非勻質砂層鉆孔樁孔壁穩定性和施工技術探究

陳鴻康

（中冶建工集團有限公司，重慶 400084）

0 引言

在工程技術持續創新發展背景下，樁基施工同樣面臨各種復雜地質環境，受到各種不利因素影響，為此需要進一步加強鉆孔樁相關施工工藝以及孔壁穩定性研究，結合具體樁基施工項目，綜合分析鉆孔樁施工技術，進一步提升樁基施工質量，提高樁基施工效率。工程施工中需要結合現場調查成果，綜合分析泥漿護壁穩定性，總結非勻質砂層鉆孔樁主要施工措施，促進相關施工技術不斷優化發展。

1 工程概況

擬建魯中數智物流與供應鏈及基礎設施項目-道路工程-站前路沂河大橋項目工程中，率先進行施工勘察隨后指導施工設計。擬建工程橋梁主要分布于沂源縣南麻街道，沂河K6+853.28m—K7+019.32m 處，工程現場交通便捷、地理位置優越，屬于良好工程建設場地，擬建工程分布位置如圖1 所示。

圖1 工程區域位置

結合設計單位相關技術參數，工程橋梁跨徑設置以8 孔20m 混凝土預應力空心板橋為主，長度總和達到166m，基礎按照樁基礎施工，樁徑設計為1.5m，單根柱標準承載力是4000kN，擬建工程基礎狀況如表1所示。

表1 擬建工程基礎狀況

在工程正式施工前，率先實施全面勘察任務，掌握工程現場巖土層分布、類型、工程特性和成因，準確評價地基土穩定性、均勻性和適應性。因為此次工程屬于規劃新建工程，場地分布于水流量較大河道內以及河堤兩岸，按照設計單位的GPS 測放確定鉆孔位置，根據標準規范和委托書標準要求實施優化布置，按照動探原位測試、標貫、取土試樣等方式開展土工試驗，聯系工程現場地質特征，綜合評價勘察現場地基?？辈炜碧讲键c中總計設置27 個勘測點，將鉆孔間距控制在17～23.25m，對應鉆孔深度最大值為25.6m。原位測試從地表下層1m 開始，針對土層、砂層實施標準貫入試驗，將間隔控制在1m，針對強風化巖石開展動力觸探、觸探測試以及標準貫入測試，主要以自動脫鉤形式為主?？碧浇Y束后針對下層風化石灰巖利用C20 混凝土實施全面回填，上層粗砂、碎石等部分利用級配砂石實施全面回填，頂面相距20cm 部位利用C20 混凝土實施合理回填。結合現場勘測和周邊資料，現場地層結構主要是碎石、粗砂、雜填土以及風化巖石，廠區覆蓋層厚度低于50m。場地土類型是中軟土-中硬土。結合此次鉆探和所采集地質資料，總結工程現場和周圍區域沒有全新斷裂活動，沒有液化土層，不會對工程穩定性產生任何影響[1]。

2 孔壁穩定性的提高與鉆孔樁施工技術要點

2.1 工程方案

因為工程現場中風化巖石整體埋深較淺，整體厚度較大，樁基礎被選為最佳的地基施工方案。此次工程主要以樁基礎施工為主，樁徑達到1.5m，單樁承載力較大。地層內中風化石灰巖擁有較高強度，均勻分布，可以充當樁端持力層，結合當地經驗主要采取鉆孔灌注樁施工方案。成樁可行性分析方面，因為工程現場地層主要通過碎石、粗砂、填土、強風化灰巖、粉質黏土以及中風化泥灰巖等部分組成，是易成孔段。對于堅硬度較高的中風化石灰巖需要聯系地層結構和巖石強度對鉆機裝置進行合理選擇，成孔中為預防孔壁坍塌，應該制定有效技術方案控制孔壁擾動、擴容、塌孔等問題。正式施工前，需要于工程現場開展全面試樁，輔助確定施工設備、技術工藝和單柱承載力等基礎特征值，工程樁設計中參考樁基檢測報告。因為現場分布于河道內，成孔環節注意不要隨意排放泥漿，從最大程度上降低排放泥漿對附近環境不良影響。選擇樁端持力層中，結合鉆探資料分析中風化灰巖層較為穩定且厚度較大，擁有較高的力學強度，建議將中風化灰巖當成樁基持力層。鉆孔灌注樁選擇1500mm 直徑，使樁端全斷面深入持力層最少兩倍樁徑。此次工程中主要以嵌巖樁為主，需要結合樁端沉渣厚度對樁基沉降變形進行合理控制，建議通過清孔鉆頭實施清孔處理，清孔中持續置換泥漿，進一步縮減孔底沉渣厚度，并確保鉆孔達到設計深度要求，開始混凝土灌注前，合理控制孔底沉渣厚度，不能超出50mm。樁基檢測方面，在開始鉆孔樁施工前需要開展試樁工作，基于此確定適合施工設備和施工工藝，利用靜載試驗判斷單樁豎向抗壓極限承載力。結束工程樁施工后繼續實施樁基檢測，通過靜載試驗技術判斷單樁豎向抗壓極限承載力，檢測總和不能低于樁數1%，且不能低于3 個，通過低應變法和聲波儀法確定樁身完整性，確保抽檢數量大于樁數總和20%。

2.2 鉆孔施工

在鉆孔施工中需要先對工程場地進行全面平整壓實，并在上方設置鋼板，提升場地穩定性和堅硬度，埋設鋼護筒，其中鋼護筒直徑和鉆頭直徑比起來超出0.2m，鋼護筒壁厚度達到12m，長度達到5m，針對建筑垃圾相關不良土質問題，應該設計長護筒跟進處理，在原有鋼護筒基礎上實施進一步接長，鋼護筒頂層超出地面0.5m，使鋼護筒中泥漿水頭維持特定高度，構成高靜水壓力，使整個孔壁維持良好穩定性，初步固定埋設鋼護筒后繼續分層回填夯實。分別進行沉淀池以及泥漿池施工，擴大泥漿回流路徑，促進鉆渣全面沉淀，并對沉淀池內現存鉆渣實施全面清除。組織專人負責泥漿配制，加強泥漿制備管理，確保泥漿材料達到各項指標要求。結束準備活動后，率先通過旋挖鉆機實施低速鉆入，鉆孔中循環泥漿相對密度控制在1.06 以上，基礎黏度在20～22Pa·s，膠體率大于95%，內部含砂率低于4%，同時進行反復掃孔，提升鉆具順暢性。初步鉆透卵石層后，對泥漿相對密度進行合理調整，將密度控制在1.1 以上，膠體率大于1.1，含砂率小于2%，黏度控制在25～28Pa·s，使旋挖鉆頭緩速提升，將鉆具提升速度控制在每秒5mm 以下，同時對泥漿進行密切監測，實時補充新泥漿，使鋼護筒保持良好泥漿水頭高度，預防提升速度過快產生負壓，引發孔壁坍塌。在旋挖鉆頭脫離鋼護筒后，緩緩移動旋挖機到施工范圍，預防擾動鉆孔，隨后全面復核旋挖機鉆入孔位，對樁位中心偏差進行合理控制，限制于20mm 以下。緩緩轉移反循環鉆機到旋挖機部位，調節鉆頭使其處于樁位中心，對機械水平度和鉆桿垂直度進行仔細檢測，緩緩旋轉下放循環鉆頭，使下降速度控制在每秒5m 以下，使鉆孔中泥漿維持良好流動性和均勻性，避免大量泥沙沉積影響泥漿重度。鉆進環節對鉆孔中泥漿水頭高度以及鉆機平整度進行細致觀察，及時補充泥漿，砂土層內鉆入中放緩速度，擴大泥漿稠度，預防塌孔、縮徑以及孔斜等問題出現[2]。

2.3 鋼筋籠制作安裝

工程施工實踐中需要做好鋼筋籠預制工作，綜合考慮砂層施工環境和施工條件，在工程前期聯系實際應用需求合理選擇鋼筋籠材質，制作高質量鋼筋籠，為工程后續施工打好基礎。鋼筋籠直徑是2m，主要以分節制作為主，針對鋼筋籠外側纏繞箍筋，間距加密區是10cm，非加密區是20cm，鋼筋籠中以2m 為間隔設置一道加勁環，并于環內設置內撐筋作為基礎支撐。鋼筋籠通過正反絲套筒實施連接，在連接施工中率先處理套筒，使其朝向長螺紋絲頭一端，隨后旋轉套筒，兩側鋼筋朝連接套中部靠攏，鉆進至頂頭，實現連接工作。鋼筋籠安裝主要以多點吊裝和單點吊裝為主，綜合考慮現場施工條件選擇恰當吊裝方案，控制吊裝速度。利用活動扳手連接螺紋套筒，接頭部位按照錯開截面35d長度進行對接，其中d 是鋼筋籠主筋直徑，相同截面中接頭占總量1/2，在對接施工中通過型鋼定位架針對下層鋼筋籠實施安裝固定，提升施工速度，其中直螺紋套筒連接如圖2 所示。

圖2 直螺紋套筒連接

2.4 二次清孔

因為鋼筋籠下放、導管連接安裝等施工耗時較長，從而使孔底形成新渣，為此需要繼續實施二次清孔處理。聯系現場地質條件實施氣舉反循環清孔，并借助泥漿水頭壓力使孔壁維持良好穩定性，對孔內泥漿液面高度進行合理控制，確保液面高度超出護筒口50cm。清孔中需要對泥漿灌入量進行合理控制，應該保證超出清孔排放量，在相關指標初步達標后即刻停止清孔。氣舉反循環清孔主要工藝流程如圖3 所示。

圖3 氣舉反循環清孔技術工藝流程

鉆孔達標后按照現場地質環境實施清孔處理，通過旋挖機下放筒式鉆頭直到孔底，實施掏渣作業，在掏渣到終孔后空轉鉆頭對空氣散落松渣實施全面清除。清孔作業應該滿足下列要求，孔內排除泥漿不存在2～3mm 顆粒，將泥漿比重控制在1.1 以下，含砂率控制在2%以下。開始混凝土澆筑前使孔底沉渣厚度控制在20cm 以下。結束清孔作業后進行全面檢測，為保障精確度，合理選擇專業電子檢測裝置，使其達到標準要求。檢孔器制作中利用φ25mm 鋼筋，保證相應剛度，預防產生施工變形問題，為減少施工變形問題，需要在制作施工中達到標準要求，盡量控制周壁突出現象，使孔壁維持完好狀態，避免產生損傷，針對1.25m 樁徑，應該按照1.23m 設計檢孔器外徑，對應有效段長度是3m?？讖綑z測中，將檢孔器直接放入孔中，隨后結束吊繩針對檢孔器實施全面對中?？變认路艡z孔器中，僅依托自身重量，減少外力因素影響，假如能夠安穩下放到孔底，代表孔徑達到樁基設計要求。檢測孔徑豎直度過程中，利用護筒頂層觀測吊繩，判斷護樁放樣點中心的偏移程度，并對成孔后孔傾斜度進行準確計算。利用測錘法對具體孔深、孔底渣厚度實施準確檢測，并在測錘中綁上測繩，依靠工作人員經驗下放至孔底，隨后對其深度進行準確測量，對比該數值和終孔數值，得到沉渣厚度數據[3]。

2.5 水下灌注混凝土

在對相關成孔施工質量進行檢測后，如果達標便可以繼續實施水下灌注混凝土，并保持在初凝時間內結束整樁灌注。經過綜合計算第一批封底混凝土灌注總量應該超出7.49m3，初步開啟儲料斗底部后，通過容積超出8m3混凝土罐車實施連續灌注，通過測繩準確測量孔內混凝土頂層高度，隨后對導管進行提升處理，逐節拆解，導管下放中合理控制下放深度，以埋入混凝土2～6m 深度為宜。因為此次工程涉及較大規?；炷凉嘧⒘?，為保障混凝土灌注工程順利實施，需要對混凝土初凝時間進行嚴格控制，最少維持初15h 才能進行混凝土灌注施工。開始向樁混凝土灌注混凝土前，應該針對導管實施水密承壓試驗，確保無滲漏總體時長最少維持5min。開始首批混凝土灌注中，導管整體埋深應該控制在1m 以上，同時確保對導管底部間隙進行合理填充。結束鋼筋籠安裝任務后，繼續檢測孔底厚度，在達到標準規范后才能澆筑混凝土，如果不達標，應該繼續實施清孔作業[4]。

3 結語

綜上所述，在非勻質砂層施工中需要合理選用鉆機設備，在保障施工速度和施工效率基礎上，提高樁身垂直度，增強孔壁穩定性，促進整個工程施工工藝得到全面優化，保障工程施工質量。除此之外，需要加強孔壁受力狀態分析，提高孔壁穩定性，研究工程技術要點，對相關孔位偏差、清孔、鋼筋籠連接、混凝土灌注等工藝技術進行優化分析，為后續工程提供有效參考。