超厚砂層地質(zhì)條件下的鉆孔工藝及控制要點(diǎn)

唐海波

摘要：針對(duì)灞河漫灘超厚砂層地質(zhì)條件，通過克服砂層厚度超厚、泥漿損失嚴(yán)重、可液化性及地層穩(wěn)定性差等困難進(jìn)行鉆孔樁施工，并結(jié)合工地實(shí)際發(fā)生的問題，總結(jié)出了樁基施工時(shí)的主要控制指標(biāo)及相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，為以后在此類地質(zhì)條件下樁基施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：砂層；鉆孔樁；工藝；要點(diǎn)；

砂類土層中具有粘粒含量少、 砂粒間粘聚力小、 地基土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以在橋梁鉆孔灌注樁施工時(shí)，往往出現(xiàn)縮徑、 坍塌、孔底沉渣過厚等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)埋鉆、 埋管、 樁長(zhǎng)不足或樁身不完整等施工或質(zhì)量事故。結(jié)合大西客專灞河特大橋樁基超厚砂層、等下水位高、砂層可液化等特點(diǎn)，本人對(duì)鉆孔灌注樁在超厚砂層中的成孔施工工藝及控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

一、概述

1、工程概況

大西鐵路客運(yùn)專線灞河特大橋全長(zhǎng)25118m，位于西安市臨潼區(qū)、灞橋區(qū)，與鄭西客運(yùn)專線并行，走行于鄭西客專右側(cè)，全橋共有墩臺(tái)787個(gè)，采用樁徑為125cm的鉆孔灌注樁，平均樁長(zhǎng)50m。

2、工程地質(zhì)情況

灞河特大橋位于渭河、灞河一級(jí)階地及灞河漫灘上，地形平緩開闊，橋址位于渭河新生代斷陷盆地中心地段，堆積有厚度巨大的第四系松散堆積物。橋址范圍出露地層主要為：第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂、細(xì)圓礫。全橋平均樁長(zhǎng)50m，橋梁樁基施工主要地層為砂層，其中第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土等覆土厚度一般為0.5～3m，往下地層均為由細(xì)砂、中砂、粗砂等構(gòu)成的超厚砂層，砂層厚度一般為40～60m，同時(shí)距地面20m以上的飽和第四系全新統(tǒng)砂類土均具有可液化性。

二、施工難點(diǎn)及工藝選擇

1、施工難點(diǎn)分析

本橋共有6365根樁基，平均樁長(zhǎng)50m，砂層占樁基穿越地層總厚度的90%以上，砂層中含沙量高，粘粒及含泥量少，加之地下水水位高，同時(shí)20m的砂層具有可液化，透水能力強(qiáng)，穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)孔壁坍塌、 孔底沉沉過厚及埋鉆、 埋籠、 埋管等事故。

2、施工工藝分析及選擇

由于橋址位置處，地勢(shì)平坦開闊，且未見有堅(jiān)硬巖石地質(zhì)情況，考慮旋挖鉆有施工速度快、利于環(huán)保、行走移位方便等優(yōu)點(diǎn)，本橋樁基施工擬選旋挖鉆進(jìn)行鉆孔施工，針對(duì)這種超厚砂層且自穩(wěn)性極差的地質(zhì)條件，如不嚴(yán)格進(jìn)行過程控制并采取其他技術(shù)輔助措施是很難成功的。所以如何使孔內(nèi)泥漿的性能既要滿足成孔還應(yīng)確保孔壁的穩(wěn)定和懸浮能力，就成為了現(xiàn)場(chǎng)必須解決的問題。

為了能夠保證施工的質(zhì)量，我們制定了相應(yīng)鉆孔樁試樁方案，在試樁成功后進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，并對(duì)不合理的指標(biāo)及施工工藝進(jìn)行修正后，再進(jìn)行下一步的大面積推廣施工。

三、施工方案

1、試驗(yàn)樁施工及泥漿指標(biāo)確定

針對(duì)本橋樁基的地質(zhì)特點(diǎn)，為保證工程順利施工，經(jīng)查閱資料，砂層地質(zhì)條件下的樁基施工，主要在于鉆進(jìn)速度及泥漿指標(biāo)的控制，我們初步擬定旋挖鉆在細(xì)砂層和中粗砂層的鉆進(jìn)速度分部控制在3～5m/h和5～7m/h，使用的泥漿采用水化性能較好、造漿率高、成漿快的膨潤(rùn)土造漿并根據(jù)鉆進(jìn)情況，摻加少量的燒堿，以提高泥漿的膠體率，對(duì)于鉆孔及清孔過程中的泥漿指標(biāo)控制值見表1。

表1樁基施工不同工序泥漿指標(biāo)值

工序名稱 泥漿比重 粘度 含砂率 備注

開鉆 1.13～1.17 22s～25s ＜4%

正常鉆進(jìn) 1.15～1.2 25s～30s ＜4% 根據(jù)巖層調(diào)整比重

一次清孔后 1.1～1.13 20～25s ＜3%

二次清孔后 1.07～1.1 19～22s ＜2%

根據(jù)擬定的試驗(yàn)樁施工方案，試驗(yàn)樁入孔護(hù)壁泥漿比重為 1.15，黏度25，在鉆至細(xì)砂層后將泥漿調(diào)整為泥漿比重為 1.17，黏度28，鉆進(jìn)很順利，樁長(zhǎng)52米樁徑為1.25米的樁基成孔時(shí)間用了9個(gè)半小時(shí)，成孔后的沉淀厚度只有不到22cm；含砂率為4%, 第一次清孔采用泥漿比重1.13，泥漿黏度22s。鋼筋籠及導(dǎo)管下孔用了6小時(shí)，沉渣達(dá)到了65cm，用泥漿泵管連接導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，二次清孔用時(shí)1.5小時(shí)，二次清孔泥漿比重1.07，泥漿黏度21s，經(jīng)過反復(fù)清孔，孔內(nèi)泥漿指標(biāo)為比重1.1，含砂率1.8%，黏度21s，沉渣7cm。灌注砼共2小時(shí)50分鐘，灌注過程順利，砼灌注完畢后，經(jīng)計(jì)算砼理論方量63.8m3，實(shí)際灌注方量65.2m3，超灌砼1.2 m3，擴(kuò)孔率0.31% ，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)滿足要求。

2、施工過程中出現(xiàn)的問題

鉆孔過程中，由于鉆進(jìn)或提升過快，導(dǎo)致泥漿護(hù)壁厚度不夠，出現(xiàn)局部坍塌；

在清孔、砼澆注過程中出現(xiàn)局部的縮孔現(xiàn)象；

泥漿的質(zhì)量下降，比重高了，粘度小了，膠體率下降，含砂率高達(dá)8％～10%；

鋼筋籠下孔時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致沉渣厚度太厚；

樁頂3～5m范圍內(nèi)出現(xiàn)裹砂現(xiàn)象；

3、施工控制要點(diǎn)

A、施工工藝控制

根據(jù)施工進(jìn)度安排，合理安排鉆機(jī)的施工位置（樁基的施工順序），為了最大限度減低施工中對(duì)樁間地層的擾動(dòng)，施工時(shí)必須采取間隔樁位跳鉆進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

根據(jù)巖層選擇合適的鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)砂層時(shí)速度必須減慢，同時(shí)鉆頭要輕提、輕放，因?yàn)殂@頭在孔內(nèi)提升過程中，泥漿在護(hù)壁與鉆頭之間流動(dòng)，若升降速度過快，會(huì)對(duì)護(hù)壁產(chǎn)生瞬間壓力，破壞護(hù)壁的自身穩(wěn)定性，容易造成孔壁坍塌。

在粉細(xì)沙段要及時(shí)加大泥漿比重，并在鉆進(jìn)過程中安排專人檢測(cè)泥漿的性能指標(biāo)（比重、粘度、含砂率），并根據(jù)測(cè)定情況隨時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)。

B、泥漿制備及指標(biāo)控制

①泥漿最好選用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行造漿，嚴(yán)格設(shè)置設(shè)泥漿池和沉淀池，并在泥漿池與沉淀池之間設(shè)置過濾網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)泥漿必須跟據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選用。工程施工過程中，個(gè)別工點(diǎn)不按要求設(shè)置沉淀池，泥漿的含砂率始終無法降低，導(dǎo)致砼灌注過程始終無法正常，往往在距離樁基5～6m處出現(xiàn)異常。

②泥漿的幾項(xiàng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系及作用一定要清楚，鉆進(jìn)和清孔的目的不一樣，所以要嚴(yán)格根據(jù)工序及時(shí)調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)。鉆進(jìn)過程中主要控制泥漿的比重及黏度，泥漿比重決定孔內(nèi)泥漿護(hù)壁質(zhì)量的好壞，能保持孔內(nèi)的水頭壓力，防止側(cè)壁出現(xiàn)坍塌。泥漿的黏度質(zhì)量的好壞直接影響著鉆進(jìn)速度，泥漿粘度高的能減少在地層中的漏失，同時(shí)在鉆進(jìn)過程中，能及時(shí)將鉆碴懸浮。清孔過程中，嚴(yán)格控制泥漿的泥漿比重、黏度及含砂率，比重控制在1.08左右，比重太小，水頭壓力不夠，會(huì)影響泥漿護(hù)壁的穩(wěn)定性，黏度太小，孔內(nèi)的沉碴不易隨泥漿浮出，黏度太大，砂粒在沉淀池內(nèi)不易沉淀，導(dǎo)致循環(huán)漿液中的含砂率超標(biāo)，影響清孔質(zhì)量。

③做好一次清孔工作，因鋼筋籠及導(dǎo)管下孔時(shí)間較長(zhǎng)，一次清孔的質(zhì)量好壞直接決定沉碴厚度，在一次清孔的時(shí)候，最好按二次清孔的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，減少鋼筋籠下孔期間沉碴的厚度。

C、砼灌注過程控制

①嚴(yán)格按配合比進(jìn)行砼拌合，確保樁基砼的和易性及坍落度等指標(biāo)值滿足要求，安排專職試驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全過程監(jiān)控，對(duì)每罐砼的性能指標(biāo)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不滿足要求的砼堅(jiān)決退回拌合站，樁基砼坍落度一般以18－22cm為宜。

②安排專職技術(shù)人員進(jìn)行導(dǎo)管的埋深和樁孔內(nèi)砼面高度的測(cè)定，并做好詳細(xì)記錄，防止導(dǎo)管拔脫或埋深太大，當(dāng)砼面灌至鋼筋籠底部附近時(shí)，要放慢灌注速度，使砼面慢慢上升，導(dǎo)管應(yīng)避免碰撞鋼筋籠，以免引起鋼筋籠上浮或碰撞孔壁。當(dāng)灌注到粉砂或細(xì)砂層等容易塌孔的樁段要更小心，要慢灌和慢拔管，避免沖刷孔壁。

③本橋樁基施工前期，在破樁頭時(shí)發(fā)現(xiàn)有樁基在樁頂3～5米左右有不同程度的夾砂現(xiàn)象，經(jīng)分析，主要原因就是在砼灌筑到樁頂時(shí)壓力減小，灌筑過程中沉淀下來的粉細(xì)砂裹入砼中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)灌注工藝進(jìn)行調(diào)整，在砼灌筑到樁頂5～7m時(shí)更換為大漏斗，并按封底工藝進(jìn)行大方量一次灌入至樁頂，并適當(dāng)增大砼超灌高度，此問題得以徹底解決，后經(jīng)檢測(cè)，樁基質(zhì)量良好。

四、施工效果

在后期施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照上述成孔工藝及相關(guān)要求進(jìn)行施工，鉆孔、砼灌注過程均順利進(jìn)行，未出現(xiàn)孔壁坍塌、埋鉆、孔底沉渣較厚及樁頂裹砂等不良現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

截至目前本橋已施工樁基5207，通過聲波透射法對(duì)樁基完整性檢測(cè)，結(jié)果顯示，本橋目前已完樁基均為I類樁或Ⅱ類樁， 其中I類樁為5132根，占總數(shù)的98.56%。

五、論語

在這種超厚砂層地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行樁基施工，主要是要嚴(yán)格控制泥漿的制備及指標(biāo)值選擇、現(xiàn)場(chǎng)工序監(jiān)控、清孔質(zhì)量和砼灌注，施工過程中，根據(jù)不同工序?qū)δ酀{指標(biāo)(泥漿比重及黏度)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整尤為重要，清孔的質(zhì)量好壞直接決定樁基的灌注質(zhì)量，只要我們?cè)谶^程中善于對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行分析、總結(jié)，樁基施工質(zhì)量基本萬無一失。

本橋樁基施工即將結(jié)束，一年來的施工經(jīng)歷，讓我們?nèi)〉昧瞬簧僭诤裆皩邮┕痘慕?jīng)驗(yàn)，同樣也得到了一定的教訓(xùn)，對(duì)本人而言，感觸頗深，一點(diǎn)心得希望能給同類工程提供參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] TZ213-2005 客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S]；

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