超前鉆注漿的鉆孔灌注樁在珊瑚礁巖中的應(yīng)用

陳吉衛(wèi)

(湖北省第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北咸寧 437100)

超前鉆注漿的鉆孔灌注樁在珊瑚礁巖中的應(yīng)用

陳吉衛(wèi)

(湖北省第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北咸寧 437100)

巴哈馬國家體育場工程基礎(chǔ)建在珊瑚礁巖上。針對珊瑚巖的特殊地質(zhì)成因，為滿足體育場對地基承載力的要求，采用了超前鉆探注漿及水下混凝土鉆孔灌注樁施工工藝處理。檢測結(jié)果表明，注漿后的樁基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)要求。

珊瑚巖;水下混凝土鉆孔灌注樁;超前鉆探;注漿;地基處理;施工工藝

1 概述

中國商務(wù)部援建的巴哈馬體育場項(xiàng)目工程位于加勒比海島國巴哈馬國拿騷市的伊麗莎白女王體育中心內(nèi)，為國際標(biāo)準(zhǔn)比賽場地。工程性質(zhì)為體育建筑，主建筑為固定座15 000座的看臺(tái)。擬建體育場總占地面積36 456.96 m2，總建筑面積17 906.86 m2，建筑高度:西看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)23.90 m，罩棚(約)29 m;東看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)11.60 m，罩棚16.50 m。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類型為水下混凝土鉆孔灌注樁樁基，樁徑600 mm，樁端進(jìn)入②－1持力層3 m以上，樁基持力層珊瑚礁巖由于其成因的特殊性，具有多孔性或局部結(jié)構(gòu)缺陷性，且分布具隨機(jī)性，對位于其上的樁基構(gòu)成隱患。施工方案采用先施工超前鉆，并逐樁對樁底持力層進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)處理，然后進(jìn)行水下混凝土灌注樁施工。

2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)地貌類型為珊瑚礁島，原始地形為礁盤溝槽洼地，后經(jīng)填平，地勢平坦開闊，下臥地層屬海浪帶珊瑚礁。場區(qū)無活動(dòng)斷裂構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，基本地震烈度為6度以下。場地區(qū)土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。樁端持力層進(jìn)入②-1層3 m以上，②-1層為珊瑚石灰石，該層總體呈較均勻的多孔塊狀構(gòu)造，局部發(fā)育蜂窩狀、枝杈狀孔洞，孔洞0.1～0.2 m，為砂質(zhì)充填。巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度 Raj=10.5～13.4 MPa，平均 Raj=11.5 MPa，承載力特征值 fa=700 kPa。

表1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Physico-mechanical properties indexes of foundation soil

3 體育場地基處理方案

體育場地基①層為人工素填沙礫，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能滿足主體工程建筑天然地基使用要求;②-1層上層珊瑚石灰石強(qiáng)度較高，總體呈較均勻的多孔狀構(gòu)造，層位較穩(wěn)定，經(jīng)過處理后可作為擬建物樁基礎(chǔ)使用;②-2層珊瑚石灰石強(qiáng)度高，層位穩(wěn)定，是擬建物較好的樁基礎(chǔ)持力層，但該層埋深較大。

設(shè)計(jì)考慮了四個(gè)樁基方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較:

方案一 鋼樁方案，優(yōu)點(diǎn)是材料強(qiáng)度高，穿透硬土層能力強(qiáng)，可靈活調(diào)整樁長，裝卸方便;缺點(diǎn)是造價(jià)高，抗腐蝕能力差，進(jìn)入②-1層困難。

方案二 預(yù)制鋼筋混凝土方樁方案，優(yōu)點(diǎn)是承載力高，樁身質(zhì)量易保證，制作方便，樁身砼密度大，抗腐蝕能力強(qiáng)，成樁速度快;缺點(diǎn)是成本較灌注樁高，采用錘擊沉樁時(shí)噪音大，不易穿透堅(jiān)硬土層，不能滿足穿入②-1層3 m之上的深度要求。

方案三 人工挖孔樁，優(yōu)點(diǎn)是避免大型設(shè)備運(yùn)輸，縮短工期，節(jié)約成本;缺點(diǎn)是該場地地下水豐富，且與海水相通，地層透水性強(qiáng)，降水難度大，施工極為困難。

方案四 灌注樁方案，優(yōu)點(diǎn)是可適合各種地層，樁長、樁徑可靈活調(diào)整，造價(jià)較鋼樁、預(yù)制樁低;缺點(diǎn)是成樁質(zhì)量不易控制，容易形成斷樁、縮頸、沉渣過厚等問題，但采取嚴(yán)格的工藝質(zhì)量控制措施可滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過綜合比較，方案四因其投資省、防腐蝕效果好以及能較好地進(jìn)入②-1層珊瑚巖等優(yōu)點(diǎn)而被選為推薦方案。

4 成樁試驗(yàn)［1－2］

試驗(yàn)的目的是了解施工區(qū)域的地質(zhì)條件對鉆孔灌注樁施工的影響程度，并確定注漿的水泥漿的配合比、注漿壓力、鉆孔灌注樁在珊瑚巖中的施工參數(shù)。

4.1 超前鉆及注漿施工

4.1.1 超前鉆施工

(1)超前鉆施工機(jī)具及配套機(jī)械 共采用2臺(tái)XY-1型工程地質(zhì)鉆機(jī)同時(shí)施工，每臺(tái)鉆機(jī)配置泥漿攪拌機(jī)、泥漿泵、合金鉆頭、金剛石鉆頭、電氣控制柜、套管及其他輔助設(shè)備。

(2)施工工藝 ①鉆孔定位:按照鉆孔灌注樁樁位中心定位。②泥漿制備:根據(jù)地層制備一定量泥漿。③成孔鉆進(jìn):開孔直徑110 mm，鉆至預(yù)定孔深，下置套管，更換鉆具變徑為91 mm，鉆至設(shè)計(jì)孔深。④鉆孔深度:保證鉆孔樁樁底進(jìn)入持力層為珊瑚礁巖②-1層3 m;孔深鉆至鉆孔灌注樁樁底下5 m，且保證樁端5 m為穩(wěn)定巖層。⑤注漿管具安裝，提鉆，下置注漿管具，開始下道注漿工藝施工。⑥注漿完畢后，提出注漿管具，拔出套管。

4.1.2 注漿施工

(1)注漿施工機(jī)具及配套機(jī)械 采用1臺(tái)SNS150/3.5型注漿泵施工，配置水泥漿攪拌機(jī)、電氣控制柜、注漿管、阻塞器、壓漿器及其他輔助設(shè)備。

(2)施工工藝 ①注漿用美國Ⅰ型水泥(相當(dāng)于中國 P.O32.5)純水泥漿液，水灰比為 0.5∶1;②注漿泵采用多缸柱塞式注漿泵，保證其容許工作壓力大于最大注漿壓力的1.5倍;③配制漿液的攪拌機(jī)的配制能力與注漿泵注漿量相適應(yīng)，保證漿液連續(xù)、均勻地注入;④注漿管路應(yīng)漿液流動(dòng)暢通，并能承受2倍的最大注漿壓力;⑤注漿泵出口安裝壓力表，使用過程中應(yīng)經(jīng)常檢查校核，已損壞的壓力表嚴(yán)禁使用;⑥注漿塞采用膨脹性和耐壓性良好的圓形膠塞，以保證在最大壓力能可靠地封閉注漿孔段，并易于安裝和卸除;⑦注漿孔以6 m長度為一個(gè)注漿段，密封裝置設(shè)置在鉆孔灌注樁樁底以上0.5 m處，以防漏灌;⑧根據(jù)實(shí)驗(yàn)注漿壓力控制在0.1～0.15 MPa;⑨注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在一定注漿壓力下，當(dāng)注漿流量≤0.4 L/min，繼續(xù)灌注60 min，或≤1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，或灌注壓力＞0.3 MPa時(shí)，灌注即可結(jié)束;⑩注完一根樁后，應(yīng)立即清洗漿液輸送管路，防止剩余漿液堵塞管路，然后轉(zhuǎn)入下一根樁的注漿。

4.2 鉆孔灌注樁施工

4.2.1 鉆孔灌注樁施工機(jī)具及配套機(jī)械

采用3臺(tái)XY-4A型工程鉆機(jī)施工，配置籠式鉆頭、牙輪鉆頭、泥漿攪拌機(jī)、3PNL泥漿泵、電焊機(jī)、電氣控制柜及其他輔助設(shè)備。

4.2.2 施工工藝

(1)測量:由專業(yè)測量員采用全站儀進(jìn)行定點(diǎn)，樁位誤差控制在1 cm內(nèi)。

(2)護(hù)筒埋設(shè):采用Φ 800～900 mm長1 200 mm鋼護(hù)筒，護(hù)筒中心偏差≤2 cm。

(3)泥漿制備:用好泥漿是保障成孔順利，保持樁孔不坍、不縮，保證混凝土灌注質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本場地①-2層屬易坍地層，且需泥漿懸浮鉆渣，利于清孔，必須保證泥漿的優(yōu)異性能，本施工場地內(nèi)地層不能自造漿，因此成孔時(shí)擬采用鈉基膨潤土人工現(xiàn)場配制優(yōu)質(zhì)泥漿。泥漿配制參數(shù)為制造1 m3規(guī)定比重的泥漿，所需膨潤土用量:

式中:x=配制1 m3泥漿需要膨潤土量(t);γ1=膨潤土比重(2.2 ～2.7);γW= 水的比重(淡水 1.0，海水1.03);γ2=所需配制泥漿比重(見表2、表3)。

表2 配1 m3泥漿所需粘土量和水量計(jì)算表Table 2 Calculation table of clay amount and water quantity

表3 實(shí)際施工泥漿性能指標(biāo)控制Table 3 Control of performance index

(4)成孔鉆進(jìn):①選用XY-4型鉆機(jī)，進(jìn)行正循環(huán)成孔鉆進(jìn)。

②鉆頭選擇。上部填土選用三翼籠式鉆頭或牙輪鉆頭，下部巖層采用牙輪鉆頭。三翼鉆頭具有強(qiáng)度高、排渣導(dǎo)流性好、切削量大、導(dǎo)向度高等特點(diǎn)，牙輪鉆頭具有強(qiáng)度高、導(dǎo)向性好，直徑600 mm。鉆頭設(shè)保徑裝置，施工中要經(jīng)常核驗(yàn)鉆頭尺寸，發(fā)現(xiàn)磨損過大應(yīng)及時(shí)修復(fù)、更換。

③鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇。采用分層鉆進(jìn)技術(shù)確保成孔質(zhì)量，開鉆時(shí)輕壓慢轉(zhuǎn)以保持鉆具的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性，泵量的調(diào)整可安裝回水裝置，進(jìn)尺后針對不同地層，適時(shí)調(diào)整各鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，在堅(jiān)硬巖層一般要加壓1～3 MPa。

④成孔檢驗(yàn)。鉆進(jìn)成孔中保證樁孔中心無偏差，全鉆儀復(fù)測孔位，測量主動(dòng)鉆桿垂直度，終孔用鋼尺丈量確保鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)樁深。

⑤一次清孔。鉆至孔深，將鉆具提離孔底0.2 m左右，上、下活動(dòng)，低速回轉(zhuǎn)，全泵量沖孔，充分研磨孔底較大顆粒，待孔內(nèi)排出漿液中無較大顆?？梢暈橐淮吻蹇淄戤?，實(shí)現(xiàn)“一次清孔為主，二次清孔為輔”的清孔排渣原則，時(shí)間一般≥20 min，用測錘測得孔深符合設(shè)計(jì)要求為止。

⑥鋼筋籠的制作安放與技術(shù)要求。進(jìn)場的鋼筋規(guī)格和質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;鋼筋籠采用環(huán)形模制作;鋼筋籠制作允許偏差:主筋間距±10 mm，箍筋間距±20 mm，鋼籠直徑±10 mm，鋼籠長度±50 mm，保護(hù)層偏差控制在20 mm以內(nèi)。

⑦下導(dǎo)管。本工程選用Φ 219 mm注漿導(dǎo)管灌注混凝土，安裝導(dǎo)管前檢查聯(lián)接處密封情況，每節(jié)使用“O”型密封圈，保證良好的密封性能，嚴(yán)防泥漿滲入管內(nèi)。

⑧二次清孔。下好導(dǎo)管即開始二次清孔，采用正循環(huán)清孔，首先往孔內(nèi)注入原漿，將孔內(nèi)泥塊土屑攜出孔外，爾后以低比重優(yōu)質(zhì)泥漿置換孔內(nèi)濃漿，清至孔內(nèi)返出之泥漿比重≤1.2，粘度≤25 s，其沉渣厚度≤50 mm時(shí)視清孔符合要求。灌注前使用橡皮球作為隔水塞將混凝土與泥漿隔離。

⑨水下混凝土灌注。施工砼配制與技術(shù)質(zhì)量要求:粗骨料粒徑5～20 mm，含砂率≥38%;坍落度18～22 cm，和易性良好。

⑩水下砼灌注。灌注首斗混凝土采用氣球隔水，保證封孔質(zhì)量，導(dǎo)管底部一次埋入砼面＞1.2 m，開灌后要連續(xù)施工，灌注過程中保證導(dǎo)管埋深控制在2～6 m范圍內(nèi)，終灌注混凝土面高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1 m之上。

5 施工質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

5.1 施工質(zhì)量控制

(1)超前鉆:鉆入②-1基巖層≥8 m，保證下部5 m為穩(wěn)定巖層(鉆孔灌注樁樁底)，如鉆至設(shè)計(jì)樁底未見完整基巖須續(xù)鉆。

(2)注漿:①注漿孔長度以6 m采用一次壓漿段，孔口采用密封裝置密封，密封裝置設(shè)置在鉆孔灌注樁樁底以上1 m處，以防漏灌;②水泥必須符合質(zhì)量要求，嚴(yán)格按預(yù)定配合比配置水泥漿液，并定期抽查;③壓漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力應(yīng)控制在0.15～0.1 MPa左右為宜，當(dāng)注漿流量≤0.4 L/min，繼續(xù)灌注60 min，或≤1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注90 min，或灌注壓力＞0.3 MPa時(shí)，灌注即可結(jié)束。

表4 單樁抗壓靜載荷試驗(yàn)成果匯總表Table 4 Summary table of test results of bearing capacity of static-pressure single pile

表5 單樁抗拔靜載荷試驗(yàn)成果匯總表Table 5 Summary table of test results of static pulling test of single pile

(3)灌注樁:①樁位嚴(yán)格按照要求準(zhǔn)確定位，護(hù)筒埋設(shè)要符合要求;②制備泥漿需滿足護(hù)壁及懸渣要求，比重1.1～1.2，粘度 22 ～25 s，砼灌注前泥漿比重≤1.2，粘度≤25 s，其沉渣厚度≤50 mm;③嚴(yán)格按砼配合比配料攪拌;④灌注過程中保證導(dǎo)管埋深控制在2～6 m范圍內(nèi)，終灌注混凝土面高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1 m之上。

5.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

5.2.1 抽芯試驗(yàn)

在樁底持力層注漿部分進(jìn)行了鉆孔抽芯取樣，共做了6組巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取樣試驗(yàn)的珊瑚巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度最大值19.2 MPa，最小值14.9 MPa，大于②-1層原狀珊瑚巖石的最大巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度的最大值13.4 MPa，表明珊瑚巖地基注漿處理強(qiáng)度滿足了設(shè)計(jì)要求。

5.2.2 靜載荷試驗(yàn)

檢測采用錨樁法，加載采用慢速荷載維持法共做了8組單樁靜載荷試驗(yàn)和4組單樁抗拔靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示:①單樁豎向抗壓承載力特征值≥1 250 kN，大于設(shè)計(jì)要求的1 200 kN;②單樁抗拔承載力特征值≥800 kN，滿足設(shè)計(jì)要求的800 kN(見表4、表5)。

6 結(jié)束語

巴哈馬體育場水下混凝土鉆孔灌注樁與注漿相結(jié)合在珊瑚礁巖中施工應(yīng)用工程，樁基經(jīng)單樁載荷試驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求，可見水下混凝土鉆孔灌注樁輔以超前鉆注漿的施工工藝在珊瑚礁巖的地基處理方式是合適的、可行的，對多孔洞的珊瑚巖，可通過加強(qiáng)超前鉆探，保證注漿質(zhì)量，合理調(diào)整施工機(jī)械和有關(guān)參數(shù)，合理控制泥漿性能，控制砼澆筑，導(dǎo)管埋深等可以確保灌注樁的質(zhì)量?？傊禄炷零@孔灌注樁在巴哈馬體育場工程中的成功應(yīng)用，為今后類似工程提供了借鑒。

［1］ JGJ94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ DLT5148—2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.

(責(zé)任編輯:于繼紅)

Application of Cast-in-site Bored Pile in Coral Rock

CHEN Jiwei
(The 4th Geological Brigade of Hubei，Xianning，Hubei437100)

Bahamas National Stadium project built on the basis of coral rock.In order to meet the requirements of the stadium for the foundation bearing capacity，the technical staff use construction technology treatment including advance borehole drilling grouting and underwater concrete cast-in-site bored pile.Test results show pile foundation after grouting pile meet the design requirements.

coral rock;underwater concrete cast-in-site bored pile;advance borehole drilling;grouting;foundation treatment;construction technology

TU473.1+4

B

1671－1211(2013)06－0769－04

2013－01－21;改回日期:2013－02－28

陳吉衛(wèi) (1970－)，男，工程師，巖土工程專業(yè)，從事工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害治理工作。E－mail:233762195@qq.com