水下旋挖鉆孔灌注樁化學泥漿粉造漿護壁施工技術

申 毅

(中國鐵建股份有限公司，北京 100855)

1 工程概況

和泓四季一期工程位于重慶市九龍坡區華巖新城片區，總建筑面積263 015.77m2。包括19棟花園洋房、6棟高層住宅、1棟售樓處、1棟幼兒園及3個地下車庫，其中花園洋房96 559.6m2，高層住宅112 396.6m2，車庫50 000m2。花園洋房地下1層，地上共7(6+1)層，坡屋面，結構最高處23.100m，薄壁異形柱框架剪力墻結構，基礎形式主要為鉆孔灌注樁。

根據勘察報告，主樓場地地層為第四系全新統沖積層，下部基巖為第三系新余群地層。按其巖性及工程特性，自上而下依次劃分為：③粉質黏土、④淤泥質粉質黏土、⑤細砂、⑥粗砂、⑦礫砂、⑧1強風化粉砂質泥巖、⑧2中風化粉砂質泥巖、⑧3微風化粉砂質泥巖。因鉆孔需要穿過厚黏土和砂層，所以鉆孔樁需要護壁確保在鉆孔過程中不塌孔。

樁基直徑800～1 000mm,孔深20～30m,共完成1 815根樁，采用化學泥漿造漿護壁、雙底掏渣鉆清孔、反循環清孔施工工藝，保證了施工進度和質量，經檢測表明，I類樁98%、II類樁2%，合格率100%。

2 技術原理

2.1 化學泥漿粉造漿護壁原理

在護壁過程中通過液體壓力差的作用，泥漿中的自由水通過孔壁裂隙向地層中滲透，將漿液和砂粒黏為一體，來平衡孔壁外側壓力。化學泥漿漿液能把砂粒黏為一體并且向外側滲透10～15cm。

2.2 絮凝原理

因化學泥漿是以改性的高分子聚合物為基料，化學泥漿粉添加量為水質量的萬分之五，當高分子濃度很低時，高分子的鏈可以同時吸附在幾個膠體粒子上，通過“架橋”的方式將幾個膠粒連在一起，由于高分子鏈的旋轉和振動，將膠體粒子聚集在一起而產生沉降，所以化學泥漿可讓鉆屑迅速沉淀。

3 技術特點

應用化學泥漿粉造漿可讓鉆屑迅速沉淀的特點，采用雙底撈砂鉆掏渣，再結合泵吸反循環清孔施工工藝，清孔速度快，能使孔底沉渣得到有效控制，技術特點如下。

1)化學泥漿粉造漿便捷快速，可在10s內充分溶解，順著噴射的水流沖入孔內，形成良好的護壁漿液。

2)化學泥漿粉用量小，100m3的水池加入50kg左右即可形成良好的泥漿液，成本較低。

3)漿液含砂率低，可自行清潔, 與混凝土自行分離, 延長鉆頭壽命, 提高混凝土的澆筑質量。

4)化學泥漿的造漿廢漿少，可循環使用，無毒、易于降解，可直接拋棄而不會造成環境污染。

5)浮漿少，可減少混凝土超灌高度，節約混凝土用量。

6)泥漿池不會有大量沉渣出現，無需清理泥漿池。

4 施工工藝

4.1 材料與設備

1)材料 化學泥漿粉、純堿、鋼筋、焊條、混凝土、柴油、潤滑油、液壓油、鋼絲繩等。

2)設備 SR280R旋挖鉆機、鉆頭、起重機、電焊機、泥漿泵(排污)、砂石泵(清孔)、壓漿泵、混凝土輸送泵、鏟車(泥渣外運)、運漿車(泥漿外運)、導管、擴筒等。

4.2 旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程

施工工藝流程：施工準備→鉆機就位→泥漿護壁→鉆進成孔→吊放鋼筋籠→導管安裝→反循環清孔。

4.3 施工準備

1)場地進行平整壓實，清除雜物、換除軟土，保證旋挖鉆機行走暢通。

2)根據現場實際情況布置泥漿池(不設沉淀池)，尺寸為長×寬×深=8m×4m×3m，保證有足夠水源進行反循環泵吸泥漿回流到孔內。

3)樁位中心確定，護筒埋設。

4)人員、鉆機、汽車式起重機及撈渣鉆相應機具全部進場，機具資料齊全、合格。

5)確定鉆機開行路線，根據比例尺在施工圖標明樁位、編號、施工順序，以便管理。

4.4 鉆機就位

1)鉆機就位前應對鉆機各項準備工作進行檢查，鉆機安裝后底座和頂端應平穩。

2)旋挖鉆機調整平整，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數據即可鎖定，勿需再作調整。

4.5 泥漿護壁

1)化學泥漿粉比例按0.01%～0.1%配制，直接在噴灑的清水中沖入孔中，迅速溶解，形成較好黏度的漿液，也可順噴灑的清水加入泥漿池內，用泥漿循環泵抽出和泵入進行循環，然后注入孔中，如圖1所示。根據地質條件及實際情況確定配合比，如表1所示。

圖1 化學泥漿護壁

表1 各地層化學泥漿粉摻量

2)根據地質與水質等因素適量添加純堿調整pH值并增加黏度，建議pH值在8～10(先在小桶里進行試驗確定添加純堿的含量)。

3)漿液面始終不能低于地面1m，更不能采取半孔漿成孔，因半孔漿成孔壓強降低，護壁能力就降低；同時灌注混凝土時，沒經過漿液浸泡的地層極有可能塌方。

4)不能與膨潤土泥漿混用，因為二者的機理不一樣，膨潤土泥漿可以懸浮鉆屑，而化學泥漿讓鉆屑迅速沉淀。

4.6 鉆進成孔

1)當鉆機就位準確，泥漿制備合格后即開始鉆進，鉆進時每回次進尺控制在600mm左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩，提斗要慢，特別是在孔口5～8m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時糾正。

2)在鉆進過程中鉆機不能產生位移或沉陷，否則應及時處理，在鉆孔排渣、提鉆除土或因故停鉆時，應保持孔內具有規定的水位和要求的泥漿相對密度和黏度。處理孔內事故或因故停鉆時，必須將鉆頭提出孔外。

3)旋挖鉆機一般先采用筒式鉆頭，施工時在孔內將鉆頭下降到預定深度后，轉鉆頭并加壓，旋起的土擠入鉆筒內，泥土擠滿鉆筒后,反轉鉆頭，鉆頭底部封閉并提出孔外，然后自動開啟鉆頭底部開關，倒出棄土成孔，在鉆進過程中將鉆頭提出鉆孔外后，向孔內注泥漿液。

4)最后成孔的1～2鉆要靜置20min左右再成孔，因為化學泥漿讓鉆屑迅速沉淀，然后采用雙底撈砂鉆掏渣清孔。

5)鉆進至設計孔深后，采用雙底撈砂鉆斗在原處機械旋轉數圈，將孔底虛土盡量裝入斗內，對孔底泥渣進行清理。

4.7 鋼筋籠吊裝

1)樁基鋼筋籠制作按圖紙要求施工完成，驗收合格。

2)樁基鋼筋籠采用汽車式起重機進行兩點起吊，第1點設在骨架的下部，第2點設在骨架長度的中點到上三分點之間。對于長骨架，起吊前應在骨架內部加強剛度。起吊時，先提第1點，使骨架稍提起，再與第2點同時起吊；待骨架離地面后，第1點停吊，繼續提升第2點。隨著第2點不斷上升，慢慢放松第1吊點，直到骨架與地面垂直，停止起吊，如圖2所示。解除第1吊點，檢查骨架是否順直，如有彎曲應整直。

圖2 鋼筋籠吊裝示意

3)吊入鋼筋籠時對準孔位輕放、慢放。若遇阻礙，隨起隨落和正反旋轉使之下放。不高起猛落、強行下放，以防碰壞孔壁而引起塌孔。

4)下放過程中，時刻注意觀察孔內水位情況，如發現異常現象，馬上停放，檢查是否坍孔。

4.8 導管安裝

導管采用5mm厚無縫鋼管制作，導管接頭處橡膠墊密閉進行絲口連接，導管內徑300mm；導管節長3.0～2.0m，漏斗下配節長1.0，0.5m導管。導管使用前應進行試拼接及氣密性試驗，試壓好的導管表面用磁漆標出0.5m一格的連續標尺，并注明導管全長尺寸，以便灌注混凝土時掌握提升高度和埋入深度。

4.9 反循環清孔

1)反循環清孔導管下放深度以出漿管底距沉淤面300～500mm為宜。

2)清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴防因補漿不足(水頭損失)而造成塌孔。

3)當孔底沉渣較厚、塊度較大或沉淀板結時，可適當加大泵吸，并搖動出水管(導管)，以利排渣。

4)清孔完成后立即進行水下混凝土澆筑。

5 效益分析

膨潤土造漿與化學泥漿粉造漿對比分析如表2，3所示。采用化學泥漿粉造漿施工工藝有以下優點：①大大加快了施工進度，并且不受任何天氣的影響；②場地清潔，保障文明施工；③確保施工質量；④造價方面每m3泥漿可以節省14.1元。采用化學泥漿粉造漿對比膨潤土造漿護壁每根樁造漿產生的人工成本要節約393.9元，其中采用化學泥漿粉造漿+反循環清孔對比膨潤土造漿護壁+正循環清孔完成1 815根樁基，要節約工期212d。因節約工期產生的電費、水費、人工費和管理人員的工資及間接費用未作計算。

表2 膨潤土造漿與化學泥漿粉造漿對比分析

6 結語

鉆孔灌注樁多在水下及地下進行，對于降水量較多地區及地下水豐沛的黏土、填土、砂土、礫砂，利用傳統的膨潤土造漿，護壁效果差，宜塌孔、頸縮，成孔率相對較低，且成本較高，安全文明施工不宜管理，對進度也會造成一定影響。而化學泥漿粉可以廣泛應用于旋挖鉆孔灌注樁的泥漿護壁，在大砂，中砂，細砂，粉砂，流砂，淤泥等地質條件下效果比較顯著。

表3 效益對比分析