鉆孔灌注樁在不良地層中的施工問題及解決措施

呂凱

0 引言

隨著城市建筑規模的不斷擴大，樁基工程在施工中遇到地質條件復雜、工程施工困難的情況越發常見。為了保證樁基工程順利進行，可通過提前查看工程地質勘察報告獲取項目地質情況，針對復雜地質條件提出相應解決措施。本文通過具體工程項目，分析如何有效解決樁基工程中遇到的各種地質問題。

1 工程概況

該項目位于上虞區城北，其東南側為江廣路，西南側為峰山北路，西北側為中富鋼構，東北側為金城照明電器有限公司，該區域屬蕭紹甬平原海相淤（沖）積平原地貌。工程總占地面積為7 692m，總建筑面積為35 255.50m。本項目主要包括1幢12 層辦公樓及1 幢1～3 層裙樓，用地范圍下設一層地下室，建筑面積約5 241.60m，場地地面絕對標高平均為5.800m，項目主體為框架剪力墻結構，最大單柱荷載約16 000 kN。

本工程±0.000m 相當于絕對標高+6.000m，施工前地面標高平整至+5.800m，即相對標高-0.200mm。地下室承臺墊層底設計絕對標高為-2.530m，筏板墊層底設計絕對標高為-1.780m；電梯井承臺墊層底設計絕對標高為-3.750m（基坑東北側）和-4.050m（基坑西北側）。基坑地下室區域開挖深度按地下室承臺墊層底考慮，基坑東北側開挖深度為7.430m（其中電梯井區域開挖深度8.650m）；基坑其余側開挖深度為8.330m（其中西北側電梯井區域開挖深度9.850m）。

在施工工藝上，本工程樁基采用GF-300C 型鉆機反循環成孔，樁徑為600mm 和800mm 兩種規格，600mm 工程樁樁數為222 根，800mm 工程樁樁數為182 根，共計404 根工程樁，樁端持力層為6～2 中等風化玄武巖，由于場地6～2 層地層分布不均，造成場地內樁長各不相同，需及時查看場地地質勘查報告來確定，同時樁長度按照進入持力層深度為主，最小有效樁長為輔標準控制。

本工程圍護則分為電梯基坑邊支護及其它位置支護。電梯基坑邊支護采用鉆孔灌注樁+高壓噴射擴大頭預應力錨桿+混凝土內支撐的形式，其它位置支護均采用SMW 工法樁+高壓噴射擴大頭預應力錨桿+混凝土內支撐的形式；圍護體頂標高至地面采用噴錨護坡；坑中坑支護采用三軸攪拌樁+25a 槽鋼，汽車坡道放坡大于2.5m 時采用拉森鋼板樁與噴錨護坡。

2 地質及水文概況

根據地勘報告可以發現，該區域地質條件復雜，淤泥質粉質粘土、砂質粉土、礫砂等不良地層較多，樁基施工難度大。結合土層性質，可將施工場地內的地基土層劃分為6 個工程地質大層，細分為11 個工程地質亞層，主要為1 層雜填土、2-1層粘質粉土、2-2 層粘質粉土、3-1 層淤泥質粉質粘土、3-2 層淤泥質粉質粘土、4-1 層砂質粉土、4-2 層粉質粘土、4-3 層中砂、5 層礫砂、6-1 層強風化玄武巖、6-2 層中風化玄武巖，其性質自上而下分述如下：

1 層、雜填土：雜色，松散，主要由碎石及建筑廢棄物組成，其中硬質物含量約70%，含少量的粘性土及植物根系。地表大部分覆蓋有混凝土地坪。均勻性一般。本層全場地分布，層厚0.30～1.90m。

2-1 層、粘質粉土：灰黃色，很濕，稍密狀，中壓縮性，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低，含少量云母碎屑。平均垂直滲透系數為5.70×10～5cm/s，平均水平滲透系數為7.33×10～5cm/s。本層全場地分布，層厚0.80～2.30m。

2-2 層、粘質粉土：灰色，很濕，松散狀，中壓縮性，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低，含少量云母碎屑。平均垂直滲透系數為7.04×10～5cm/s，平均水平滲透系數為8.56×10～5cm/s。本層全場地分布，層厚4.50～6.30m。

3-1 層、淤泥質粉質粘土：灰色，流塑狀，高壓縮性，含少量腐殖質及有機質，切面稍有光澤，無搖震反應，干強度及韌性中等。本層全場分布，層厚8.60～14.60m。

3-2 層、淤泥質粉質粘土：灰色，流塑狀，高壓縮性，含少量腐殖質及有機質，切面稍有光澤，無搖震反應，干強度及韌性中等，夾粉土微層，層厚1～5mm。本層全場分布，層厚6.70～11.20m。

4-1 層、砂質粉土：灰色，很濕，稍密狀，中壓縮性，搖震反應迅速，無光澤反應，干強度及韌性低，含少量云母碎屑。局部相變為粉砂。本層全場分布，層厚2.20～5.00m。

4-2 層、粉質粘土：灰褐色，軟塑～流塑狀，中壓縮性，含少量腐殖質，切面稍有光澤，干強度及韌性中等，無搖震反應，含鐵錳等金屬氧化物斑點。局部夾薄層狀砂，層厚10～20cm。本層全場分布，層厚3.90～7.80m。

4-3 層、中砂：灰色，很濕，中密狀，低壓縮性，砂粒巖性復雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類，分選性差，多呈圓形或次圓形，粒徑大于0.25mm 的含量約為50%～58%，粘粒含量約為17%。局部夾薄層狀粘性土，層厚10～30cm。本層全場分布，層厚3.40～7.50m。

5 層、礫砂：灰色，中密狀，低壓縮性，礫石巖性復雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類，分選性差，多呈圓形或次圓形，礫徑大于2mm 含量約為49.5%，局部相變為卵石；砂質充填，砂以中粗砂為主，含量約21%，粘粒含量約16.6%。本層全場分布，層厚6.00～10.10m。

6-1 層、強風化玄武巖：灰色～灰黑色，巖石呈碎塊狀，屬軟巖，巖體基本質量等級為V 級，RQD 值小于25%。本層僅在Z1、Z2 有發現，層厚0.00～0.80m。

6-2 層、中風化玄武巖：灰色～灰黑色，基質結構，巖芯呈短柱狀、柱狀，巖質堅硬，氣孔狀、塊狀構造，合金鉆鉆進困難，局部風化蝕變，蝕變后的巖石強度較差。巖石質量指標RQD 為75%以上，為較好的，屬較軟巖。按巖體完整程度分類為較完整巖，巖石基本質量等級為Ⅳ級。勘探深度內，預計樁端下無洞穴、臨空面不良地質。

本場地地下水埋深小，淺部主要為受大氣降水和河流水補排影響的孔隙潛水，含水層主要為2-1 層粘質粉土及2-2 層粘質粉土，埋藏較淺，水量較小，并易受污染，水位變化受氣候影響較大，年變化幅度約1.50m；場地內各粘性土層隔水性好，4-1 層砂質粉土、4-3 層中砂及5 層礫砂系深部微承壓水含水層，承壓水頭、水量不大，承壓水位深度約為9m。附近無三廢污染源，根據本場地Z1、Z20 號孔內所取地下水的水質分析成果報告，地下水類型為重碳酸·硫酸鹽-鈣·鈉型淡水，場地內地下水對混凝土結構具微腐蝕性，在干濕交替條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，在長期浸水條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

3 施工前工程難點分析

3.1 鉆孔塌孔

1 層為雜填土層，狀松散，且硬質物含量約70%，層厚在0.30～1.90m 之間，在工程施工前，樁位放樣后進行護筒埋設時，若出現護筒長度選擇不當、埋設過淺、護筒位置未固定等情況，造成護筒底部未越過原狀土層，周圍封閉不密實等。在鉆孔過程中，泥漿的往復運動可能會造成護筒外壁與土體產生間隙，發生局部擾動，造成雜填土中硬質物發生墜落，易造成塌孔以及孔位偏移等現象的發生。

3-1 和3-2 層為淤泥質粉質粘土層：流塑狀，高壓縮性，屬于高靈敏土，自穩性差。在樁基施工過程中，鉆機鉆孔進尺過快，泥漿未能起到護壁作用或護壁效果不佳，造成泥皮不能及時形成，而進尺已越過該層，泥皮局部發生缺失等情況。在泥漿的循環作用下，循環的泥漿將泥皮未能及時形成的薄弱處土粒帶入孔內，形成該層的水土流失通道，造成土體結構的失穩而發生坍塌。

4-1 層、砂質粉土：此類土層，呈松散蜂窩狀，滲透性較好，內聚力小，對外力反應靈敏，在微弱動水或外力作用下都會發生移動，喪失穩定性。在樁基施工過程中，若不采取有效的施工措施，進尺過程勢必引起土體的擾動，造成孔壁周圍的應力失去平衡，周圍土體臨空面應力瞬間被釋放。在合力作用下，土顆粒向孔內蠕動，進而帶動大范圍的土體流動,發生塌孔現象。

3.2 鉆孔漏漿原因分析

5 層、礫砂：礫砂層中礫石巖性復雜，成分主要為石英砂巖、火山巖類,分選性差，多呈圓形或次圓形，礫徑大于2mm 含量約為49.5 %，局部相變為卵石；砂質充填，砂以中粗砂為主。在樁基施工過程中，泥漿把礫砂層中中粗砂帶出，礫石間縫隙較大，且孔內水頭壓大于孔外，地下水壓力遠小于護筒內泥漿壓力，導致泥漿沿著礫石間的縫隙流出孔外，引起水頭下降。

3.3 孔底成渣厚原因分析

泥漿在鉆孔過程中主要有兩個作用，一個是鉆孔過程中泥漿起到護壁作用，另一個是泥漿在循環過程中可以攜帶、排除大量因鉆孔而產生的鉆渣。

一般地層采用自然造漿的方式進行鉆孔，在鉆進過程中鉆頭破碎土層，形成樁徑大小的孔洞，泥漿中的自由水在壓力差的作用下會向孔壁中空隙滲透，使得泥漿失水，部分固相顆粒附著在孔壁上，隨著失水作用進一步發生，固相顆粒不斷附著在孔壁上，泥皮的厚度不斷增加，直到泥皮厚度增加的速度與泥皮被沖刷的速度達到平衡后，孔壁泥皮達到穩定狀態，即泥皮厚度不再增加。

自然條件下所配置的泥漿在形成穩定的泥皮后，泥漿中仍含有大量的原始土層中的粗顆粒及無用固體物質，從而造成泥漿塑性粘度高而結構粘度較低，結構粘度低會降低泥漿攜帶鉆渣的能力。

對于本工程所面臨復雜地層，顯然上述自然泥漿造漿方式的黏度和稠度均無法滿足鉆孔周圍的護壁作用及攜渣、排渣能力。泥漿的黏度和稠度偏小，礫砂顆粒懸浮在孔內泥漿里，較大粒徑礫石仍難以大量排出，沒有真正達到清孔的目的。在清孔完成后，靜置狀態下，大量礫砂下沉速度快，造成孔底成渣不符合要求。

4 解決措施

4.1 鉆進塌孔解決措施

（1）埋設長護筒

根據地勘報告可知，1 層雜填土層厚為0.30～1.90m，在施工前，根據原狀土土層深度選擇1～3m 長的護筒，以此來達到護筒底部穿過雜填土層，進入原狀土層且護筒底部和周圍用粘土換填并夯填密實。以防成孔時護筒下部塌孔，同時固定好護筒位置，防止孔位的偏移。

（2）提高泥漿性能指標，加大泥漿密度和粘度

3-1、3-2 層淤泥質粉質粘土，4-1 層砂質粉土的塌孔可以歸因于在鉆進過程中鉆桿進尺過快，泥漿質量不良，護壁效果不佳。

在正式施工前，在現場劃定兩個對施工影響較小的位置，設置兩個泥漿池，一個作為循環池使用，一個作為沉淀池使用。前期泥漿選用膨潤土為主料，并加入黏土、純堿和羧甲基纖維素（CMC）等外加劑混合而成。考慮到地層4-1 層砂質粉土的不良特性，泥漿相對密度、粘度均采用較大值配比，并加大了CMC 的用量，比例定為水∶膨潤土∶黏土∶Na OH∶CMC=1000 ∶100∶60 ∶1.5 ∶3。經過上述制備的泥漿性能最終膨脹可達到10～30 倍。

在飽水情況下，由于砂質粉土的力學特性，以膨潤土為主的泥漿具有高膨脹性，同時擁有強烈的自我修復能力，形成泥皮速度快，從而可以形成連續性、穩定性和抗破壞性均較好的泥皮，給泥漿與土體之間提供了良好的受力介質，從而保證了進尺的穩定進行。同時，泥漿在循環后經沉淀池流入循環池以便泥漿中的砂粒沉淀，并經過泥沙分離器分離后，形成可用泥漿，保證進入鉆孔中的泥漿有較好的性能。

4.2 鉆孔漏漿解決措施

漏漿的主要因素為泥漿粘度和稠度不夠，無法形成致密的泥皮，造成泥漿沿著孔隙流出。因此要解決漏漿應該提高泥漿粘度和稠度與封堵卵石間縫隙相結合的辦法。根據現場施工經驗漏漿主要發生在礫石層前期，一旦卵石縫隙被黏土顆粒充填漏漿量會越來越少甚至全部消失，故在進尺到礫石層前期時，鉆進速度和進尺狀況必須高度重視。

在實際鉆進中，本工程在進尺到絕對標高-38.00m 左右時，發現護筒內水頭出現下降，排漿口帶出大量礫砂（圖1）。查看該區位的勘察報告發現，此時孔底位于5 層礫砂層頂部位置。該礫砂層中礫徑大于2mm 含量約為49.5%，局部相變為卵石，砂質充填，層土不均勻，砂以中粗砂為主。另外，反觀孔內泥漿緩緩流出，水頭并未突然下降。因此，懷疑是卵石層縫隙較大，地下水壓力遠小于護筒內泥漿壓力，導致泥漿流出孔外，引起的水頭下降。

圖1 孔內排出卵石

分析原因發現，前期以膨潤土為主料的泥漿護壁保證了周圍土體的穩定，滿足了上部土層鉆孔的需要，雖經過沉淀除砂等處理但在經過幾次循環后其粘度，稠度均變差。在進入5 層礫砂層時，礫砂層因地層本身無法自然造漿，加之前期泥漿性能變差，護壁效果不佳，泥漿沿孔隙流出，造成漏漿。

先停止鉆進進尺，置換成優質膨潤土泥漿進行鉆進，然后觀察、記錄漏漿情況，若無明顯變化，則按照此優質泥漿進行進尺，且保證及時置換直至進尺穿過5 層礫砂層。若出現明顯的漏漿情況，結合現場實際情況，利用現場三軸水泥土攪拌樁返土帶上來的部分水泥漿，與制備好的泥漿進行攪拌，加大泥漿比重至1.4，粘度至25，攪拌均勻后，再次進行鉆進工作，觀察護筒內水頭變化，適當時機進行補漿，保持孔內的水頭位置，經過一段時間的觀察發現，護筒內水頭保持穩定，漏漿現象得到解決，同時大量的卵石隨著泥漿被帶出。

4.3 鉆孔沉渣解決措施

埋設長護筒以及性能良好的泥漿對于控制孔底沉渣至關重要，長護筒的埋設減少了上部雜填土中硬質物的掉落，性能良好的泥漿保證中下層易液化坍塌砂質層的成孔質量，同時性能良好的泥漿在長期停鉆的情況下還能保持較好的泥沙懸浮能力，孔底沉積物較少，此外，優質的泥漿可使孔壁形成一層粘性好、密度大、滲透性差的泥皮，這層泥皮可防止孔內泥漿外滲大大減緩孔內水頭降低的速度這也是使孔壁穩定的有效措施，大大增加了泥漿的攜帶、排除鉆渣的能力，最終能將孔底清理干凈。

5 結論

隨著社會發展，工程建設的日益增加，在樁基礎施工過程中，遇到的不良地質條件的現象顯著增加，在施工過程中認真執行設計要求和施工技術要求是非常重要的，針對施工中可能遇到的潛在問題認真分析原因，提前制定出針對性的處理措施，再結合現場出現的其它問題，進一步優化措施，能較好地避免各類質量事故。同時實際施工中，要結合潛在問題和現場實際遇到的問題進行比較分析，歸納總結出一系列處理類似問題的有效經驗。