應用除砂工藝提高砂性土層鉆孔灌注樁成孔效率的研究

趙統璽

摘要： 本文介紹了在上海地區高含砂土層中應用泥漿除砂工藝進行鉆孔灌注樁施工的施工工藝，通過兩種不同泥漿處理工藝試驗成樁的指標參數對比，并通過試樁工程樁基檢測的結果表明，采用除砂工藝能在保證樁基質量的基礎上，還具有提高成樁效率、提高泥漿利用率、凈化脫水后的砂料還能用于樁孔回填，減少環境污染等方面的優點，并提出了除砂工藝鉆孔灌注樁施工中的監控要點。

Abstract： In this paper， the construction technology of bored cast-in-place pile construction in the high sandy soil layer in Shanghai is introduced. The parameters of the pile are tested by two different mud treatment processes. The results show that the sand removal process can improve the efficiency of pile piles and improve the utilization rate of mud， and the sand material after purification and dewatering can also be used for backfilling of pile holes and reduce environmental pollution. And the monitoring points in the construction of cast-in-place bored pile are put forward.

關鍵詞： 鉆孔灌注樁；除砂工藝；成孔效率；含砂率

Key words： bored pile；sand removal process；hole forming efficiency；sand content

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0136-02

0 引言

上海地區土質屬于軟土地基，部分土層中含砂率較高，在含砂率較高的土層中施工鉆孔灌注樁，由于含砂土層自穩性差，成孔時砂粒較難通過泥漿循環系統置換干凈，因此，成孔時鉆桿鉆進阻力大，鉆進速度慢，且容易造成塌孔、縮徑、樁底沉淤厚度超標等問題，鉆孔灌注樁的質量較難保證，導致樁基承載力達不到要求。為了確保莘莊地鐵站上蓋綜合開發項目樁基工程的施工質量，在試樁過程中分別采用了正循環換漿工藝和泥漿除砂凈化工藝，并對兩種施工工藝的成孔效率和成樁質量進行了對比（詳見表2、表3），最后確定采用泥漿除砂凈化工藝進行正式工程樁的施工。

1 工程概況

項目位于上海市某地鐵站綜合交通樞紐，連接南北廣場，臨近已建的地鐵1號線、地鐵5號線、鐵路金山支線、滬杭鐵路客運專線。總用地面積 11.7萬m2，總建筑面積約60萬m2，是一個集交通樞紐、商業布局、城市形象于一體有機綜合體。本工程大平臺三期工程樁設計采用的是700mm和800mm直徑的鉆孔灌注樁，樁長63m，持力層為9-1層，單樁豎向承載力設計值為3000kN，單樁水平承載力設計值為120kN。為提高承載力、減少沉降，灌注樁均采用樁端后注漿工藝。

2 地質情況

根據巖土工程勘察報告本工程場地內典型的地層特征分布情況如表1所示。從表1中可看出第⑦2-1、⑦2層為粉砂及細粉砂層，平均厚度分別為9m和15m，平均分布標高在-40m～-56m。從土樣的土工試驗的顆粒分析中得知該標高下土樣中，0.25-0.075mm粒徑的顆粒占50%～90%，為粉砂、粉細砂。另外在④2層還存在淤泥質粉質粘土夾砂層存在。本項目工程樁設計樁長63m，樁底絕對標高為-58m，樁身須穿越第⑦2-1、⑦2層為粉砂及細粉砂層兩層高含砂率土層，如果采用常規的換漿工藝進行鉆孔灌注樁的施工，樁基質量將難于得到有效保證，為此，必須在施工前對鉆孔灌注樁的施工工藝進行選型。

3 除砂工藝原理

莘莊地鐵站上蓋綜合開發項目樁基工程采用的是黑旋風ZX-200除砂機進行除砂處理。ZX-200泥漿除砂凈化裝置主要由進漿管、粗篩器、儲漿槽、水力旋流器、渣漿泵、細篩器、脫水篩、中儲箱和出漿管等9大部分組成，其工作原理示意圖如圖1所示，泥漿先由進漿管進入粗篩器進行粗篩，主要濾除粒徑大于3mm的砂粒。粗篩后的砂粒通過出渣口排出，而粗篩后的泥漿則流入儲漿槽，泥漿由渣漿泵抽吸射入水力旋流器入漿口，通過水力旋流器分選后，粒徑較小的砂粒落入細篩器，細篩器主要濾除粒徑大于0.06mm的顆粒，濾出的細砂顆粒再落入脫水篩進行脫水處理，將相對干燥的砂粒排到出渣口。細篩后的泥漿則流入中儲箱再由總出漿管進入到泥漿池中進行利用。該型號的除砂機主要有以下特點：①最大泥漿處理量達到200m3/h（250m3/h）；②凈化除砂的分離粒度d50=0.060mm；③碴料篩分能力25-80t/h。可根據造孔機具進尺的不同而調整；④篩分出的碴料最大含水率小于30%。

除砂工藝目前在市政橋梁的樁基工程中應用較多，部分房屋建筑工程的地下連續墻也有初步應用，但對于房屋建筑的樁基工程應用還較少，須對房屋建筑樁基工程鉆孔灌注樁采用除砂工藝進行必要試驗，以確定應用效果。

4 除砂工藝參數對比

在本項目樁基工程試樁過程中分別采用了正循環換漿工藝和泥漿除砂凈化工藝兩種不同的泥漿處理工藝各試打了一組工藝試驗樁，試驗樁各施工參數指標如表2所示。通過對兩種不同的泥漿處理工藝樁基施工參數指標對比可以看出，采用除砂裝置進行泥漿凈化處理工藝的灌注樁在成孔時間減少3小時，縮短時間比例達30%，效率提高明顯，一清用時及二清用時上均比用時分別縮短60分鐘和20分鐘，單樁施工時間總共縮短4.3小時，縮短比例達35%。另外，采用泥漿除砂工藝單樁泥漿再利用17.4m3，減少廢漿外運率達30%，降低了廢漿外運量，減少環境污染，凈化脫水后的砂料還可以樁孔空腔部分的回填，可以減少回填土方量。

5 除沙工藝應用成果

在本項目大平臺三期29根試樁工程中，均采用泥漿除砂工藝進行鉆孔灌注樁的施工，從試樁成孔檢測報告來看，樁徑、沉渣厚度及垂直度檢測全部合格，表3為部分試樁成孔檢測數據匯總表。現場施工完成后，對試樁工程進行了低應變檢測21根及超聲波檢測9根。從低應變檢測報告中反映，Ⅰ類樁為20根，占抽檢樁數的95.2%，Ⅱ 類樁1根，占抽檢樁數的4.8%，無Ⅲ、Ⅳ 類樁。從超聲波檢測報告中反映，Ⅰ類樁為9根，占抽檢樁數的100%，無Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ 類樁。從檢測報告的結論上來說，采用泥漿凈化處理裝置后，在保證樁基工程質量的同時，還能有效提高砂性土層鉆孔灌注樁的成樁效率，減少環境污染。

6 結語

通過在砂性土層鉆孔灌注樁施工中加入泥漿除砂凈化裝置，在保證鉆孔灌注樁施工質量的前提下，能縮短成孔時間30%，單樁施工時間縮短達35%，較大的提高了鉆孔灌注樁的施工效率。且循環的泥漿通過除砂裝置進行過濾后，提高泥漿再利用率30%，減少廢棄泥漿排放量，減少資源的浪費。同時篩出來的砂可以用來回填樁孔，達到資源再利用的作用。鉆孔灌注樁除砂工藝的應用也可為類似地質條件下的樁基工程提供非常有用的參考價值。

在應用了除砂工藝的鉆孔灌注樁施工中，施工單位和監理單位除了對常規的鉆孔灌注樁施工質量進行把控外，還應著重對除砂裝置運行狀態進行有效監控，加強過程中對除砂裝置出漿口處的泥漿含砂率及粘度指標監控，以保證泥漿二次利用時的性能指標符合要求，確保成樁質量。

參考文獻：

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