旋挖鉆孔灌注樁在富水卵石層中的應用

王桂峰 李佐春

(1.中鐵建設集團有限公司基礎設施事業(yè)部，北京 100040； 2.中國地質(zhì)大學(北京)工程技術(shù)學院，北京 100083)

0 引言

旋挖鉆進是樁基工程中常用的一種施工方法，由于該工法施工效率高、適用地層廣，且對環(huán)境的影響較小，近些年得到了大量的推廣和應用[1]。但在砂層、卵礫石層等一些復雜地層鉆進時，如果沒有選擇合適的施工工藝，會出現(xiàn)一系列工程問題甚至工程事故[2]。某些施工場地，水位埋深淺，且地貌單元為河流一級階地或者河漫灘，地下水貯藏十分豐富，這給旋挖鉆孔灌注樁的施工帶來更大的難度。施工過程中，如果鉆頭和泥漿的參數(shù)選擇不當，會引起縮徑、塌孔等問題，甚至造成孔內(nèi)事故，故需要對旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝進行合理的選擇[3]。

近些年，很多學者對旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝、質(zhì)量控制方法進行了相關(guān)的研究，并以此為工程施工提供參考。例如：趙學萍[4]對旋挖鉆孔灌注樁水下施工的質(zhì)量控制方法進行了探討，并對如何保證最終的成樁質(zhì)量進行總結(jié)。黃瑋等[5]研究了昆明南站鉆孔灌注樁在厚砂層地基中的施工特點，最終選用優(yōu)化后的“淺護筒加泥漿護壁”工藝，解決了下穿厚砂層地基中鉆孔灌注樁施工的難題。于雷等[6]結(jié)合某機場高架橋項目，針對流砂層、泥巖層裂隙夾層對成孔過程的影響因素進行分析，提出了具體防治技術(shù)措施，取得了良好的施工效果。邵海兵等[7]以沿海地區(qū)某項目為例，針對長螺旋鉆孔灌注樁在富水砂性土層施工中遇到的成孔效率低、孔底涌土等問題，提出了采用鉆孔成孔后同步進行孔底注水的施工方法，并進行了試樁驗證。金勤勝等[8]通過建立的理論計算模型，獲得了最大允許提鉆速度與環(huán)空比、泥漿密度之間的關(guān)系，通過現(xiàn)場試驗表明，通過控制提鉆速度和改進鉆頭結(jié)構(gòu)，可以顯著節(jié)約項目施工成本。王昆泰[9]分析了旋挖工藝在松散砂土地層中塌孔原因,提出了減小抽吸力的技術(shù)措施，并提出了使用旋挖工藝控制塌孔的關(guān)鍵和輔助技術(shù),對砂土地層中的旋挖鉆孔灌注樁施工有很重要的指導意義。丁紅波等[10]針對卵石層漏漿采取了可靠堵漏措施，通過氣舉反循環(huán)兩次清孔，確保了孔底沉渣厚度，在施工效率大幅提高的同時確保了樁基質(zhì)量。這些研究為旋挖鉆孔灌注樁在不同地層條件下的施工工藝進行了分析和總結(jié)，但是在富水卵石層中旋挖鉆孔灌注樁的施工依舊是一個技術(shù)難題，鉆進中孔壁穩(wěn)定性的控制，泥漿參數(shù)和鉆頭的選擇等施工工藝，仍需要進行大量的研究。

以成都地鐵6號線一、二期工程郫筒車輛段樁基工程為背景，通過選擇合理的泥漿、鉆進參數(shù)和質(zhì)量控制措施，施工效率大幅提高，同時取得了良好的施工效果，以此為相似地層旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝和質(zhì)量控制提供參考。

1 工程背景

施工場地為成都地鐵6號線一、二期工程郫筒車輛段樁基工程。郫筒車輛段位于成都市郫都區(qū)境內(nèi)，中信大道以東，郫花路以北，桃源路以西的三角地塊內(nèi)。車輛段內(nèi)主要設置運用庫、停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫、綜合辦公樓、物資總庫等17個單體。除綜合樓為筏板基礎框架結(jié)構(gòu)外，其余建筑物的結(jié)構(gòu)形式均為樁基礎框架結(jié)構(gòu)。鉆孔灌注樁的混凝土強度為C35，樁直徑有0.8 m,1.0 m兩種，總計6 700根，平均樁長15 m，合計混凝土方量約63 904 m3。郫筒車輛段的地理位置如圖1所示。

1.1 工程及水文地質(zhì)條件

1.2 工程難點

本工程地層以卵石層為主，粒徑較大、地下水含量豐富，所以鉆孔難度大，主要可分為以下兩點：在卵石層中鉆進鉆頭鉆具磨損消耗較大，需采用專門對付卵石地層的高強度截齒鉆頭，并需選擇合理的鉆進工藝防止塌孔和偏斜；由于現(xiàn)場地質(zhì)條件為卵石層，且厚度較大，很容易出現(xiàn)塌孔，因此泥漿護壁質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用。

2 施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，本工程鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機成孔，化學泥漿護壁工藝。總施工工藝流程見圖3。

2.1 開挖泥漿池和制備泥漿

2.1.1泥漿池

考慮到現(xiàn)場實際情況，對于既有路的樁基，用鋼板焊接滿足儲漿要求的泥漿池和沉淀池，布置于施工樁基所處承臺附近，施工過程中及時清理并外運沉淀池中的沉淀物。對于其他區(qū)域的泥漿池，每四個墩位規(guī)劃一個泥漿池，一個沉淀池，兩個臨時沉淀池。具體布置見圖4。

2.1.2泥漿配制

泥漿采用化學聚合物泥漿，泥漿池內(nèi)注水后按比例加入適量化學聚合物，根據(jù)本工程地層特點，泥漿比重范圍為1.06～1.20，同時漿液的含砂率不應大于4%。泥漿配比根據(jù)現(xiàn)場實際情況試驗確定，參考指標見表1。

2.2 旋挖鉆進

1)采用專門對付卵石地層的高強度截齒鉆頭。施工過程中應經(jīng)常檢查鉆頭磨損情況并及時修復，以不斷優(yōu)化各鉆進技術(shù)參數(shù)，確保成孔質(zhì)量。

2)鉆進卵石層時泥漿漏失消耗較大，故鉆進應采用大比重、高粘度優(yōu)質(zhì)泥漿，鉆進過程中應及時補充損耗的泥漿。成孔質(zhì)量根據(jù)表2進行控制。

表1 化學泥漿配比參考表

表2 成孔驗收表

3 鉆進常見問題及質(zhì)量控制措施

3.1 塌孔

砂卵石地層鉆進時，應對進尺進行控制，并選擇密度、粘度和膠體率較大的泥漿。同時，采取升高護筒、增大水頭，或虹吸管連接等措施以應對地下水變化較大的情況。地質(zhì)條件復雜時，應相應加密探孔，并根據(jù)工程及水位地質(zhì)條件，制定出合理的技術(shù)及預防措施。

3.2 鉆孔漏漿

鉆孔漏漿是卵石地層易出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，在成孔過程中或成孔后，泥漿向孔外漏失，造成漿液損耗，護壁能力下降。發(fā)生漏漿時，可根據(jù)現(xiàn)場情況，加入稠度較大的泥漿或加入黏土，轉(zhuǎn)動時注意控制速率，使泥漿的護壁性能增加。

4 結(jié)語

郫筒車輛段樁基工程的施工實踐表明，旋挖鉆孔灌注樁在富水卵石層的施工難點較多。本工程通過選擇合理的施工工藝和泥漿配比，保護了卵石地層孔壁的穩(wěn)定性；并通過選擇高強度截齒鉆頭保證了鉆進質(zhì)量。通過對富水卵石地層易出現(xiàn)的施工問題進行分析總結(jié)，得出了相應的質(zhì)量控制措施，保證了施工進度和質(zhì)量，其中一類樁達到了99.95%，二類樁為0.05%，無三類樁。此案例可為類似工況條件的工程提供參考。