復(fù)雜地質(zhì)條件下沖孔灌注樁成孔技術(shù)研究

趙 鵬 周 尚 鄭雷娟

(中國長江三峽集團公司，湖北 宜昌 443000)

復(fù)雜地質(zhì)條件下沖孔灌注樁成孔技術(shù)研究

趙 鵬 周 尚 鄭雷娟

(中國長江三峽集團公司，湖北 宜昌 443000)

針對三峽工程棄渣場渣土粒徑分布不均勻、持力層起伏較大，臨庫水位變化大等復(fù)雜地質(zhì)特點，通過對塌孔原因分析和成孔機具選擇，采取控制鉆進速度、孔口支護、及時封堵滲漏通道等各項合理有效的控制措施，取得了預(yù)期目標，滿足工程各項技術(shù)要求，效果良好。

復(fù)雜地質(zhì),塌孔,沖孔灌注樁,施工技術(shù)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，鋼筋混凝土灌注樁作為高鐵、橋梁、高層建筑等主要基礎(chǔ)形式被廣泛應(yīng)用。然而在應(yīng)用中也存在不少問題，成樁前期主要表現(xiàn)在復(fù)雜地質(zhì)條件下成孔困難。

本工程樁基在厚度約57 m人工回填渣土區(qū)施工，渣土粒徑及強度分布極不均勻，且毗鄰三峽大壩上游，水庫水位年變幅達30 m，樁基施工過程中成孔十分困難。論文通過對地質(zhì)條件、塌孔原因和成孔技術(shù)研究，將為類似地質(zhì)條件樁基工程提供施工經(jīng)驗。

1 工程概況

本樁基工程位于湖北省宜昌市，規(guī)劃面積4.5萬 m2，建筑面積3.8萬 m2，單層框架結(jié)構(gòu)，建筑最大高度21.5 m，為上覆土建筑形式。該工程樁均采用直徑1 000 mm沖孔灌注樁，總樁數(shù)238根，平均樁長45 m，最大樁長73 m，抗壓樁樁端持力層為中風化花崗巖，樁端嵌入傾斜的完整和較完整巖石的全斷面深度不宜小于1.0d且不小于1 m，單樁靜載試驗加載最大值11 000 kN，樁身混凝土強度等級C35。施工期受三峽大壩庫區(qū)庫水位影響，地下水位變幅為高程145 m～175 m。

2 地質(zhì)條件及塌孔原因分析

2.1 地質(zhì)條件

勘探深度范圍內(nèi)地基土按其成因和巖性自上而下依次可分為：

1)人工回填層。

該區(qū)域人工回填層一般厚15 m～35 m，沿某沖溝處厚達25 m～50 m，最大厚度達56.73 m。人工回填層主要由三峽工程開挖風化砂礫及碎塊石雜填而成，以粗砂為主，夾塊石?；靥顚咏Y(jié)構(gòu)稍密～中密狀，風化砂一般為中粗砂，碎、塊石分布不均一，粒徑大小不一，其中碎石粒徑2 cm～8 cm，小塊石粒徑0.2 m～0.6 m，大塊石粒徑1 m～3 m，中碎、塊石總含量23%～34%左右。塊石含量及空間分布不均勻，有架空、脫空現(xiàn)象。

2)坡積層。

分布于沖溝及地勢低洼地帶，厚0.5 m～4 m，局部在6 m以上。巖性為黃褐、灰褐色礫質(zhì)砂壤土，其中所含礫為棱角狀～次棱角狀的巖石碎屑物，夾極少量巖質(zhì)堅硬的碎塊石，其含量為5%～10%，塊徑6 cm～30 cm不等，成分多為灰白色的閃云斜長花崗巖，其次為灰色閃長巖。

受上述地質(zhì)條件影響，在松散風化砂回填區(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)滲、漏漿現(xiàn)象，在大塊石架空區(qū)，會出現(xiàn)瞬間漏漿、塌孔及卡鉆具現(xiàn)象，成孔難度非常之大。

2.2 塌孔原因分析

通過對成孔過程數(shù)據(jù)分析，施工過程中突發(fā)漏漿、塌孔主要原因如下：

1)人工回填層區(qū)域塊石無序堆積形成架空區(qū)，鉆進架空區(qū)時發(fā)生反復(fù)數(shù)次孔內(nèi)突發(fā)漏漿現(xiàn)象，尤其在50 m深度以下塊石架空區(qū)突發(fā)漏失泥漿將導(dǎo)致孔壁坍塌失穩(wěn)和掉石塊卡埋鉆具。

2)人工回填層與原始地形交界處多為大粒徑塊料自然滾落堆積，該區(qū)域孔隙較大，三峽大壩庫區(qū)江水可直接滲入。由于孔口高程約187.5 m，水庫水位在高程145 m～175 m變動，鉆孔到回填區(qū)底部與原始地面交界處時，孔內(nèi)泥漿表面與水庫水位形成壓力差，導(dǎo)致泥漿瞬間滲漏，若短時間內(nèi)不能補充泥漿，很快出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，稍有操作不當，鉆頭將被埋于孔內(nèi)。

3)人工回填地層因土質(zhì)松散致使自上而下孔隙無規(guī)則貫通，泥漿損耗較大，若泥漿補充不及時，易造成塌孔。

3 成孔技術(shù)

3.1 成孔機具選擇

回填區(qū)花崗巖抗壓強度(濕)力學值為40 MPa～90 MPa，選擇適宜的鉆進設(shè)備是成孔的先決條件之一。在鉆孔施工過程中選擇了宏源系列CZ-6和CZ-9鉆機，分別配置55 kW和75 kW動力，施工情況反饋CZ-6鉆機在施工超過50 m深度石碴回填區(qū)時出現(xiàn)反沖動力不足，設(shè)備故障率高等現(xiàn)象，且孔內(nèi)卡、埋鉆頭事故處理困難，最終無法成孔。經(jīng)反復(fù)試驗和分析，不大于50 m樁長的樁基采用CZ-6鉆機進行鉆孔，其余樁基采用CZ-9鉆機進行鉆孔。

鉆頭的選擇決定成孔工效，可以減少泥漿維持孔壁穩(wěn)定的時間，是成孔的又一先決條件。目前，沖孔灌注樁選用鉆具主要為平底鉆具和空心管鉆鉆具兩種。平底鉆具呈圓錐臺形，實心結(jié)構(gòu)，重量較大，韌角較厚，利于破碎較堅硬地層(如火成巖)，水口較小，穩(wěn)定性較好，鉆孔成形質(zhì)量較好，成孔圓整度較高，孔內(nèi)事故處理較易。空心管鉆鉆具一般分為兩層沖擊韌角，底圈先破碎巖層，第二層韌角修整孔形和進一步破碎巖石，鉆具中間空心，利于鉆渣排出和泥漿介質(zhì)冷卻沖擊韌角。適用一般較穩(wěn)定地層鉆進效率高，鉆具長度可延長至4 m～4.5 m，重量最大可加至5 t，鉆進成孔較為圓整。

該工程采用上述鉆機和鉆具聯(lián)合使用方式，在上部松散的覆蓋層施工時，可采用空心管鉆鉆具鉆進，遇大塊石回填層換用平底鉆具造孔，并適當控制鉆孔進尺。成孔工效數(shù)據(jù)表明：風化砂及碎石覆蓋層采用空心管鉆工效為8 m/d～12 m/d，平底鉆工效為5 m/d～6 m/d；孤石或中風化基巖地層采用空心管鉆工效為0.3 m/d～1m/d，平底鉆工效為1 m/d～1.6 m/d。由此可見，合理選擇鉆機和鉆具有效的提高了成孔工效，對成孔具有決定意義。

3.2 成孔關(guān)鍵技術(shù)

針對上述不利地質(zhì)條件和塌孔原因分析，除選擇適宜的鉆機和鉆具外，還應(yīng)做到如下方面才能保證順利成孔。

1)控制鉆進速度。由于風化砂回填區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對松散，鉆進過快會導(dǎo)致不夠密實的孔壁垮塌，因此，要嚴格控制鉆孔進尺。在鉆進過程中向孔內(nèi)投放直徑約50 mm碎石和粘土摻合物，利用鉆具錘擊和擠壓而形成較為密實和穩(wěn)固的孔壁，防止孔壁松散而垮塌。松散回填區(qū)混合料投放次數(shù)以3次/12 h～4次/12 h，2 m3/次為宜。

2)孔口支護。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，部分樁基孔口部位為風化砂和塊石混合堆積，當瞬間漏漿時易發(fā)生孔口坍塌，此時，需將成孔部分用粘土或碎石料回填，支護或加固孔口后重新開孔。因此，為防止漏漿時孔口發(fā)生坍塌，需對孔口進行支護或加固。該工程采用下設(shè)鋼套筒方式進行孔口支護，首先在孔口風化砂和塊石混合堆積區(qū)采用直徑1.2 m空心鉆鉆孔，其次采用直徑1.2 m、壁厚8 mm～10 mm鋼套筒進行支護，支護完成后，根據(jù)地質(zhì)條件選用直徑1.0 m的相應(yīng)鉆頭繼續(xù)鉆孔。

3)及時封堵滲漏通道。由于塊石回填區(qū)孔隙較大，在高水頭泥漿壓力下，極易發(fā)生泥漿瞬間滲漏。因此，在此區(qū)域鉆孔時，除向孔內(nèi)投放碎石和粘土混合物外，還應(yīng)向孔內(nèi)投放水泥，使水泥與碎石和粘土的混合物凝結(jié)而形成一定強度的粘結(jié)體，對鉆孔周邊較大的孔隙進行回填、固結(jié)，在水泥達到終凝時間后方可繼續(xù)鉆孔，以達到封堵滲漏通道的作用。投放混合料及水泥的次數(shù)以1次/12 h～2次/12 h、混合料3 m3/次～4 m3/次、水泥0.8 t/次～1.3 t/次為宜。該措施“以漏代灌”，具有很好封堵滲漏通道的作用。

3.3 施工技術(shù)效果

根據(jù)設(shè)計要求，抽取75根樁進行低應(yīng)變法檢測，抽取27根樁進行聲波透射法檢測，檢測結(jié)果表明受檢樁樁身完整，無缺陷，均為Ⅰ類樁；抽取3根樁進行單樁豎向抗壓靜載檢測，樁長分別為60.8 m,45.0 m,50.6 m，最大沉降量8.1 mm，均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

施工實踐表明，在三峽大壩上游，受地下水位大變幅影響，在地質(zhì)條件不均勻的人工回填渣土狀況下，進行了合理的設(shè)備選型研究，提出了支護和堵漏的方法，施工過程中精細的質(zhì)量控制，解決了施工過程中塌孔、漏漿等一系列成孔困難等技術(shù)難題，達到預(yù)期的成孔效果。

[1] 張同波，李翠翠.復(fù)雜地質(zhì)條件下地下工程施工技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2009，38(1)：58-62.

[2] 宋 芃，段軍朝，王曌龍.深水鉆孔灌注樁樁身成孔遇阻處理技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46(7)：73-75.

[3] 趙 偉，吳旭君，王召磊,等.旋挖灌注樁在(深圳)沿海地區(qū)復(fù)雜地層中應(yīng)用實例[J].巖土工程學報，2013(S2):1196-1199.

[4] 羅守權(quán)，劉仁濤.沖擊成孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012，41(sup):21-23．

Studyofthekeytechnologyofboredpileconstructionundercomplicatedgeologicalconditions

ZhaoPengZhouShangZhengLeijuan

(ChinaThreeGorgesCorporation,Yichang443000,China)

In view of the complex geological characteristics of the Three Gorges project, such as uneven particle size distribution, large fluctuation of the bearing stratum and large variation of the reservoir water level, through the analysis of the causes of collapse and the selection of drilling machines and tools, various reasonable and effective control measures, such as controlling drilling speed, orifice support and plugging the leakage passage in time, were adopted, and the expected targets were achieved, which meet the technical requirements of the project.

complex geology, collapse hole, punched bored pile, construction technology

1009-6825(2017)23-0079-03

2017-06-07

趙 鵬(1982- )，男，工程師； 周 尚(1986- )，男，工程師； 鄭雷娟(1980- )，女，工程師

P642

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