淺談旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的質量控制

施純德

泉州市建設工程質量監督站，福建 泉州 362000

1 工程概況

某工程共有工程樁248 根，其中：直徑0.8m 工程樁74 根，直徑1.0m 工程樁174 根，均為抗壓樁，平均樁長約23m。由于場地周邊存在大量石結構淺基礎民房，最小距離5.8m，建設年代較為久遠且年久失修，已存在不同程度安全隱患，對場地震動及地下水位變化較為敏感，故設計采用旋挖鉆孔灌注樁孔泥漿護壁成孔，終孔條件為樁底進入中風化花崗巖1.5m，樁底沉渣厚度要求≤5cm。

2 工程地質情況

地勘報告揭示，該工程施工場地至上而下各土層分別為：雜填土，層厚0.2～3.5m；粉質粘土，層厚0.8～3.4m；淤泥，層厚1.0～7.60m；中細砂，層厚0.9～6.0m；淤泥質土，層厚7.2～17.5m；中粗砂，層厚1.1～6.9m；砂土狀強風化花崗巖，層厚0.20～5.60m；以下為中風化花崗巖。地下水位埋深約1.5m。

3 旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣產生的原因分析

3.1 樁孔孔壁塌落

（1）雜填土層較厚且不穩定造成孔口表土層塌落孔內；

（2）淤泥層及砂層由于鉆孔過程的提、放鉆具在孔內產生正、負壓差所引起的抽吸作用，造成孔壁塌落；

（3）在提、放鉆具及下放鋼筋籠時刮蹭孔壁，造成孔壁砂土掉落孔內；

（4）成孔后未及時澆筑混凝土，空置時間太長導致泥漿分層離析孔壁失去穩定；

（5）孔口附近有較大的集中荷載作用壓垮孔壁；

（6）泥漿比重過小，使得泥漿側向護壁能力不足造成孔壁塌落；

（7）由于鉆具轉速過快、擾動過大引起砂層液化造成孔壁塌落。

3.2 泥漿沉淀

（1）由于泥漿粘度過低，懸浮能力差，使得泥漿發生分層沉淀；

（2）泥漿含砂率過高，造成孔底沉砂過多；

（3）混凝土澆注前的等待時間過長，使得懸浮物下沉堆積孔底。

3.3 鉆孔殘留

（1）因鉆具磨損、變形過大造成渣土泄漏、殘留而產生沉渣；

（2）受鉆具自身結構限制，因鉆齒間隙所造成的渣土殘留。

3.4 清孔工藝

（1）清孔所用的水泵功率太大，其過強水流產生的沖刷作用引發孔壁剝落；

（2）采用鉆具清孔時，其清孔工藝及鉆具選擇不合理，孔底沉渣無法清除干凈；

（3）采用正、反循環清孔時，泥漿性能不達標造成沉渣無法攜帶出孔底。

3.5 施工人員量測誤判

（1）由于施工員經驗不足，在進行孔底沉渣厚度量測時誤判，錯誤將清孔不合格的樁孔判斷為合格孔；

（2）孔底沉渣厚度量測工具選擇不當產生誤判。

4 旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣控制措施

（1）根據孔口土層情況適當增加護筒埋設深度，使其穿過雜填土層并高出孔口30～40cm，始終保持孔內水位高于地下水位≮1.5m，同時護筒直徑比鉆具直徑大20cm 并防止碰撞及震動［1］；

（2）在鉆進過程中慢提、慢放鉆具，速度控制在70cm/s左右，在進入砂層時降低鉆具轉速，防止因擾動過大造成砂層液化；

（3）在提、放鉆具及下放鋼筋籠時注意保持對中和垂直，鉆進過程中每三鉆復核一次鉆桿垂直度，將垂直度控制在1%以內，鋼筋籠保護層墊塊采用可轉動的混凝土圓形墊塊，減少刮蹭孔壁；

（4）合理組織，緊湊工序，在進行第一次清孔時即開始安排混凝土罐車到場等待，為預防不測，商品混凝土的緩凝時間設定在4h 以上；

（5）在旋挖鉆孔樁機及混凝土罐車停放面的近孔口一側安放較大鋼板，鉆進過程中孔內取出的泥土及時清離孔口，以減少孔口的集中荷載；

（6）在鉆進過程中，根據地質情況適當加大泥漿比重至1.13～1.18，調整泥漿粘度至19～21Pa·s，增加泥漿的護壁及懸浮能力；

（7）采用泥漿分離機分離出泥漿中的砂及其它大顆粒物，將泥漿中的含砂率控制在4%以內；

（8）根據不同地層情況選用適當鉆具，加強對鉆底結構的檢查、修補維護，減小轉動底與固定底之間的間隙。

（9）安裝混凝土澆筑導管時，嚴格控制導管距孔底在30～50cm 之間，同時加大混凝土料斗的體積達2m3，以增加首批混凝土的沖舉力；

（10）進行清孔作業時合理選用水泵的功率，減少水流對孔壁的沖刷作用；

（11）當采用鉆具清孔工藝（無泥漿循環清孔）時，必須先用截齒鉆具修平樁底巖面，再用撈砂平斗以慢速檔撈出沉渣，在清孔結束時，可適當降低泥漿比重至1.10～1.12，同時增加泥漿粘度至22～25Pa·s，使孔底泥漿狀態處于絮狀，保證泥漿中的粗顆粒處于懸浮狀態，確保在安放鋼筋籠及灌注導管后，孔底沉渣厚度滿足設計要求；

（12）當采用正、反循環清孔工藝時，要根據具體情況調整與其相適應的泥漿參數并及時換漿；

（13）在澆筑混凝土前必須再次量測沉渣厚度，沉渣超標時應選擇合適的清孔工藝進行二次清孔；

（14）選派經驗豐富的施工員負責孔底沉渣厚度的量測判斷，做到每根樁都有二位施工員分別量測，互相復核、印證；

（15）沉渣量測工具采用專用測繩下掛1kg 重鐵自制。

5 工藝試驗

為了檢驗上述控制措施是否適合本工程的具體情況，樁基正式施工前共選取2 根樁進行試打樁，其中直徑0.8m 樁1 根，直徑1.0m 樁1 根，分別采用不同的泥漿參數及清孔工藝進行比較。直徑0.8m 樁采用泥漿比重1.10、泥漿粘度20Pa·s、正循環清孔工藝；直徑1.0m 樁采用泥漿比重1.10～1.15、泥漿粘度20～23Pa·s、鉆具清孔（無泥漿循環清孔）工藝。采用同一臺徐工XR220 旋挖鉆機進行施工，其他控制措施均同上文所述。

5.1 試樁情況

5.1.1 試樁施工過程

（1）直徑0.8m 樁在鉆進初期采用泥漿比重1.10、泥漿粘度20Pa·s，進入砂層時有出現冒泡現象，判斷存在局部塌孔，加入膨潤土將泥漿比重上調至1.13 后，該現象未再次出現，鉆孔達到設計深度（約23.6m）后，量測孔底沉渣厚度約25cm，采用正循環清孔工藝進行第一次清孔1.5h，量測孔底沉渣厚度約4cm后，下放鋼筋籠及導管，再次量測沉渣厚度約12cm（可能因時間太長造成局部護壁剝落），隨即采用正循環進行二次清孔，當量測沉渣厚度小于5cm 后立即連續澆搗樁身混凝土，混凝土充盈系數1.15；

（2）直徑1.0m 樁在整個鉆進過程中采用泥漿比重1.15、泥漿粘度20Pa·s，未出現異常情況，當鉆孔達到設計深度（約22.8m）后，量測孔底沉渣厚度約20cm，先采用截齒鉆具進行第一次清孔并掃平孔底巖面凹凸后，量測孔底沉渣厚度約10cm，將鉆具更換為撈砂平斗并慢速撈取孔底沉渣，量測沉渣厚度小于4cm 后，降低泥漿比重至1.10，同時泥漿粘度上調至23Pa·s，安放鋼筋籠及導管，歷時約25min，再次量測沉渣小于5cm，立即連續澆注樁身混凝土，混凝土充盈系數1.07。

5.1.2 試樁檢驗結果

為驗證上述二種工藝對樁底沉渣厚度的影響，試驗樁混凝土澆搗十日后，委托有資質單位進行抽芯。其中：直徑0.8m 樁混凝土芯樣完整無夾渣，樁底沉渣厚度3.8cm；直徑1.0m 樁混凝土芯樣完整無夾渣，樁底沉渣厚度2.0cm。均符合設計及規范要求。

5.2 施工工藝比較

（1）采用正循環清孔工藝：清孔時間較長護壁易因浸泡時間太長而塌落；清孔時未采用截齒鉆具掃平孔底巖面凹凸，大大降低了首批混凝土對其孔底殘渣的沖舉效果；

（2）采用鉆具清孔工藝：清孔時間短，不易發生孔壁塌落情況；采用截齒鉆具先掃平孔底巖面凹凸后，首批混凝土對孔底殘渣的沖舉效果明顯較好，但清孔后降低泥漿比重、上調泥漿粘度是一項關鍵工作，需有專人管理［2］；

（3）因本工程砂層太厚，若采用反循環清孔工藝極易因水流抽吸產生的負壓作用引發孔壁塌落，故該類工藝不作為選項。

對上述三種清孔工藝進行綜合評估后，選擇與直徑1.0m試驗樁相同的施工工藝展開施工，工程完成后選取6 根樁進行靜載試驗，最小沉降值12mm，最大沉降值26mm；選取25 根樁進行抽芯檢測，混凝土芯樣均完整無夾渣，樁底沉渣厚度最大值3.5cm，最小值1.0cm。均符合設計要求。

6 結語

在旋挖鉆孔灌注樁施工中能否有效控制孔底沉渣是其成敗的關鍵，特別是在復雜地質條件下更要認真分析各種不利因素，制定詳細的針對性措施，通過工藝試驗合理選擇施工工藝，提高成樁質量。