穿越流砂層鉆孔灌注樁施工難題解決方法

鄒海江，方良平

(1.浙江海洋學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院,浙江舟山 316004;2.舟山市大沙建筑工程有限公司,浙江舟山 316000)

當(dāng)工程地質(zhì)局部產(chǎn)生特殊的流砂層時(shí)，按鉆孔灌注樁一般性正常施工工法，因該流砂層經(jīng)鉆孔后會(huì)在樁孔中間部位（即流砂層部位）迅速形成（約15～20min內(nèi)）新的流砂層，這樣不但不能正常清孔，而且連鋼筋籠也無(wú)法放入樁孔內(nèi)，無(wú)法完成混凝土的澆灌。采用鋼板護(hù)壁護(hù)筒施工工法，不但能解決穿越流砂層中的鉆孔灌注樁施工的難題，而且樁基質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

1 工程概況

東方麗景住宅小區(qū)，位于舟山定海區(qū)甬慶興西路西側(cè)，規(guī)劃用地面積3 5451 m2，由24幢5～6層住宅樓組成，總建筑面積45 773 m2。其中23幢、24幢住宅樓，在施工時(shí)部分鉆孔灌注樁遇到了流砂層。但該工程《巖土工程勘察報(bào)告》中并無(wú)反映，給正常鉆孔灌注樁施工帶來(lái)了一定的難度。

鉆孔灌注樁由于非擠土、無(wú)噪聲、設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的樁徑和樁長(zhǎng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)條件任意確定，設(shè)計(jì)荷載承載力特征值大，因此，廣泛用于工業(yè)與民用建筑（包括構(gòu)筑物）的基礎(chǔ)工程。

但當(dāng)工程地質(zhì)局部產(chǎn)生特殊的流砂層時(shí)，按鉆孔灌注樁一般性正常施工工法，因該流砂層經(jīng)鉆孔后會(huì)在樁孔中間部位（即流砂層部位）迅速形成（約15～20 min內(nèi)）新的流砂層，這樣不但不能正常清孔，而且連鋼筋籠也無(wú)法放入樁孔內(nèi)，無(wú)法完成混凝土的澆灌。

工程項(xiàng)目部與公司工程科、質(zhì)量科以及總工室經(jīng)過(guò)分析論證，認(rèn)為如果采用其它樁型，設(shè)計(jì)變更復(fù)核、調(diào)換樁機(jī)及施工人員、進(jìn)退場(chǎng)費(fèi)、試樁等費(fèi)用相應(yīng)增加，而且施工進(jìn)度也會(huì)延長(zhǎng)。而采用局部加大樁徑、增設(shè)鋼板護(hù)壁護(hù)筒、加大護(hù)壁泥漿比重，可以有效地解決樁孔中的流砂層難題。鋼板護(hù)壁護(hù)筒直徑和長(zhǎng)度，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌注樁樁徑和流砂層厚度適當(dāng)擴(kuò)大和加長(zhǎng)制作。以下為具體施工原理與方法。

2 施工工藝原理

為了解決樁孔內(nèi)的流砂層，必須首先阻止活動(dòng)的流砂層進(jìn)入樁孔內(nèi)。采用4 mm厚鋼板護(hù)壁護(hù)筒，長(zhǎng)度應(yīng)大于流砂層厚度上下各增加1.0 m為宜，護(hù)筒直徑應(yīng)比原樁徑加大0.15 m，上部樁孔直徑應(yīng)比鋼板護(hù)壁護(hù)筒加大0.05 m。測(cè)定流砂層厚度及準(zhǔn)確位置，并記錄在打樁資料上，便于加工和安裝鋼板護(hù)壁護(hù)筒。然后再用適量膨潤(rùn)性黃土加入樁孔中，增加泥漿比重，進(jìn)行鉆孔和清孔，以徹底阻止活動(dòng)的流砂層進(jìn)入樁孔中。

下面是本住宅小區(qū)穿越流砂層鉆孔灌注樁施工情況及擴(kuò)大樁孔后安裝4 mm厚鋼板護(hù)壁護(hù)筒設(shè)計(jì)中的典型剖面圖。

圖1 鉆孔后淤積在樁孔內(nèi)新的流砂層示意圖Fig.1 Diagram of new quicksand layer in the pile after drill hole

圖2 擴(kuò)大樁孔安裝4mm厚鋼板護(hù)壁護(hù)筒示意圖Fig.2 Diagram of enlarge pile hole installation 4 mm thick steel casing wall

3 材料與設(shè)備

3.1 材料

3.1.1 水泥

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥，其質(zhì)量應(yīng)分別符合GB175、GB1344的規(guī)定。不應(yīng)采用存期超3個(gè)月的水泥和快硬型水泥。

細(xì)骨料應(yīng)采用潔凈天然、級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)硬的中粗砂，其質(zhì)量應(yīng)符合GB/T 14684的規(guī)定。不得采用未經(jīng)淡化的海砂。

粗骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬的碎石或卵石，并宜用粒徑5～40 mm連續(xù)級(jí)配的石料，其最大粒徑不大于40 mm，其質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14685的規(guī)定。

混凝土拌和用水不應(yīng)含有影響混凝土正常凝結(jié)硬化及對(duì)鋼筋有腐蝕作用的有害物質(zhì)、污水、泥水、pH值小于4的酸性水等，其質(zhì)量應(yīng)符合JGJ63的規(guī)定。

3.1.2 鋼材

孔口護(hù)筒一般常用的由柴油筒切剖拼焊制成[1]，長(zhǎng)度不宜小于1.0 m，砂土層中不宜小于1.5 m。

流砂層中護(hù)壁護(hù)筒，一般樁徑在1.0 m以內(nèi)的用4 mm厚Q235鋼板。樁徑大于1.0m的護(hù)壁護(hù)筒鋼板宜適當(dāng)加厚，并焊成圓筒狀，焊條可采用E43型。

鋼筋籠鋼筋采用HPB235、HRB335級(jí)鋼筋，其質(zhì)量應(yīng)符合GB13013、GB1499及相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，焊條采用：HPB235用E43型；HRB335用E50型。

3.2 機(jī)械設(shè)備

樁機(jī)型號(hào)根據(jù)地質(zhì)情況、樁長(zhǎng)、樁徑設(shè)計(jì)要求確定,水泵、攪拌機(jī)、電焊機(jī)、運(yùn)泥漿汽車、反斗車、水準(zhǔn)儀等。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→埋孔口護(hù)筒→樁機(jī)就位→開鉆鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高（泥漿護(hù)壁）→第一次清孔→如發(fā)現(xiàn)流砂層→測(cè)定流砂層部位及厚度→擴(kuò)大上部樁孔孔徑→用4 mm厚鋼板制作護(hù)壁護(hù)筒及安裝→樁孔內(nèi)加適量膨潤(rùn)性黃土、以增加泥漿比重→安放鋼筋籠及導(dǎo)管→第二次清孔→測(cè)樁孔底沉渣→沉渣厚度符合設(shè)計(jì)要求后→懸掛隔水栓→灌注水下混凝土→剪斷鐵絲隔水栓下落孔底→連續(xù)灌注混凝土、上提導(dǎo)管→混凝土灌注完畢→移樁機(jī)至另一樁位。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

詳細(xì)了解場(chǎng)地《巖土工程勘察報(bào)告》，建筑場(chǎng)地中地上地下管線、鄰近建筑物結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)等情況。

施工前應(yīng)進(jìn)行施工圖會(huì)審[2]、勘察、設(shè)計(jì)技術(shù)交底、編制施工組織設(shè)計(jì)方案，并審核確認(rèn)，組織施工人員進(jìn)行技術(shù)和安全交底。

打樁前應(yīng)處理好地下和高空障礙物。施工場(chǎng)地應(yīng)平整處理，樁機(jī)移動(dòng)的范圍內(nèi)除應(yīng)保證樁機(jī)垂直度的要求外，還應(yīng)考慮地面有一定的承載力[3]，施工場(chǎng)地及周圍應(yīng)保持排水暢通，以保證施工機(jī)械正常作業(yè)。

樁基軸線的控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該設(shè)在不受打樁影響的地方，開工前經(jīng)復(fù)核后要妥善保護(hù)，施工中應(yīng)正常復(fù)測(cè)，樁基軸線位置的允許偏差不得超過(guò)20 mm。

樁機(jī)及配套設(shè)備、水泵、電焊機(jī)等須檢查、檢測(cè)合格，平面布局合理，挖好泥漿池和排污池。

項(xiàng)目部班組作業(yè)人員必須由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行具體的工程技術(shù)交底和安全作業(yè)交底，以確保工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。

4.2.2 鉆頭制作

鉆頭外徑可比樁徑小40 mm，鉆頭的規(guī)格應(yīng)按設(shè)計(jì)樁徑要求配備齊全。

成孔工藝應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)情況、設(shè)計(jì)要求和施工單位條件等優(yōu)化選擇。對(duì)樁孔深度大于30m的鉆孔樁或端承型樁，宜采用反循環(huán)工藝成孔或清孔。

樁基工程施工前必須試成孔，數(shù)量一般為2個(gè)，當(dāng)試成孔的孔徑、垂直度、孔壁穩(wěn)定性、沉渣等檢測(cè)指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)擬定整改、補(bǔ)救措施或重新選擇施工工藝及操作方法。

成孔施工應(yīng)一次性不間斷地完成，成孔完畢至灌注混凝土的間隔時(shí)間不宜大于24 h。

成孔至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)會(huì)同工程有關(guān)方對(duì)成孔深度等進(jìn)行檢查，如果部分地質(zhì)存在流砂層，不但影響清孔，而且下道工序的鋼筋籠也不能放入，此事應(yīng)會(huì)同工程有關(guān)方對(duì)成孔問(wèn)題進(jìn)行研討，從多方案比較，采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施，如擴(kuò)大孔徑，增設(shè)鋼板護(hù)壁護(hù)筒，護(hù)壁護(hù)筒長(zhǎng)度應(yīng)比流砂層厚度上下各增加1.0 m，在流砂層施工中，泥漿的比重不再是1.15～1.20，而是在樁孔中加入適量膨潤(rùn)性黃土，并連續(xù)鉆孔和清孔，直至孔壁穩(wěn)定、流砂層阻止，然后再進(jìn)行第二次清孔，孔底沉渣符合設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)入下一道工序施工。

鋼筋籠一般由現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)要求制作。當(dāng)遇流砂層樁徑產(chǎn)生上大下小時(shí)，鋼筋籠的主筋在該變截面彎折處b/a≤1/6，如圖2所示。

鋼筋籠的保護(hù)墊塊或定位環(huán)，每米不少于2組，每組不少于3個(gè)，在同一截面的圓周上均勻布置，相鄰組應(yīng)交錯(cuò)布置。保護(hù)層厚度不小于50 mm，允許偏差不大于20 mm。鋼筋籠在起吊，運(yùn)輸和安裝中應(yīng)采取措施防止變形，起吊點(diǎn)宜設(shè)在加強(qiáng)筋部位，校正并就位后應(yīng)立即固定。

混凝土的灌注

1）鋼筋籠安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收，合格后，應(yīng)立即澆灌混凝土。

2）導(dǎo)管內(nèi)懸掛隔水栓，隔水栓安裝要求隔水性能良好，剪斷鐵絲后隔水栓易下落孔底。

3）水下混凝土必須具有良好的和易性，必須在試驗(yàn)室做級(jí)配試驗(yàn)。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1h內(nèi)損失的坍落小于50 mm。水泥初凝時(shí)間，用標(biāo)準(zhǔn)法試驗(yàn)測(cè)定，不早于1.5 h。

4）水下混凝土必須連續(xù)灌注，每根樁的灌注時(shí)間按新拌混凝土的初凝時(shí)間控制，對(duì)澆注過(guò)程中的一切故障均應(yīng)記錄備案。

5）導(dǎo)管埋深宜為2～5 m，嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土表面，樁身混凝土灌注標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計(jì)的樁頂標(biāo)高，應(yīng)鑿除泛漿高度必須保證暴露的樁頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值。一般情況下應(yīng)高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5～1.0 m。鑿樁應(yīng)嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高，鑿樁表面須平整，不得破壞樁身質(zhì)量。

6）樁身混凝土灌注充盈系數(shù)不應(yīng)小于1.0，宜大于1.1。

7）冬期和暑期混凝土施工應(yīng)按有關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行。

5 質(zhì)量控制

5.1 成孔允許偏差及檢測(cè)方法

成孔允許偏差及檢測(cè)方法見表1。

表1 成孔允許偏差及檢測(cè)方法Tab.1 The finished hole allowable deviation and test methods

5.2 鋼筋籠質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

5.3 混凝土強(qiáng)度等級(jí)和灌注質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

（1）混凝土的強(qiáng)度等級(jí)必須符合設(shè)計(jì)要求[4]。

（2）水下混凝土必須具備良好的和易性，必須在試驗(yàn)室做級(jí)配試驗(yàn)。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1 h內(nèi)損失的坍落度小于50 mm。水泥初凝時(shí)間用標(biāo)準(zhǔn)法試驗(yàn)測(cè)定，不早于1.5 h。

（3）水下混凝土必須連續(xù)灌注，每根樁的灌注時(shí)間按新拌混凝土的初凝時(shí)間控制[5]。

（4）樁身混凝土灌注充盈系數(shù)不應(yīng)小于1.0，宜大于1.1，具體在試樁時(shí)確定。

（5）灌注樁身混凝土?xí)r，混凝土灌注應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5～1.0 m。鑿除樁頂混凝土后，其標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)準(zhǔn)，允許偏差為＋30～50 mm。

（6）灌注樁每澆注50 m3必須有一組試件，少于50 m3的樁每根樁必須有一組試件。

（7）施工結(jié)束混凝土到達(dá)養(yǎng)護(hù)期后，應(yīng)檢查混凝土強(qiáng)度，并應(yīng)做樁體質(zhì)量及承載力檢驗(yàn)。

表2 鋼筋籠質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Reinforcing cage quality inspection standards

6 效益分析

鉆孔灌注樁在施工過(guò)程中，若遇到情況不明的地質(zhì)流砂層時(shí)，按常規(guī)施工，鉆孔及孔壁不能得到保證，鋼筋籠不能放入樁孔底，而采取鋼板護(hù)壁護(hù)筒進(jìn)行施工，是在施工工法中采用的一項(xiàng)行之有效的經(jīng)濟(jì)技術(shù)措施。

如果改用其它樁型，如預(yù)制樁，不但設(shè)計(jì)要作相應(yīng)的變更、計(jì)算和復(fù)核、施工單位的樁機(jī)、項(xiàng)目部施工班組人員的調(diào)換、預(yù)制樁的采購(gòu)、打試樁等均需要作出相應(yīng)調(diào)正和變更。這不但會(huì)增加工程建設(shè)費(fèi)用，而且還會(huì)延遲施工工期，兩種樁型由于存在沉降差異，可能還會(huì)導(dǎo)致影響房屋結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。所以，從效益情況分析，采用鋼板護(hù)壁護(hù)筒施工工法，不但能解決穿越流砂層中的鉆孔灌注樁施工的難題，而且樁基質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

施工結(jié)束后，該工程樁經(jīng)檢測(cè)，樁基施工質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，施工工期沒(méi)有延遲。該灌注樁長(zhǎng)約10 m，樁徑600 mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，單樁承載力特征值為900 kN，約在地面以下5.0 m處存在厚度約為1.0 m的流砂層，然后采用上部樁徑擴(kuò)大至800 mm（約6.5 m以上）。用4 mmQ235鋼板制成內(nèi)徑750 mm，長(zhǎng)度為3.0 m的護(hù)壁護(hù)筒，并在施工過(guò)程中摻入適量膨潤(rùn)性黃土，泥漿比重在1.3～1.5之間。并繼續(xù)鉆進(jìn)及清孔，徹底解決了鉆孔灌注樁穿越流砂層的施工難題。穿越流砂層工程鉆孔灌注樁于2009年5月20日開始施工，至2009年6月5日結(jié)束。技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯、社會(huì)效益顯著。

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