基于粉、砂類土質中大直徑深孔樁施工技術

趙國英

摘要：依托雄忻高鐵五臺山機場特大橋樁基施工，針對跨滹沱河連續梁大直徑深孔樁在粉、砂類地質環境中的施工以及施工過程中所存在的問題，闡述樁基礎施工方法，并對其進行對比及總結，通過對鉆孔灌注樁的施工工藝對比、調整護筒長度、問題處理等相關施工成孔技術的歸納，確保施工效率和施工質量，從而為此類地質下大直徑深孔樁基礎施工提供參考。

關鍵詞：橋梁工程；大直徑深孔樁；粉、砂類地質；成孔技術

1? ?工程概況

五臺山機場特大橋全長28569.92m，含雙線簡支箱梁837榀，涉及跨越既有公路、鐵路、河流等特殊結構7處，主要施工內容為橋梁轉體、支架及懸臂澆筑。其中跨滹沱河處采用（60+100+60）m雙線連續箱梁懸臂澆筑。

2? ?鉆孔施工技術要點

2.1? ?施工準備

根據平面控制網及高程控制網，對測量基準點進行加密布置，確保施工所用基準點的準確性和便捷性。整平、壓實施工現場，根據現場地質條件及有無地表水等情況，采用機械對施工作業所需范圍內場地進行平整，使其滿足壓實標準。

施工范圍內作業功能區，按照標準化施工要求劃分，進行三級技術交底，針對不同的地質嚴格要求泥漿制備及施工指標。準備施工現場所需發電機、電焊機、泥漿分離器、泥漿泵、水泵、枕木等各類設備及工具。

2.2? ?護筒埋設

本工程鋼護筒采用1cm厚鋼板制作，護筒直徑大于樁徑20cm（樁直徑2.2m），結合現場要求，護筒需深入設計樁頂50cm，地面外露50cm，故按照11～12m制作，或制作為標準節段現場焊接。測放樁位中心，埋設護筒，控制護筒傾斜度≤1%，施作“十字”護樁，隨時復測。

2.3? ?制備泥漿

選合適位置放置成品鋼制泥漿箱，減少泥漿對環境的污染。泥漿一次儲存量為1.5倍單孔容量。常用泥漿為膨潤土參加外加劑配制，特殊地質可采用化學泥漿進行成孔作業。泥漿的配制應在符合規范指標要求的同時滿足現場施工，突出泥漿的護壁效果[1]。

2.4? ?鉆孔作業

鉆進前調整鉆機，使鉆桿中心與樁位對正，呈現豎直狀態。開始鉆孔時應低壓、慢鉆，以確保孔壁上部形成泥皮，達到泥漿護壁效果。鉆進過程中按照18～22r/min進行均勻鉆進，且鉆桿提升時應緩慢，同時保證鉆進時泥漿液面高度，減少鉆頭在升降過程中擾動孔壁。鉆至設計孔底深度附近時降低鉆進速度，控制樁基超鉆。鉆進過程中，根據鉆進深度及地質情況及時留取渣樣[2]。

2.5? ?清孔作業

成孔后請監理單位對孔型、孔經、孔深、傾斜度進行驗收，驗收完成后采用泥漿置換法對成孔作業泥漿進行置換，確保置換后的泥漿指標滿足規范及設計要求。

2.6? ?鋼筋籠的制作與吊裝

2.6.1? ?鋼筋籠制作

樁基礎所用鋼筋籠均為廠內集中加工，加工前針對樁長對鋼筋籠下料長度進行合理規劃，以使原材最大化利用。對于連續梁鋼筋籠的焊接，盡量在廠內焊接為成品大節段，以減少孔內焊接作業時間。縱向鋼筋接頭采用同軸雙面焊接，并按批次進行定量抽檢，保證鋼筋籠焊接質量。一般采用隨車起重機進行鋼筋籠吊裝、運輸，針對特殊孔跨大節段鋼筋籠，應設計專用炮車進行運輸，以減少成品鋼筋籠的變形[3]。

2.6.2? ?鋼筋籠安裝

鋼筋籠的安裝主要為人工配合機械進行吊裝，現場采用汽車起重機對鋼筋籠采取三點起吊，以防止發生較大變形。鋼筋籠進行孔口焊接時采用穿筋撐杠，固定于護筒兩側的方形枕木之上，孔口在護筒安裝后進行夯實整平。枕木主要用于鋼筋籠孔口焊接和灌注混凝土時對鋼筋籠進行固定，相較于放置于護筒上，可有效確保鋼筋籠的穩定性。

2.7? ?混凝土灌注

2.7.1? ?導管選取與安裝

常用的導管連接方式主要為搭接式、法蘭式、卡箍式，為了實現快速安裝，現場導管采用繩卡式連接方式，其較其他傳統方法更為便捷、快速。導管直徑應不小于300mm，同時可根據現場情況進行導管定制。導管安裝后進行水密承壓試驗，以確保導管能夠承受在混凝土灌注過程所形成的負壓力[4]。

2.7.2? ?混凝土灌注

混凝土灌注時配置不小于3m3混凝土料斗。混凝土開始灌注時不停歇補充料斗內混凝土，使混凝土連續灌注不小于7.96m3，保證混凝土首封成功，且導管埋深不小于1m。灌注過程中不斷測量導管長度與混凝土頂面高程，確保導管不被超拔、不埋置過深。樁基超灌不得少于80cm且不小于設計要求。

3? ?施工常見問題及處理

3.1? ?卡鉆

3.1.1? ?原因分析

粉土中砂類顆粒含量較高，其地質及力學特征接近于砂土性質。其黏性土顆粒含量較高時，其地質及力學特征接近于黏土性質，因此具有砂土和黏性土的雙重特性。鉆頭進入黏土層時，其鉆頭上下范圍段落地質主要呈現黏土性質，通過土體內部結合水作用呈現軟塑狀態。大直徑深樁基礎底部孔壁外部壓力大，且由于孔徑較大孔壁穩定性差，導致其形成初步孔壁縮徑。

鉆頭與孔壁粉土（體現黏土性質）及黏土摩擦力增大的同時，進一步形成封閉界面。加之操作手施工經驗不足，暫停之后急于提升鉆頭，導致鉆頭下方形成壓力差，即會發生黏吸卡鉆現象。發生卡鉆后由于現場處理不及時，機械對孔內土體擾動時間長，造成孔內局部坍塌。長時間泥漿未循環引發沉砂、鉆頭上部覆土，最終導致鉆機無法轉動和提升[5]。

3.1.2? ?處理措施

根據現場情況，在既有孔內下放導管，利用氣舉反循環原理進行覆土清除及泥漿護壁。但清孔效果不佳，且伴隨局部小型塌孔。

重新測定泥漿指標，具體指標如下：泥漿比重為1.24g/cm3，含砂率為0.5%，粘度為24s。循環泥漿漿液，同時在泥漿中增加纖維素、石灰粉進行調整，以減少泥漿含水率，增強泥漿整體穩定性。經過調整泥漿比重為1.29g/cm3，含砂率為0.3%，粘度為30s。

調整泥漿后，采用正循環進行鉆頭頂部覆土清理。清理過程中孔內孔壁穩定性較好，未發生新的塌孔，但整體施工速度較慢。現場研究，決定采用正循環和氣舉反循環同時進行清孔。此次兩種方式的結合帶來了很好的清孔效果，通過不斷清孔，完成鉆頭頂部覆土清理。

此時鉆頭雖能轉動，但仍無法提起鉆桿。采用500t起重機配合鉆機進行提鉆，效果仍不理想。通過分析認為，無法提鉆仍存在上下空間壓力差。現場在氣舉反循環的導管端部增設圓形鋼筋導向環，通過進一步循環鉆進，清理鉆頭周邊土體，。持續3h后鉆機恢復正常轉動和升降功能。

3.1.3? ?預防措施

滿足規范要求的同時，對泥漿指標進行模擬試驗。在指定壓力狀態下確定泥漿的比重、黏度、PH值、泥皮厚度及失水量，進而在原有基礎之上突破規范取值范圍，尋求與地層相適應的合理泥漿指標，增加泥漿整體穩定性、護壁能力的同時，提升其懸浮砂粒的能力，減緩沉砂速度。在粉、砂土質下進行大直徑深孔樁鉆孔過程中，需不停活動鉆具，防止沉砂過快產生卡鉆。同時減慢該地層中的鉆進速度，在鉆頭產生輕微阻力時緩慢轉動，對孔壁進行上下掃孔，避免形成黏性吸鉆。

旋挖鉆在黏土質粉土中鉆進時，要充分考慮地層段縮徑現象，通過增大泥漿比重調整孔內壓力，同時每鉆進一段進行一段掃孔作業，確保施工孔徑。

3.2? ?孔口或孔壁溜塌

3.2.1? ?原因分析

孔口或孔壁溜塌的原因如下：一是樁基處于地表水及地下水位較高地質時，孔外靜水壓力較大，由于孔內泥漿比重和泥漿水頭高度不足，造成孔壁內外壓差，導致孔口或孔壁坍塌。二是由于初始鉆進速度過快，泥皮厚度不足，未能形成有效護壁效果，造成粉、砂層地質滲水較大，導致孔壁溜塌。三是孔口周邊布置不合理，大型機械振動干擾大。四是鉆機操作不當和鋼筋籠對地層擾動較大，孔壁發生坍塌。

3.2.2? ?處理及預防措施

合理規劃場地布置，重型機械及較大動荷載遠離樁基礎布置。在粉、砂地質中增加護筒防護長度，或采用護筒嵌套施工，同時對護筒周邊填土進行夯實和防水處理。合理調配泥漿，滿足規范要求的同時，針對地質特點調整泥漿指標，適當突破規范值范圍。及時補充孔內泥漿水頭高度，確保孔內壓力。

孔口作業時，放慢鉆進速度，反復旋轉鉆頭，確保泥皮厚度，以保證孔口護壁效果。減少鉆機升降和鋼筋籠下放時對孔壁的碰撞和擾動，同時做好資源調配工作，縮短工序時間。

3.3? ?導管混凝土堵塞

3.3.1? ?原因分析

導管混凝土堵塞的原因如下：導管距孔底的距離過小，混凝土無法順利上翻，導致混凝土堵塞導管。灌注作業時，導管長時間未進行上拔取節，導致埋深過大，導管內混凝土無法壓入孔內，造成堵管。混凝土施工配合比未進行合理調控，材料質量參差不齊，導致混凝土和易性差，流動性小，現場灌注時混凝土離析。大直徑深樁未清孔或未進行泥漿置換，灌注作業時泥漿比重過大，混凝土壓力不足無法壓入。孔口處的空樁較長，導管內外壓力差較大，混凝土體量不足以上浮泥漿，造成導管堵塞。導管接口密封不嚴，管內進入泥漿，混凝土發生離析，產生堵管。

3.3.2? ?處理及預防措施

作業前對導管進行水密承壓試驗，合格后進行混凝土灌注。導管安裝時檢查安裝效果，同時根據實測孔深計算導管安裝長度，確保導管底部距離孔底距離不小于0.3m且不宜超過0.5m。灌注作業時，及時進行混凝土頂面量測，計算導管埋置深度，及時進行導管提升和取節。首封混凝土導管埋深不小于1m，正常灌注段落保持導管埋深2～6m，特殊情況不得超過8m。施工過程中嚴控混凝土原材料質量，同時及時完成班前原材料檢測，動態調整施工配合比，確保混凝土施工和易性差，保證混凝土質量。成孔完畢后，根據地質情況及時進行清空作業，確保泥漿比重不影響混凝土灌注，同時計算空樁范圍內泥漿壓力，適當提高樁頭高度。

3.4? ?導管卡死

3.4.1? ?原因分析

導管卡死原因如下：樁基深度較大，導管安裝不平順，導管傾斜后與鋼筋籠卡死。進行灌注作業時，長時間未進行拔管，導管埋深較大。

3.4.2? ?處理及預防措施

鋼筋籠安裝要定位準確，導管安裝時檢查安裝效果，確保導管安裝緊固、豎直、居中。灌注作業時，及時進行導管埋設深度計算，正常灌注段落保持導管埋深2～6m，特殊情況不超過8m，同時在作業過程中小幅度抽拔導管。大直徑深樁施工前優化資源配置，保證混凝土供應速度，縮短澆筑作業時間。

3.5? ?縮徑

3.5.1? ?原因分析

粉、砂類樁基縮徑問題主要發生在粉質地層，粉土本身具有黏土性質，在一定的條件下產生較大的塑性變形。當孔內泥漿比重不足以抵抗孔外土體壓力，且成孔時間較長時，土體膨脹便發生縮徑。

3.5.2? ?處理及預防措施

調配泥漿指標，增加泥漿泥皮厚度，同時增大泥漿比重，加大孔內壓力。鉆進作業時對縮徑地層段進行反復掃孔，確保孔徑。各工序間銜接有序，縮短樁基作業時間。

3.6? ?斷樁

3.6.1? ?原因分析

斷樁的原因如下：混凝土施工配合比不準確，混凝土質量不穩定。混凝土頂面測量不準確，導管埋深計算錯誤，導管拔出混凝土面。混凝土灌注過程中，發生孔內局部坍塌，土體進入混凝土內部形成斷樁。

3.6.2? ?處理及預防措施

動態監測混凝土原材料試驗指標，及時調整混凝土施工配合比，提高混凝土拌和質量，確保現場混凝土有良好的施工和易性。灌注混凝土設專人帶班作業，準確測量混凝土頂面深度，準確計算導管埋置深度，控制拔管長度。控制清空后泥漿指標和泥漿水頭高度，確保孔內壓力。縮短成孔、鋼筋籠安裝及混凝土灌注作業時間。

4? ?結束語

應用旋挖鉆能夠快速完成粉、砂類地質中的大直徑深孔樁基成孔作業。粉、砂類地質中大直徑深孔樁，對于泥漿指標要求較高，施工時除了滿足規范要求外，還應通過試樁或模擬試驗適當調整泥漿指標，確保粉、砂類地層中形成較厚的泥皮，減少失水。同時可通過纖維素等外加材料，提高泥漿膠體率和其穩定性。對于粉、砂類地質發生的埋鉆問題，可采用小型正循環鉆機配合氣舉反循環能夠有效完成孔內覆土清理。對于大直徑深孔樁在粉、砂類地質中的施工，必須從管理上高度重視，優化設計方案，做好技術培訓工作，配足資源儲備，緊密銜接工序，縮短各個工作時間，從而快速完成大直徑深孔樁的灌注施工，減少長時間作業帶來的各種施工風險。

參考文獻

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制要點分析[J].廣東建材，2021，37（7）：78-80.

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