種功能池的區分，同時在中間還需要設置濾網，如圖2所示。

圖2 泥漿池布置圖

在泥漿池設置完成后，利用膨潤土、水、燒堿，按照特定的比例完成對基漿的配置[6]。對于新制備的泥漿而言，要求每一立方米，水、膨潤土、燒堿之間的配比為1000:120:1。基漿的黏度應當控制在20s～22s 范圍內；容重應控制在1.05g/cm3～1.20g/cm3范圍內；含砂率應控制在4%以內；pH值在8～10之間。

2.3 鉆孔施工

由于樁基需要穿過砂層，因此使用旋轉鉆機完成鉆孔施工。鉆進時，要根據地質條件來控制進尺速度，并在由硬巖到軟巖的條件下增加鉆速；從軟巖到堅硬的巖石要減速；在易出現收縮的地層中，適當加大鉆進次數，以避免鉆頭縮徑；為了提高鉆井效率，在硬塑層上應用了高速鉆井技術[7]。當施工中遇到較為松散的粉砂層時，則應該適當增加泥漿的相對密度和黏性。針對不同的地質條件，需要配制的泥漿比重為：在黏土層和粉土層上將泥漿比重控制在1.05～1.10 范圍內；在砂或砂礫等結構層上，將泥漿比控制在1.10～1.20 范圍內。

2.4 鋼筋籠施工

在完成鉆孔施工后，制作鋼筋籠結構，鋼筋籠制作的具體步驟為：

第一步：制作內圈鋼筋籠。首先制造內環和內環加勁環，內環加強環與縱肋的內側搭接焊，內環與內環縱肋的外側搭接焊。

第二步：制作外圈鋼筋籠。首先制造胎膜和外環加勁環，然后用外環加勁環將外環縱筋的內側搭接焊固定，外環與外環縱筋的外側搭接焊，外環縱向肋的外環與外環縱向筋的外環焊接，在籠頂處設有一條加固環[8]。

第三步：用內環緊固加勁環將外環與內環相連接，內環采用“井”字，“井”字的空心部分與內環焊接，8 個“井”字延伸部分與外環焊接成一體。

第四步：安裝和布置聲測管、鉆芯管、冷卻管、樁側注漿管、樁端注漿管等。

圖3為鋼筋籠基本結構示意圖。

圖3 鋼筋籠基本結構示意圖

利用鋼筋籠式滾焊機對鋼筋籠進行分段加工，在鋼筋籠加工完畢后，選擇25t 的吊車和架空吊車，將其運輸到工地。鋼筋籠由1輛25t的小車吊車卸載、連接。

2.5 導管安裝與混凝土澆筑

導管主要包括漏斗、固定架、導管主體、導管吊具等結構。采用規格為Φ300×12的無縫鋼管作為導管主體，管道連接部位設有兩個密封環，以確保其密封性。導管固定支架由鋼與鋼結合而成。25t 汽車吊車在下管時，必須保證導管在孔的中心位置。本工程項目當中的樁基采用C25強度等級的混凝土材料。首次灌漿采用了抽吸法，在管道中放置了球囊作為隔離塞。在完成第一次灌注后，采用0.3m3的小型料斗進行樁基的澆筑。在澆注混凝土時，護套的泥漿表面必須保持在地下2m以上。

3 實驗

3.1 施工難點

（1）施工場地下部地下水壓力較大，涌水量可以達到0.45L/s，且地下水位越高，不僅對成孔和混凝土的最終密實度造成不利影響，而且還會使樁身混凝土中的水泥漿由于地下水的沖刷而松動，從而造成樁身冒水，影響樁基承載力。

（2）根據工程地質條件，樁基施工必須通過一層厚度較厚的粉砂層，通過這一層需要很長的工作時間，而粉砂層自身又不利于形成鉆孔的護墻。

（3）由于工程地質條件及設計對樁基自身的要求較高，即便在施工中出現極小偏差，單樁承載力將無法滿足設計要求。

（4）由于樁基自身結構較長，勢必會在施工中出現成孔、清孔的過度耗時，而空置的時間越長，造成塌孔和縮頸的風險越大。

3.2 現場施工方案

在超長樁基成孔工藝中，可按照隔孔施工的方法，在樁體周圍形成孔，然后在孔中注漿。考慮到施工中周圍土壤的擾動會對樁體產生較大的應力，特別是在成樁初期，樁體的混凝土強度較低，容易出現塌孔、縮徑等問題，因此，需要在施工中控制樁體的間距，對其間距的設計，可按照下述公式計算。

式中Q代表樁體間距，I代表混凝土強度，l1代表預設前樁位置，l2代表預設后樁位置。

在鉆孔過程中，要做好對鉆孔速度與鉆進速度的控制，使鉆孔直徑大于其他地層，有利于鋼筋籠的順利放入。同時，通過增加泥漿的比重、黏性，達到平衡壓力水的稀釋效果，達到鉆井成孔時孔壁穩定的目的。

在復查鉆頭長度時要特別注意鉆桿的彎曲，明確鉆頭的直徑對鉆孔的尺寸有很大的影響，在施工中要經常檢查鉆頭的直徑，如果鉆頭的磨損大于10mm，應立即更換。

在沉箱施工時，應注意鋼筋籠的穩定沉降，以及在沉陷時，避免與孔壁發生碰撞；在吊運時，若有障礙物，不可用重物壓下，以免造成塌孔、鋼筋籠變形，應立即停止吊起，并找出原因；如果是由于成孔錯位造成的，則要復鉆進行修正，在確定了成孔質量之后，才能進行吊裝。此外，在混凝土澆筑之前，必須使用管道進行二次清孔，在孔口的回漿比重和沉渣厚度達到規定值后，必須立即進行水下混凝土的灌漿，以確保現場施工的規范性。

3.3 單樁承載力檢驗

將單樁承載力作為質量驗收標準，完成施工后，對其進行承載力檢驗。檢驗結果見表3。

表3 單樁承載力檢驗結果

4 結語

（1）根據表3 單樁承載力檢驗結果，DZ-1～DZ-14均達到了＞3500kN的標準，證明此次設計的施工方法在實際應用中的效果良好，可以使竣工后的工程在驗收中達到預期的質量標準。

（2）完成上述測試后，對樁基沉降量進行綜合分析，經過階段性的實驗，明確了樁基在施工后并未發生沉降。進一步證明了此次設計的施工方法在工程中應用的可行性。