超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁施工技術研究

王志權

（深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

擬建場安居南馨苑樁基礎工程超深樁為塔樓部分樁基，最小有效樁長60 m，鉆孔深度73 m，最大有效樁長達90 m，設計鉆孔最大深度達103 m。地質勘察結果顯示，現場地層類型分別為（自上而下）：人工填土層、淤泥質土、含黏土礫砂、粉質黏土、礫砂、礫質黏性土，基巖以燕山晚期花崗巖為主。

2 反循環清孔技術

2.1 泵吸反循環一次清孔

泵吸反循環鉆進的過程即持續清除孔底沉渣的過程；終孔停止進尺后，將鉆頭提起30～50 cm，并保持泥漿的正常大流量反循環，泥漿攜帶孔底沉渣經大內腔鉆桿上升排至樁孔外，從而清除樁孔底部沉渣。

2.2 密閉式氣舉反循環二次清孔

本工法在下放鋼筋籠及混凝土灌注導管后，采用密閉式大流量氣舉反循環進行二次清孔。密閉式送氣系統由容積流量為13 m3/min的螺桿式空氣壓縮機（90SDY型）、送風管、泥漿膠管、接頭彎管及灌注導管組成。接頭彎管頂部密閉連接送風管、泥漿膠管，底部與混凝土灌注導管密封，送風管采用PVC材料制作，下部裝有配重塊，下放至灌注導管的2/3處，壓縮空氣與導管內的泥漿混合，控制管內泥漿的密度和壓力，使兩項指標均小于管外泥漿的密度和壓力。在該壓力差異條件下，存在壓力差作用，其會提供“推動力”，使管外泥漿攜帶孔底鉆渣沿導管上升，向外排出后，再沉淀凈化，經過處理后的泥漿繼而回流至孔內，從而達到二次清孔的目的。密閉式氣舉反循環二次清孔原理如圖1所示。

圖1 密閉式氣舉反循環二次清孔原理

2.3 二次清孔孔口消壓裝置

大流量氣舉反循環二次清孔排出的泥漿為高速、高壓液體，為防止其四處飛濺傷人，本工法膠管液體出口處設置孔口消壓裝置。孔口消壓裝置外形為圓柱體，由鋼板焊接而成，循環泥漿膠管一端與孔口氣舉反循環接頭連接，一端與裝置的進漿口連接，這樣泥漿膠管兩端被固定，起到有效的消壓作用，確保其穩定性[1]。

3 影響嵌巖樁承載力的因素

1）樁的長徑比：此項參數主要影響的是樁側力。

2）樁周巖土的性質：根據規律，樁周巖土性能好且有足夠的強度時，可以產生較大的單位側阻力，對于樁身的影響則是提高其豎向承載力。通常，巖土抗剪性能較好時，樁身抗剪性較差，可能有不同程度的樁身破壞現象；反之，相比于巖土的抗剪強度，若樁身的抗剪強度更大，則樁身的完整性可得到保證。

3）嵌固力：嵌巖部分的嵌固力指的是入巖段總側阻力，此項指標主要取決于樁身樁周圍巖特性及結合程度。在巖性一致的前提下，隨著施工工藝的變化，樁與巖層的結合狀態存在差異。機械成孔期間，需采取泥漿護壁措施，以維持孔壁的穩定性，但此時樁周存在泥皮，其有隔離作用，導致樁與巖層無法有效接觸，此時樁與巖土的結合效果較差。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁鉆進與清孔雙反循環成樁工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆進與清孔雙反循環成樁工藝流程

4.2 操作要點

4.2.1 護筒埋設

大直徑超厚覆蓋層嵌巖灌注樁鉆進與清孔雙反循環成樁相對于旋挖鉆成樁工藝，無須埋設超長護筒即可滿足孔壁穩定要求，護筒材料為Q345B鋼板，厚度10 mm，內徑大于樁徑250 mm，埋置深度3～6 m，高出地面500 mm。

護筒埋設深度＜4 m時，采用挖設法埋設,用挖掘機以測定的樁位為中心開挖，護筒下放后，對樁位進行復核和垂直度復核，經復核滿足技術要求后，將護筒四周人工均勻對稱回填，回填料采用黏性土并要求回填密實。

4.2.2 鉆機就位

鉆機液壓支架下方鋪設鋼板，調平機座；檢查鉆頭中心和護筒中心，判斷兩者是否在相同的鉛垂線上，若有偏差則分析是否被控制在許可范圍內，再根據分析結果做合適的調整。

4.3 覆蓋層合金鉆頭泵吸反循環鉆進

4.3.1 初始鉆進

初始鉆進過程中，主要包含以下步驟：

1）向上提升鉆頭，到達與孔底相距20～30 cm的位置時停止；真空泵加水，關閉控制閥，開啟真空管路，啟用真空泵，利用該裝置形成負壓工作環境；砂漿泵充滿水后，關閉真空泵并啟用砂石泵。

2）開鉆時，鉆頭先在孔內攪動造漿（或將前一樁孔泥漿灌入），先不進尺，只空載轉動，使地層中細顆粒組分及泥漿中黏粒組分充分進入孔壁，形成泥皮護壁。

4.3.2 軟弱土層及黏土層鉆進

軟弱土層及黏土層鉆進過程中要注意的施工要點有：

1）樁孔上部覆蓋土層中軟弱土層及黏土層，采用單腰帶三翼刮刀鉆頭鉆進。該鉆頭底部設置雙層交錯的截齒，回轉阻力小，聚渣、排渣、切削性能好，鉆進速度快。

2）開孔時，采用輕壓慢轉、控制鉆進速度。通過初始鉆進進入黏性土層后，可加壓鉆進，自由進尺，大泵量抽吸。控制鉆速進尺為6～10 m/h，施加鉆壓控制在30～90 kN。

4.3.3 砂性土強風化層鉆進

砂性土強風化層鉆進過程需要重點關注以下內容：

1）砂性土鉆進時易塌孔，強風化層遇水容易軟化，為控制鉆進垂直度，采用雙腰帶4翼刮刀鉆頭鉆進。

2）雙腰帶4翼合金刮刀鉆頭設置2個直徑為設計孔徑的合金腰帶（需要加強導正性時可增至3個），同時增設1個翼板，呈90°角均布，翼板上可根據地層抗剪強度的不同焊接疏密程度不同的排狀切削塊。該鉆頭適應性強，既能鉆進薄層黏性土層、不糊鉆且有較高的鉆速。

3）砂性土、強風化層鉆進時，全程保持二檔轉速；砂土、砂礫層及強風化層施工時，全程保持一二擋。地下水含量較高，或是存在穩定性不足的砂土層時，放慢轉速，控制鉆速進尺1～6 m/h，鉆壓控制在60～120 kN。

4.3.4 加接鉆桿

加接鉆桿主要流程包括：

1）暫停鉆機運行，向上提升鉆具，使其與孔底的距離保持在80～100 mm，在該條件下安排5～8 min的泥漿循環時間，目的在于清理孔底以及管道內附著的雜物。在前述基礎上，加接鉆桿。

2）起鉆時注重防護，以免鉆頭與孔壁發生剮蹭；全程保持泥漿自流狀態，確保孔內水位高度的合理性，在該條件下提升護壁效果[2]。

4.3.5 硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環鉆進

硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環鉆進過程需要注意的施工要點有：

1）采用滾刀鉆頭全斷面破中、微風化硬巖，一次性成孔。

2）滾刀鉆頭后端采用直徑為設計孔徑環形合金鋼配重，前端安放的烏合金碳鋼合金滾刀頭，鉆頭前端設置8～12個滾刀頭；根據基巖的抗壓強度調整滾刀頭的數目，抗壓強度高的基巖中鉆進時，滾刀頭數目取小值。

4.3.6 終孔及泵吸反循環一次清孔

在終孔環節中，主要使用超聲波測壁儀來驗孔，確定孔徑、孔深、垂直的具體數據，判斷是否滿足要求；此外，收集數據，填寫終孔驗收單。

在泵吸反循環一次清孔過程中，要注意的施工要點有：

1）終孔后，立即進行泵吸反循環一次清孔，以免因鉆渣沉積量過多而影響二次清孔。

2）泵吸反循環一次清孔操作方法為：將鉆頭提起30～50 cm，保持泥漿循環，鉆孔底部的泥漿攜帶孔底沉渣經大流量砂石泵的抽吸作用由鉆桿內腔上升至孔口排出，經三級沉淀池沉淀后的性能較好的泥漿自流入樁孔內，補充樁孔液面，形成泵吸反循環，達到一次清孔的目的。

4.3.7 密閉式氣舉反循環二次清孔密閉式氣舉反循環二次清孔主要施工環節包括：

1）將PVC送風管下端放入混凝土灌注導管底部2/3處，上部通過三通彎接頭與空壓機相連。

2）將三通彎頭與灌注導管通過螺紋連接，保證其密封不漏氣。

3）安裝孔口消壓裝置，將孔口消壓裝置放置距泥漿池50 cm處，出漿口朝著泥漿池方向擺放，進漿口與循環泥漿膠管末端連接。

5 結語

鉆進與清孔雙反循環成樁工藝技術已應用在數個樁基工程項目中，在施工效率、質量及施工噪聲控制上都突顯優越性。解決了傳統旋挖機施工大直徑（≥2000 mm)、超厚覆蓋層（孔深≥80 m)、入硬巖（入中、微風化基巖）施工覆蓋層易塌孔、入硬巖鉆進難、清孔效果差、成樁質量難以控制的難題，經濟效益均較為突出。