厚淤泥地層中旋挖灌注樁成孔工藝研究

陳 武 袁 敬 潘品德

(中地君豪建筑工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070)

1 概述

旋挖鉆機因為成孔工藝相對簡單、成孔速度快、適應性強、成孔質量好等優點，在樁基礎工程中被廣泛采用。當旋挖鉆機在淤泥地層中成孔時，由于淤泥層力學強度低、靈敏度高，加上成孔時旋挖鉆機的鉆具對土體擾動、孔口機械及其他荷載的附加力、作業人員操作不規范等原因，淤泥層孔壁易坍塌。

作者依托廣東省佛山市順德區某商業住宅小區樁基工程，就厚淤泥層條件下旋挖鉆孔灌注樁成孔工藝進行了研究，供同行借鑒參考。

2 工程概況及地層特性

2.1 工程概況

工程位于廣東省佛山市順德區北滘鎮天寧路北、土蔭路東，為商業住宅綜合小區。小區內的樁基礎采用端承型鉆孔灌注樁，φ800 mm,φ1 000 mm,φ1 200 mm,φ1 400 mm，平均樁長50 m，樁端進入中風化層不小于2 m，采用旋挖鉆機成孔。

2.2 地層特性

場地面以下1 m見地下水，工程涉及地層由上至下為：填土層、沖積土層(淤泥、粉砂)、白堊系砂巖(強風化層、中風化層)(見表1)。由表1可知：在樁長范圍內，將穿越厚度大于45 m的淤泥。

表1 地層物理力學參數表

3 試樁

3.1 試樁總結

為了獲得旋挖鉆機成孔參數，提高成孔施工效率，在大規模旋挖鉆機施工前，在場地內試驗了3根樁，試樁樁徑1 200 mm、樁長51 m。為保證順利成樁，采用了長16 m、壁厚5 mm、直徑1 400 mm的護筒，確保淤泥層孔壁的穩定性，試樁結果如表2所示。由表2可知：混凝土充盈系數高，達到了1.5。

表2 試樁結果匯總表

3.2 充盈系數高原因分析

1)現場泥漿未按照技術要求控制。SZ3樁采用清水孔內自造漿；SZ1，SZ2采用常規方法造漿，但泥漿參數配比未量化；現場未設置泥漿三級沉淀池，未定時清理沉渣。孔內泥漿密度過低，泥漿壓力<主動土壓力+地下水壓力+地面荷載，導致孔壁坍塌。

2)旋挖鉆機為SR285R-C10，選型偏大。該型旋挖鉆機對風化層滿足施工需求，但對流塑性淤泥，選型偏大，不僅增加了成孔時對孔壁土體的擾動，而且增加了對淤泥層的附加力，影響成孔時孔壁的穩定性。

3)鉆頭選型不合理，采用常規斗齒雙底撈渣鉆頭及斗齒開瓣鉆頭，下鉆頭時孔內壓力增加，提鉆頭時產生抽吸現象，孔壁受到的外界力不穩定，降低了孔壁穩定性。

4)作業人員沒有針對不同地層選擇不同的成孔參數進行操作，導致擴徑。

5)沉放長16 m護筒時，由于對土體的擾動，導致護筒底口附近、靈敏度高的淤泥力學強度進一步降低，在混凝土拌合物壓力作用下，混凝土拌合物串入到淤泥層中。

4 大規模旋挖鉆機施工

4.1 泥漿密度理論計算及選擇

泥漿具有平衡主動土壓力和地下水壓力、阻止孔壁土體向孔內位移趨勢、維持孔壁穩定的作用，另外，泥漿還具有懸浮攜帶鉆渣、降低鉆頭溫度、潤滑鉆頭等作用。因此，泥漿是樁基礎成孔時必備材料之一，在實踐工程中，泥漿性能指標主要有密度、粘度、含砂率。在3個泥漿性能指標中，其中密度的參數可以通過理論計算獲得。

鑒于場地內發育平均厚度3 m的松散雜填土層，為了確保雜填土層的穩定性，采用了長6 m、壁厚5 mm、直徑1 400 mm的護筒，護筒進入淤泥層3 m。由于淤泥力學強度低、靈敏度高，易受外界擾動、附加力影響，導致護筒底口附近的淤泥力學強度進一步降低，所以，對護筒底口附近泥漿密度參數進行了理論計算。另外，由于在鉆孔灌注樁樁長范圍內，要穿越厚度大于45 m的淤泥，因此，對淤泥層底的泥漿密度參數進行了理論計算。只要淤泥層底的泥漿壓力≥主動土壓力+地下水壓力+地面荷載，則能確保整個淤泥層段孔壁的穩定。由于是飽和的淤泥，根據JGL 120—2012建筑基坑支護技術規程，采用水土合算的方法，計算結果如表3所示。

表3 計算結果表

計算得到，為了確保淤泥層段孔壁的穩定，γ泥漿≥11.7 kN/m3。成孔中，嚴格規范泥漿性能指標參數，粘度18 Pa·s～22 Pa·s,含砂率4%～8%，pH值8～10。泥漿性能指標參數控制以泥漿密度為主，選定的泥漿配比為膨潤土+羧甲基纖維素鈉CMC+NaOH(70∶1∶3)，泥漿密度11.7 kN/m3～11.8 kN/m3，現場增設三級沉淀池并增設砂、漿分離器，并每隔2 h檢測泥漿性能指標參數。

4.2 其他措施

1)在淤泥，選擇SR265-C10型旋挖鉆機成孔，作業時，鉆機動力頭轉速不大于10 rpm、提鉆速度不大于0.2 m/s、鉆斗單次鉆進深度不大于0.6 m、軟弱地層交界處避免加壓鉆進。在中風化層，選擇旋挖鉆機為SR285R-C10型旋挖鉆機成孔。

2)采用含內循環通道——流水孔的斗齒雙底撈渣鉆頭(見圖1)，消除鉆斗下鉆、提鉆時產生的壓力激增或抽吸現象，確保孔壁受到的外界力穩定，從而保證孔壁的穩定性。

3)制作鉆孔、灌注成樁總結記錄表，并嚴格按照交底施工順序及操作方法執行。

4.3 實際效果

經過對試樁總結以及施工階段前的技術調整，在正式施工階段開始后，在采用6 m護筒的條件下，解決了混凝土超方問題，充盈系數降低至1.1。

5 結語

1)通過泥漿密度理論計算來選擇泥漿密度指標參數，從而更加科學地確保在淤泥層成孔的孔壁穩定性。

2)用旋挖鉆機穿越淤泥層成孔時，要使用含內循環通道的斗齒雙底撈渣鉆頭，消除鉆斗下鉆、提鉆時產生的壓力激增或抽吸現象。

3)用旋挖鉆機在含淤泥層的地層成孔時，可采用兩種型號旋挖鉆機接力成孔的方法，不僅可減少成孔時鉆具對孔壁土體的擾動，而且可加快在巖層中成孔速度，達到加快提高工效、降低成本的目的。