泥漿護壁技術在宜賓地區樁基施工中的應用

鄧夷明，高　峰

(1.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司， 四川成都 610052； 2.中國建筑科學研究院，北京 100013)

隨著社會經濟的不斷發展和城市建設進程的加快，基本建設范圍持續拓寬，環境保護理念的強化和JGJ 94-2008《建筑樁基技術規范》、JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》等規范規程的深入推行，使樁基礎逐步成為工程建設中的主流基礎形式[1,2]。本文著重介紹泥漿護壁技術在宜賓地區樁基施工中的應用及質量問題的預防控制。

1　工程概述

該工程位于宜賓市北郊，擬建建筑物為框架結構，由展示中心、主樓和商業樓組成，地上1～23層，設置1層地下室，對差異沉降較敏感。建筑物采用的基礎形式為基礎樁，基本參數如表1所示，樁端須按照設計要求進入中等風化泥巖層，且樁長由現場確定，樁基構造如圖1所示。

表1　樁基礎參數表

注：樁長以按設計要求進入持力層深度進行控制。

圖1 　樁基構造

根據勘察報告，場地可分三個工程地質層，即：第四系全新統人工填土層(Q4ml)、第四系全新統沖洪積(Q4al+pl)層、侏羅系中統上沙溪廟組泥巖層(J2s)。場地整體地勢屬相對較低地段，場地內黏性土層屬弱透水層，因地勢低洼場地內常年積水無法排泄，形成地表水。

2　泥漿護壁技術在工程中應用

由于本工程回填土、淤泥質土、塊石土等土層穩定性很差，所以旋挖成孔過程中，極易造成孔壁塌落，引起漏漿、塌孔、卡鉆和埋鉆等事故。施工時采取特殊泥漿護壁工藝，施工成本較低，在土層中塊石不太大并且有黏土充填的情況下，可以確保樁基施工質量，必要時可采取全護筒跟管鉆進工藝或永久性鋼護筒(不拔出)護壁等輔助措施。

3　工程難點及施工工藝

3.1　工程難點

本工程的樁基施工存在以下兩個施工難點：第一，根據四川地區類似工程施工經驗，機械成孔過程中容易出現坍塌、縮徑等難以避免的質量事故；第二是樁底沉渣厚度超出允許值，則會影響施工質量，這對宜賓地區樁基施工提出了新的要求與挑戰。而采用泥漿護壁技術，通過灌注或抽取泥漿，形成泥漿對槽壁的靜水壓力和附著于槽壁上的泥皮，或結合泥漿循環將孔底沉渣清出，使得宜賓地區樁基施工實踐變得更切實可行。對于以上兩個工程難點，本工程樁基成孔工藝選用泥漿護壁技術[3]。

3.2　施工工藝

本工程泥漿護壁鉆孔灌注樁施工前進行了詳細的施工組織設計，從2016年9月到2017年5月完成所有樁基施工，未發生質量事故。泥漿護壁旋挖成孔工藝流程為：施工準備——泥漿制備——埋設護筒——挖設泥漿循環系統——成孔、泥漿指標監測——吊放鋼筋籠——二次清孔——導管水下灌注混凝土——起拔護筒—質量檢查。

3.2.1施工準備

施工前詳細編制泥漿護壁旋挖成孔灌注樁各分項工程專項施工方案，并按有關規定審查批準，根據采用的泥漿護壁方式配備相應的設備。

3.2.2泥漿制備

鉆孔過程中，為防止塌孔、穩定孔內泥漿水位以及便于設備挾帶鉆渣，護壁泥漿的主要成分為膨潤土。泥漿添加劑有：CNC羧甲基(纖維素鈉鹽)，為泥漿增加粘性、防護壁剝落；木質素族分解劑和堿類(Na2CO3)，控制泥漿變質及改善已變質的泥漿[4]。

3.2.3埋設護筒

采用的鋼護筒直徑比鉆機鉆頭直徑大150～300 mm，護筒頂標高高于施工作業面100～200 mm，并確保護筒壁與水平面垂直；對于較長(>2 m)護筒，下護筒方式一般有振動錘下和旋挖鉆機驅動器下護筒，本工程采用后者。準確固定護筒，隔離地面積水，穩定護筒周邊土層，以利于鉆孔工作進行(圖2)。

圖2　護筒埋設及定位

3.2.4挖設泥漿循環系統

泥漿循環系統包括制漿池、沉淀池、儲漿池、出漿槽、泥漿泵和進漿管等[5]，各組成部分根據場地情況保持適當高差，以利于非泵送部分的泥漿自然流動，循環泥漿經沉淀池分離后的泥漿排入儲漿池中繼續使用。

泥漿池尺寸可為16 m×4 m×2 m(圖3)，底部鋪設隔水膜，周圍設置圍護設施。泥漿池位置可選擇在樁基施工區域內不影響施工機械且相對固定的地方，一般選擇在兩排樁基之間。

圖3　泥漿池16m(長)×4m(寬)×2m(深)

3.2.5泥漿指標監測

在鉆進過程中管理人員應嚴格控制循環泥漿的相對密度、黏度、含砂率等性能指標，特別應注意避免孔壁泥皮厚度過大。樁周泥皮是泥漿護壁技術中不可避免的產物，泥皮的厚度會影響基礎樁的側摩阻力。對泥皮厚度的要求，由于成孔方法、泥漿性能等的不同，還有待于研究，據相關資料介紹，泥皮厚度應控制在8 mm以內。樁周泥皮控制要點：(1)成孔工藝選擇合理，施工管理高效，盡量降低成孔成樁時間；(2)施工過程中嚴格按照技術要求制備泥漿，加強泥漿循環系統的檢查和維護，實時調節泥漿性能；(3)在必要時可以采用機械清除泥皮。

3.2.6二次清孔

在吊放鋼筋籠后，澆灌混凝土之前，再次測量孔底沉渣的厚度，如沉渣厚度超出允許值，需進行二次清孔(泥漿正循環)[6]。二次清孔注意事項：(1)不得采用加深鉆孔的方法替代二次清孔；(2)始終保持孔內泥漿面標高，防止因孔壁壓力變化引起的坍孔；(3)清孔結束，待泥漿靜置穩定后，重新測量沉渣厚度；(4)定期檢查測繩的精確度；(5)根據規范要求，灌注混凝土前，孔底500 mm以內的泥漿相對密度應小于1.25；含砂率不得大于8 %；黏度不得大于28 s。

3.2.7水下灌注混凝土

水下灌注混凝土對坍落度的要求較高，一般在180～220 mm之間。灌注時如果坍落度太小，則混凝土流動性較差，不易灌注；坍落度偏大，在灌注過程中則容易發生混凝土離析，形成骨料和液體分層。因此，水下灌注一定要注意控制好坍落度，不要偏小或偏大。

4　常見質量問題及預防控制

4.1　常見質量問題分析

4.1.1泥漿護壁效果不足

施工中使用了泥漿護壁，還存在小概率的塌孔、縮徑等情況，這是由于施工中未及時監測異常情況，或未采取緊急處理措施所致。

4.1.2二次清孔認知不足

施工管理過程中，僅僅孔底沉渣厚度合格，還不能澆筑混凝土，還應對泥漿性能指標進行檢查。澆注混凝土前，泥漿性能指標不合要求，即使沉渣厚度合格，也要繼續清孔至泥漿達標。

4.2　預防控制措施

4.2.1泥漿指標控制

施工中針對不同土層調制相應的泥漿相對密度，以達到泥漿護壁的效果，施工管理人員應根據施工方案實時監控循環泥漿性能指標和泥漿廢棄指標。根據本工程的工程地質特點，采用泥漿控制項目及指標如表2所示。

表2　泥漿控制項目及指標

4.2.2二次清孔控制

在泥漿密度、黏度過大的情況下澆筑混凝土，容易造成漏斗及導管內混凝土不易下落，提動導管時粘稠泥漿就會使混凝土向上流動，造成埋漿，使得有效樁長變短；如果在導管提出已澆筑混凝土面后重新澆筑，則會在樁身形成夾泥而造成斷樁；即使通過提動導管能夠補救的澆筑，形成的混凝土樁身質量也較差。因此，二次清孔工作既要準確測量孔底沉渣厚度，還要控制泥漿性能指標。

5　結論

本文通過工程實例詳細介紹了泥漿護壁技術在宜賓地區樁基施工中的應用，與其他施工工藝相比，泥漿護壁操作較簡單，施工成本較低，通過使用泥漿護壁，減少了施工過程中坍塌、縮徑等質量事故的發生率。本文主要解決了泥漿護壁技術在宜賓地區樁基施工中的部分應用問題，針對不同工程和不同的地質條件，可能會出現新的問題，需要在今后的實踐中進一步研究。