軟弱土層泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

李亮 舒建剛 孫路坦 張峰林

摘要：鉆孔灌注樁施工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于樁基工程施工，在軟弱土質(zhì)中進(jìn)行鉆孔灌注難度較硬質(zhì)土更大。本文結(jié)合某電力管廊工程實(shí)例，通過對泥漿的制備、鉆孔、清孔、鋼筋籠吊運(yùn)及水下混凝土灌注等一系列重要施工流程精確研究，探討在軟土中最適宜的泵吸反循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝，為整個(gè)電力管廊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定提供保障。本文的研究可供軟弱土層的基坑開挖及支護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：軟弱土層;泵吸反循環(huán);鉆孔灌注樁;施工技術(shù)

0引言

某地下電力管廊工程位于較厚軟土地基之上，在軟弱土層上施做管廊，其基坑支護(hù)要求較高，通過采用鉆孔灌注樁對基坑進(jìn)行圍護(hù)支撐，可有效加強(qiáng)基坑坑壁對周圍土壓的側(cè)向抗力，減小基坑變形量。但由于場地內(nèi)存在第四季風(fēng)化的砂、土層的地質(zhì)條件，適宜采用反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行施工。

1工程概況

本工程電力管廊設(shè)計(jì)范圍樁號在K0+692--K1+660之間，電力管廊全長1100m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工程分為三個(gè)部分施工，各部分區(qū)段依據(jù)各段工程地質(zhì)和地下水情況，施工工藝略有不同。具體如下：

（1）基坑標(biāo)準(zhǔn)段：采用水泥攪拌樁+H型鋼+冠梁及支撐梁的支護(hù)方式;

（2）過河段：采用圍堰+基坑標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)方式;

（3）十字井/T型井：采用鉆孔灌注樁+冠梁及支撐梁+三軸攪拌樁止水幕墻的支護(hù)方式。

2泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工工藝

本工程設(shè)計(jì)使用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行泥漿護(hù)壁成孔，在鉆孔灌注樁中，反循環(huán)回轉(zhuǎn)施工方法比正循環(huán)施工方法出渣效率更高，對孔底沉渣厚度有較高要求的工程樁更為實(shí)用。其基本工作原理是利用地面泥漿池與孔口高差通過引流槽自動(dòng)向孔口處流動(dòng)泥漿，泥漿經(jīng)孔口流入孔內(nèi)，而后通過泥漿泵在孔內(nèi)由鉆桿將孔內(nèi)伴有鉆渣的泥漿抽回地面，已達(dá)到清孔出渣的施工效果。施工流程框圖如圖1所示。

2.1埋設(shè)護(hù)筒

本工程地質(zhì)較差，鋼護(hù)筒底部需穿過淤泥層進(jìn)入黏土層1.5～2m范圍。每節(jié)護(hù)筒采用焊接連接，施工過程中利用全站儀全程控制護(hù)筒垂直度，確保樁基施工質(zhì)量。護(hù)筒中心軸線與設(shè)計(jì)樁位中心偏差不得大于50mm，護(hù)筒頂部高出地面0.5m。

2.2泥漿護(hù)壁

為保證鉆孔護(hù)壁測成孔質(zhì)量，本工程以蒙脫石為主作為膨潤土制備護(hù)壁泥漿，并根據(jù)泥漿需用量選擇泥漿制備材料進(jìn)行攪拌，其轉(zhuǎn)速宜大于200r/min，使泥漿充分均勻拌和，保證稠度和懸浮出渣吸附力強(qiáng)。施工期間護(hù)筒內(nèi)的泥漿面高出地下水位1m以上。現(xiàn)場試驗(yàn)人員做好記錄，嚴(yán)格按要求制備泥漿。同時(shí)隨時(shí)調(diào)整泥漿參數(shù)，做到泥漿稠度適宜。泥漿技術(shù)指標(biāo)如下表1所示：

2.3吊放鋼筋籠

吊放鋼筋籠前必須根據(jù)樁長和孔口高度計(jì)算出吊筋長度，然后將吊筋與鋼筋籠焊接牢固吊放入孔。鋼筋骨架的保護(hù)層厚度可用轉(zhuǎn)動(dòng)混凝土墊塊，設(shè)置密度按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周布置不少于4個(gè)，保證主筋凈保護(hù)層厚度不小于7cm。鋼筋的表面潔凈、無損傷，使用前將表面的油漬、漆皮等清除干凈，有嚴(yán)重質(zhì)量問題，則不得使用，另換一批鋼筋。

2.4安裝導(dǎo)管

本工程水下混凝土澆注導(dǎo)管選用內(nèi)徑200～350mm的無縫鋼管。導(dǎo)管須經(jīng)水密試驗(yàn)不漏水方可使用，導(dǎo)管每節(jié)2～3m。下導(dǎo)管時(shí)防止碰撞鋼筋籠，導(dǎo)管及料斗支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導(dǎo)管。不得支撐在港互通上，以防壓迫護(hù)筒，發(fā)生移位，影響灌注樁成樁質(zhì)量。導(dǎo)管底距孔底0.5m。

2.5二次清孔及終孔驗(yàn)收

由于安放鋼筋籠及導(dǎo)管，時(shí)間的間隙較長，孔底沉渣已達(dá)到一定厚度，需要二次清孔。此次清孔通過導(dǎo)管進(jìn)行，由地面泥漿泵加壓由孔內(nèi)向孔口以外不斷抽吸帶渣泥漿，而后經(jīng)沉淀池沉淀土渣后，泥漿流回孔內(nèi)繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行抽吸，直到孔口撈樣表明孔底沉渣厚度已達(dá)設(shè)計(jì)沉渣厚度要求，方可報(bào)監(jiān)驗(yàn)收終孔。清孔完成，需立即進(jìn)行水下混凝土灌注保證成樁質(zhì)量。清孔后的泥漿比重應(yīng)控制在1.03～1.1g/cm3，泥漿的含砂率<2%，粘度控制在17～20Pa·S，膠體率>98%。

2.6灌注水下混凝土

水下灌注首盤混凝土，其數(shù)量必須經(jīng)過計(jì)算。首盤料以后的正常混凝土灌注，其導(dǎo)管埋置深度為2～6m并及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，切勿出現(xiàn)無法拔管情況。為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高超灌0.5～1m以上，以免出現(xiàn)樁頂浮漿，影響樁身強(qiáng)度。在灌注混凝土?xí)r，每根樁至少留取一組試件。

3反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔灌注樁施工重難點(diǎn)

泵吸反循環(huán)鉆孔灌注工藝特別適合用在軟弱土層，成孔過程中沉渣厚度較大的鉆孔灌注樁案例。本工程使用該工藝，使得泥漿護(hù)壁充分發(fā)揮，攜渣出孔率可達(dá)98%以上。在實(shí)際施工過程中，會(huì)遇到如下施工難點(diǎn)及技術(shù)把控重點(diǎn)。

（1）鉆孔灌注水下混凝土過程中，必須始終保持護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面應(yīng)高出地下水位1m以上，以保持有足夠液壓使孔壁穩(wěn)定。

（2）清孔應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行，始終保證孔內(nèi)沉渣厚度滿足要求，否則會(huì)導(dǎo)致灌注樁夾渣、斷樁等不良質(zhì)量問題。

（3）鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度灌注混凝土之前，孔底成渣厚度需要反復(fù)清孔方可終孔驗(yàn)收，實(shí)例表明，多次運(yùn)用泥漿反循環(huán)清孔，效果顯著。

4結(jié)論

綜合本文所述，在軟弱土層中高效成孔，利用場地土質(zhì)特點(diǎn)把地下管廊的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的施工出來，選擇采用泵吸反循環(huán)鉆孔灌注樁工藝施做基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，有其獨(dú)特的優(yōu)勢和工程適應(yīng)范圍。可以得出如下結(jié)論：

（1）在第四季風(fēng)化的砂、土層的地質(zhì)條件下土層較軟，幾乎不具備承載能力，適宜采用反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行施工可以有效提高灌注樁成樁質(zhì)量，對于軟弱土層的承載力加固提升作用顯著;

（2）對于泥漿護(hù)壁成孔灌注樁而言，整個(gè)混凝土灌注過程在水下進(jìn)行，為使成樁質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，選用泵吸反循環(huán)回轉(zhuǎn)向外抽吸泥漿效果更為顯著，清孔效率更高，能夠有效減少沉渣厚度及樁身夾泥、夾渣等影響單樁承載力的質(zhì)量問題。

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