含水砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)探討

蘭天水

（連城縣交通局縣鄉(xiāng)公路管理站）

含水砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)探討

蘭天水

（連城縣交通局縣鄉(xiāng)公路管理站）

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，橋梁施工技術(shù)得到了顯著提升，隨著公路橋梁施工項目的增多，人們對工程質(zhì)量有了更高的關(guān)注度，在施工中做好各項施工工藝的運(yùn)用是做好質(zhì)量控制的關(guān)鍵。其中，砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)是一項非常重要的工藝技術(shù)，本文將以一組案例探討橋梁工程砂土地層鉆孔灌注樁施工工藝的應(yīng)用，為相關(guān)部門今后的設(shè)計和施工提供一些借鑒。

砂土地層；鉆孔灌注樁；橋梁工程；施工工藝

在公路橋梁施工中，灌注樁的運(yùn)用非常普遍，是一類不可缺少的深基礎(chǔ)形式，灌注樁施工是指在工程現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而成樁的施工過程。鉆孔灌注樁是灌注樁系當(dāng)中的一種。在一些特殊地層，比如，砂土地層中應(yīng)用此技術(shù)則有一定難度，需要控制與管理的內(nèi)容較多。本文將具體分析砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)相關(guān)問題及解決方法。

1　工程概述

某橋梁施工位于一段西南繞城高速公路B合同段，路段中心里程樁號為K45+018.5，跨徑為4×28m+45m+2×25m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋梁全長為220m，橋?qū)挒?4.25m。工程當(dāng)中鉆孔注樁的數(shù)量為60根，布設(shè)的臺樁10根，樁徑為1.2m，樁長為30m；橋墩有50根，樁徑均為1.6m，樁長達(dá)60m。橋墩處水深3.2～4.6m。在整個橋梁中，墩樁大部分都位于含水砂土地層中，在-30m以下的地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，地層中的不確定因素非常多，少部地層夾礫卵石，增加了施工難度。由此，施工單位對施工方案組織專家論證，確定采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔施工工藝，該鉆孔工藝特征為：泥漿從上向下流動，鉆孔過程中，泥漿攜鉆渣在真空泵的作用下或者是利用泵抽吸，由鉆桿中心抽吸出來，經(jīng)過膠管排入到沉淀池中，在完成凈化以后就能被循環(huán)利用[1]，鉆進(jìn)與排渣效率高，但礫卵石料徑要小于鉆桿內(nèi)徑的2/3。該鉆孔灌注樁施工從砂土層中穿過時，出現(xiàn)孔壁坍塌、孔道傾斜、掉鉆落物，終孔后出現(xiàn)孔底沉渣過厚或灌注混凝土前孔內(nèi)泥漿含砂量過大等現(xiàn)象。針對上述問題，按照本段施工要求，提出了一些工藝上的改進(jìn)，不斷提升技術(shù)應(yīng)用效果是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

2　砂土地層中鉆孔灌注樁施工常見問題

2.1孔壁坍塌

在橋梁施工中，鑒于砂土地層鉆孔有一定特殊性與復(fù)雜性，塌孔的可能性非常大，這是施工人員較為擔(dān)憂的問題。塌孔出現(xiàn)最主要的表現(xiàn)是孔內(nèi)水位急劇下降，并且孔口開始向外涌出水泡，渣量涌出非常多，使鉆孔設(shè)備的負(fù)荷大大增加，因此將會導(dǎo)致進(jìn)尺緩慢。塌孔出現(xiàn)的主要原因為：地層復(fù)雜，鉆速過快，灌注的泥漿密度不達(dá)標(biāo)、性能差，孔壁缺少堅實的泥皮作為防護(hù)[2]，致使泥漿的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性降低；另一方面，因大量的渣涌出，不能及時在孔壁形成泥漿護(hù)壁，透水層孔隙水壓力增加，抗剪強(qiáng)度降低；因護(hù)筒的埋放較淺，下端開始出現(xiàn)孔壁漏水問題，孔內(nèi)出現(xiàn)水、泥漿的流失，造成孔內(nèi)水頭下降，致使泥漿密度與粘度將大大降低，使松軟的砂層中樁周土體發(fā)生膨脹，導(dǎo)致出現(xiàn)塌孔縮徑，表現(xiàn)為樁的徑向不規(guī)則的波動現(xiàn)象，鉆進(jìn)緩慢。在現(xiàn)場調(diào)查中得出，孔內(nèi)水的向下流動速度超過12m/min，在負(fù)壓的情況下，孔壁極容易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

2.2鉆孔偏斜

出現(xiàn)鉆孔偏斜的原因有很多種，最主要的原因有：施工場地平整度和密實度差，鉆機(jī)鉆機(jī)底座安裝處不平整；將鉆機(jī)在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進(jìn)，鉆機(jī)將沿著這個界面運(yùn)行，從而出現(xiàn)了鉆孔偏斜情況；地層中含有非常多的砂卵石，這些巖石形態(tài)各異，在這些巖石內(nèi)鉆孔，鉆壓過高極易造成受力不均的情況；在孔道的擴(kuò)充位置處，鉆頭會出現(xiàn)擺動，從而使其偏向另一個層面；因為鉆桿在工作過程中出現(xiàn)了彎曲，鉆桿接頭間隙太大，導(dǎo)致鉆機(jī)在鉆孔時出現(xiàn)了嚴(yán)重的位移問題、在局部壁層也出現(xiàn)了移位、傾斜[4]。

2.3掉鉆落物

出現(xiàn)掉鉆落物的原因有：鉆機(jī)在卡鉆過程中，因為操作方法不正確或者是用力過大，將造成鉆桿與鋼絲因為負(fù)荷較大出現(xiàn)斷裂情況；鉆桿的接頭安裝不良或者出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象也會造成掉鉆落物；還有一種斷裂情況是因為滑車等部件出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致鋼絲出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)；操作人員操作不當(dāng)，使部件不慎出現(xiàn)脫落，鉆桿因為松動出現(xiàn)脫節(jié)。

2.4孔底沉渣過厚

孔底沉渣過厚，將對樁身的承載能力產(chǎn)生巨大的折減效應(yīng)，在正常使用的情況下，將會發(fā)生較大的沉降，影響上部結(jié)構(gòu)物的使用性能。在施工中造成該現(xiàn)象的原因有：砂土層因其粘粒含量少、砂粒間粘聚力小、地基土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如果清孔泥漿質(zhì)量差，清孔方法不當(dāng)，會造成孔底沉渣過厚和泥漿含砂量過大；鉆機(jī)機(jī)具和桿件在施工中碰撞孔口和孔壁，導(dǎo)致孔口坍塌和孔壁泥皮掉落至孔底，使孔底沉渣過厚；另外測量方法不當(dāng)造成誤判，也會造成孔底沉渣過厚。

3　砂土地層中鉆孔灌注樁施工問題處理措施

多年的工程實踐經(jīng)驗，以及相關(guān)的理論分析，可以對鉆孔灌注樁就上述問題的解決對策整理如下：

3.1孔壁坍塌處理措施

（1）在鉆孔過程中，鉆機(jī)運(yùn)行時間要控制好，還要依據(jù)泥漿的密度，工程師的辨別等對現(xiàn)場做出合理安排，只有真正掌握了泥漿密度參數(shù)才能使工藝應(yīng)用更為科學(xué)；通常，公路橋梁施工中對泥漿密度的規(guī)定為1.1～1.2g/cm3，如果超過或者是小于這個參數(shù)將使塌孔的幾率增大。在該橋梁樁基工程中，編號4～3樁灌注時，未參考規(guī)范規(guī)定的泥漿密度指標(biāo)，就出現(xiàn)了塌孔情況。工程施工中配制泥漿時需將現(xiàn)場土質(zhì)情況考慮在內(nèi)，泥漿太稀，排渣能力小，護(hù)壁效果差；泥漿太稠，削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進(jìn)速度；因此可將配制泥漿的粘土打碎，采用加粘土粉、燒堿或木質(zhì)素的方法改善泥漿性能；在鉆孔過程中如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒漏漿，可提起鉆頭，向孔內(nèi)倒入粘土粉、膠泥并擠入孔壁或注漿堵住漏漿空隙。泥漿形成泥皮后具有一定的強(qiáng)度，保持護(hù)筒內(nèi)水頭高度高出地下水位1.0～1.5m，繼續(xù)鉆進(jìn)。當(dāng)一般泥漿處理無效時，可考慮用水泥泥漿做循環(huán)液，因水泥粘結(jié)性好、干縮性和吸水性強(qiáng)，能增加泥漿的粘度和比重，能使砂層膠結(jié)，防止孔壁坍塌[3]。

（2）砂土地層采用人工造漿護(hù)壁過程中，參數(shù)選擇如果不合理，將影響到進(jìn)尺的速度，速度過快，孔壁難以形成一定厚度的護(hù)壁泥皮易塌孔；速度過慢，可能出現(xiàn)擴(kuò)孔，均不利工藝的質(zhì)量控制。面對上述情況，要結(jié)合施工地質(zhì)特點(diǎn)和機(jī)械排渣能力，對鉆進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，由硬土層鉆進(jìn)接近砂層時，要適當(dāng)增加鉆進(jìn)的速度；鉆進(jìn)接近硬土層或巖層時，要適當(dāng)減小鉆進(jìn)的速度。期間，要選擇相對密度、粘度、含砂率適當(dāng)?shù)哪酀{，并要將泥漿的密度控制在1.1×1.2g/cm3以上。而對于其他土層也要將泥漿的密度適當(dāng)增加到一定比例。鉆孔過程中，每鉆4～5m檢查鉆渣，與地質(zhì)剖面圖核對，發(fā)現(xiàn)不符及時采取相應(yīng)措施。

（3）在一些特殊情況下，比如，汛期或者是水位變化較大的部位，可以選擇將護(hù)筒升高、將吸管或者是水頭適當(dāng)增高，也可以布設(shè)連通管，確保水頭達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如果出現(xiàn)了坍塌情況，要馬上將護(hù)筒拆除，將孔口回填上，并要對護(hù)筒進(jìn)行重新埋設(shè)，完成以上操作以后再鉆孔。

（4）孔道清理時最好選擇專業(yè)人員做好補(bǔ)漿工作，確保孔內(nèi)水位高度不超限、孔內(nèi)護(hù)壁泥漿液面高出地下水位1m，不宜將水管直接插入到鉆孔內(nèi)，而是借助水槽使水勻速流入孔道內(nèi)，防止出現(xiàn)損傷孔壁的情況。

（5）將鋼筋籠骨吊入時，整個過程要找準(zhǔn)鉆孔的中心，防止出現(xiàn)與孔壁的觸碰。就位后可將鋼筋籠上部與護(hù)筒焊接牢固，下部加焊環(huán)向鋼板固定，每隔1m設(shè)定位鋼筋環(huán)或水泥混凝土墊塊，并與鋼筋籠焊接或綁扎牢固。

3.2鉆孔偏斜處理措施

鉆孔偏斜可以采用的方法有：壓實平整鉆機(jī)安裝支承點(diǎn)基礎(chǔ)；用測孔器查明偏斜位置和偏斜情況后，在偏斜處吊住鉆桿，反復(fù)掃孔，使鉆孔正直；偏斜嚴(yán)重處回填砂粘土，沉積密實后，減小進(jìn)尺速度鉆進(jìn)；另外，在鉆桿配合使用扶正器等固定設(shè)施，能夠使鉆機(jī)運(yùn)行過程中隨時保持平穩(wěn)、安全。在粒徑不均勻的地層中鉆孔時，要正確使用鉆桿，并對進(jìn)尺進(jìn)行控制，將鉆進(jìn)的速度降低；認(rèn)真檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭，并及時對方向進(jìn)行調(diào)整，一旦鉆桿出現(xiàn)了彎曲，可利用千斤頂頂直或吊出更換[5]。

3.3落鉆吊物的預(yù)防和處理措施

落鉆是工程中較為麻煩的突發(fā)情況，首先應(yīng)該對該情況做好充分的預(yù)防準(zhǔn)備工作，其預(yù)防措施有：定期對鋼絲繩、鉆桿、鉆頭、卷揚(yáng)機(jī)等裝置的連接情況進(jìn)行檢查，尤其是接頭的穩(wěn)固狀況；鉆孔前要將孔內(nèi)的全部雜物清理掉，對鉆頭與連接位置處的設(shè)計進(jìn)行改善，預(yù)先在鉆頭焊上打撈環(huán)。

當(dāng)落鉆事故不幸發(fā)生之時可采用處理方法有：發(fā)生落鉆以后，要明確落鉆的具體位置，如果鉆頭被各種雜物掩埋，要及時進(jìn)行清理。如果是零星鐵件可以使用電磁鐵將其吸引出來；如果是鉆頭則用打撈工具鉤住打撈環(huán)吊出來。落鉆發(fā)生以后將容易引發(fā)各種事故，一旦出現(xiàn)落鉆就要更換鉆桿、鉆頭與卷揚(yáng)機(jī)，并將連接松動的地方擰緊，將接頭連接牢固穩(wěn)定住，使生產(chǎn)能夠正常進(jìn)行。

3.4控制沉渣厚度的的方法

采用抽漿法清孔。抽漿法清孔徹底，適于用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工的清孔。但由于含水砂土層孔壁易坍塌，因此，鉆孔前在含水砂土地層中適當(dāng)加大護(hù)筒埋深，護(hù)筒至少高出地面30cm，護(hù)筒外側(cè)用粘土回填壓實，在鉆桿上加設(shè)扶正器，避免鉆具和桿件在施工中碰撞孔口和孔壁；清孔前，嚴(yán)格控制泥漿密度和粘度，采用加粘土粉的方法控制其密度為1.3～1.4g/cm3，粘度為30～40s，使抽漿過程中泥皮強(qiáng)度能夠穩(wěn)定孔壁，然后持續(xù)補(bǔ)漿抽漿，至抽漿管口返漿比重持續(xù)小于1.1～1.2kg/cm3，用公式“丈量鉆桿長度+鉆頭的鉆尖的2/3長度-測繩測得深度”，準(zhǔn)確測定孔底沉渣厚度。當(dāng)測得其厚度小于30cm，抓緊吊放鋼筋籠和導(dǎo)管澆灌混凝土。反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆可在終孔后停止進(jìn)尺，鉆機(jī)不停轉(zhuǎn)，延長鉆機(jī)反循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)吸渣時間至15min左右，使孔底鉆渣清除干凈。

4　結(jié)束語

隨著我國公路橋梁施工技術(shù)的不斷提高，我國公路橋梁施工在工藝與質(zhì)量控制上都得到了顯著提升，為推動我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。本文主要以一組案例對砂土地層中鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，針對灌注樁施工工藝應(yīng)用中存在的問題提出了一些解決對策，為今后在含水砂土層等復(fù)雜地質(zhì)情況下鉆孔灌注樁的設(shè)計和施工提供參考，有利于該領(lǐng)域先進(jìn)施工方法和技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的形成。

[1]陳飛.高強(qiáng)度花崗巖中大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2014，43（1）：26～28.

[2]黎建寧，程建新，聶寧，等.青島海灣大橋大直徑旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2010，38（5）：58～60.

[3]何德林.在砂土地層中施工鉆孔灌注樁常見問題及解決辦法.2008，03.

[4]劉霽，聶賽武.茅草街大橋湖區(qū)淤泥質(zhì)軟土地層大孔徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2010，37（4）：106～108.

[5]全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書《公路工程管理與實務(wù)》（第四版），《市政公用工程管理與實務(wù)》（第五版）.

U445.55+1

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1673-0038（2015）39-0283-02

2015-9-11