淺談旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的質(zhì)量控制

施純德

泉州市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，福建 泉州 362000

1 工程概況

某工程共有工程樁248 根，其中：直徑0.8m 工程樁74 根，直徑1.0m 工程樁174 根，均為抗壓樁，平均樁長(zhǎng)約23m。由于場(chǎng)地周邊存在大量石結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)民房，最小距離5.8m，建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)且年久失修，已存在不同程度安全隱患，對(duì)場(chǎng)地震動(dòng)及地下水位變化較為敏感，故設(shè)計(jì)采用旋挖鉆孔灌注樁孔泥漿護(hù)壁成孔，終孔條件為樁底進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖1.5m，樁底沉渣厚度要求≤5cm。

2 工程地質(zhì)情況

地勘報(bào)告揭示，該工程施工場(chǎng)地至上而下各土層分別為：雜填土，層厚0.2～3.5m；粉質(zhì)粘土，層厚0.8～3.4m；淤泥，層厚1.0～7.60m；中細(xì)砂，層厚0.9～6.0m；淤泥質(zhì)土，層厚7.2～17.5m；中粗砂，層厚1.1～6.9m；砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，層厚0.20～5.60m；以下為中風(fēng)化花崗巖。地下水位埋深約1.5m。

3 旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣產(chǎn)生的原因分析

3.1 樁孔孔壁塌落

（1）雜填土層較厚且不穩(wěn)定造成孔口表土層塌落孔內(nèi)；

（2）淤泥層及砂層由于鉆孔過(guò)程的提、放鉆具在孔內(nèi)產(chǎn)生正、負(fù)壓差所引起的抽吸作用，造成孔壁塌落；

（3）在提、放鉆具及下放鋼筋籠時(shí)刮蹭孔壁，造成孔壁砂土掉落孔內(nèi)；

（4）成孔后未及時(shí)澆筑混凝土，空置時(shí)間太長(zhǎng)導(dǎo)致泥漿分層離析孔壁失去穩(wěn)定；

（5）孔口附近有較大的集中荷載作用壓垮孔壁；

（6）泥漿比重過(guò)小，使得泥漿側(cè)向護(hù)壁能力不足造成孔壁塌落；

（7）由于鉆具轉(zhuǎn)速過(guò)快、擾動(dòng)過(guò)大引起砂層液化造成孔壁塌落。

3.2 泥漿沉淀

（1）由于泥漿粘度過(guò)低，懸浮能力差，使得泥漿發(fā)生分層沉淀；

（2）泥漿含砂率過(guò)高，造成孔底沉砂過(guò)多；

（3）混凝土澆注前的等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得懸浮物下沉堆積孔底。

3.3 鉆孔殘留

（1）因鉆具磨損、變形過(guò)大造成渣土泄漏、殘留而產(chǎn)生沉渣；

（2）受鉆具自身結(jié)構(gòu)限制，因鉆齒間隙所造成的渣土殘留。

3.4 清孔工藝

（1）清孔所用的水泵功率太大，其過(guò)強(qiáng)水流產(chǎn)生的沖刷作用引發(fā)孔壁剝落；

（2）采用鉆具清孔時(shí)，其清孔工藝及鉆具選擇不合理，孔底沉渣無(wú)法清除干凈；

（3）采用正、反循環(huán)清孔時(shí)，泥漿性能不達(dá)標(biāo)造成沉渣無(wú)法攜帶出孔底。

3.5 施工人員量測(cè)誤判

（1）由于施工員經(jīng)驗(yàn)不足，在進(jìn)行孔底沉渣厚度量測(cè)時(shí)誤判，錯(cuò)誤將清孔不合格的樁孔判斷為合格孔；

（2）孔底沉渣厚度量測(cè)工具選擇不當(dāng)產(chǎn)生誤判。

4 旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣控制措施

（1）根據(jù)孔口土層情況適當(dāng)增加護(hù)筒埋設(shè)深度，使其穿過(guò)雜填土層并高出孔口30～40cm，始終保持孔內(nèi)水位高于地下水位≮1.5m，同時(shí)護(hù)筒直徑比鉆具直徑大20cm 并防止碰撞及震動(dòng)［1］；

（2）在鉆進(jìn)過(guò)程中慢提、慢放鉆具，速度控制在70cm/s左右，在進(jìn)入砂層時(shí)降低鉆具轉(zhuǎn)速，防止因擾動(dòng)過(guò)大造成砂層液化；

（3）在提、放鉆具及下放鋼筋籠時(shí)注意保持對(duì)中和垂直，鉆進(jìn)過(guò)程中每三鉆復(fù)核一次鉆桿垂直度，將垂直度控制在1%以內(nèi)，鋼筋籠保護(hù)層墊塊采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的混凝土圓形墊塊，減少刮蹭孔壁；

（4）合理組織，緊湊工序，在進(jìn)行第一次清孔時(shí)即開(kāi)始安排混凝土罐車到場(chǎng)等待，為預(yù)防不測(cè)，商品混凝土的緩凝時(shí)間設(shè)定在4h 以上；

（5）在旋挖鉆孔樁機(jī)及混凝土罐車停放面的近孔口一側(cè)安放較大鋼板，鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)取出的泥土及時(shí)清離孔口，以減少孔口的集中荷載；

（6）在鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)地質(zhì)情況適當(dāng)加大泥漿比重至1.13～1.18，調(diào)整泥漿粘度至19～21Pa·s，增加泥漿的護(hù)壁及懸浮能力；

（7）采用泥漿分離機(jī)分離出泥漿中的砂及其它大顆粒物，將泥漿中的含砂率控制在4%以內(nèi)；

（8）根據(jù)不同地層情況選用適當(dāng)鉆具，加強(qiáng)對(duì)鉆底結(jié)構(gòu)的檢查、修補(bǔ)維護(hù)，減小轉(zhuǎn)動(dòng)底與固定底之間的間隙。

（9）安裝混凝土澆筑導(dǎo)管時(shí)，嚴(yán)格控制導(dǎo)管距孔底在30～50cm 之間，同時(shí)加大混凝土料斗的體積達(dá)2m3，以增加首批混凝土的沖舉力；

（10）進(jìn)行清孔作業(yè)時(shí)合理選用水泵的功率，減少水流對(duì)孔壁的沖刷作用；

（11）當(dāng)采用鉆具清孔工藝（無(wú)泥漿循環(huán)清孔）時(shí)，必須先用截齒鉆具修平樁底巖面，再用撈砂平斗以慢速檔撈出沉渣，在清孔結(jié)束時(shí)，可適當(dāng)降低泥漿比重至1.10～1.12，同時(shí)增加泥漿粘度至22～25Pa·s，使孔底泥漿狀態(tài)處于絮狀，保證泥漿中的粗顆粒處于懸浮狀態(tài)，確保在安放鋼筋籠及灌注導(dǎo)管后，孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求；

（12）當(dāng)采用正、反循環(huán)清孔工藝時(shí)，要根據(jù)具體情況調(diào)整與其相適應(yīng)的泥漿參數(shù)并及時(shí)換漿；

（13）在澆筑混凝土前必須再次量測(cè)沉渣厚度，沉渣超標(biāo)時(shí)應(yīng)選擇合適的清孔工藝進(jìn)行二次清孔；

（14）選派經(jīng)驗(yàn)豐富的施工員負(fù)責(zé)孔底沉渣厚度的量測(cè)判斷，做到每根樁都有二位施工員分別量測(cè)，互相復(fù)核、印證；

（15）沉渣量測(cè)工具采用專用測(cè)繩下掛1kg 重鐵自制。

5 工藝試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)上述控制措施是否適合本工程的具體情況，樁基正式施工前共選取2 根樁進(jìn)行試打樁，其中直徑0.8m 樁1 根，直徑1.0m 樁1 根，分別采用不同的泥漿參數(shù)及清孔工藝進(jìn)行比較。直徑0.8m 樁采用泥漿比重1.10、泥漿粘度20Pa·s、正循環(huán)清孔工藝；直徑1.0m 樁采用泥漿比重1.10～1.15、泥漿粘度20～23Pa·s、鉆具清孔（無(wú)泥漿循環(huán)清孔）工藝。采用同一臺(tái)徐工XR220 旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，其他控制措施均同上文所述。

5.1 試樁情況

5.1.1 試樁施工過(guò)程

（1）直徑0.8m 樁在鉆進(jìn)初期采用泥漿比重1.10、泥漿粘度20Pa·s，進(jìn)入砂層時(shí)有出現(xiàn)冒泡現(xiàn)象，判斷存在局部塌孔，加入膨潤(rùn)土將泥漿比重上調(diào)至1.13 后，該現(xiàn)象未再次出現(xiàn)，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度（約23.6m）后，量測(cè)孔底沉渣厚度約25cm，采用正循環(huán)清孔工藝進(jìn)行第一次清孔1.5h，量測(cè)孔底沉渣厚度約4cm后，下放鋼筋籠及導(dǎo)管，再次量測(cè)沉渣厚度約12cm（可能因時(shí)間太長(zhǎng)造成局部護(hù)壁剝落），隨即采用正循環(huán)進(jìn)行二次清孔，當(dāng)量測(cè)沉渣厚度小于5cm 后立即連續(xù)澆搗樁身混凝土，混凝土充盈系數(shù)1.15；

（2）直徑1.0m 樁在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中采用泥漿比重1.15、泥漿粘度20Pa·s，未出現(xiàn)異常情況，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度（約22.8m）后，量測(cè)孔底沉渣厚度約20cm，先采用截齒鉆具進(jìn)行第一次清孔并掃平孔底巖面凹凸后，量測(cè)孔底沉渣厚度約10cm，將鉆具更換為撈砂平斗并慢速撈取孔底沉渣，量測(cè)沉渣厚度小于4cm 后，降低泥漿比重至1.10，同時(shí)泥漿粘度上調(diào)至23Pa·s，安放鋼筋籠及導(dǎo)管，歷時(shí)約25min，再次量測(cè)沉渣小于5cm，立即連續(xù)澆注樁身混凝土，混凝土充盈系數(shù)1.07。

5.1.2 試樁檢驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證上述二種工藝對(duì)樁底沉渣厚度的影響，試驗(yàn)樁混凝土澆搗十日后，委托有資質(zhì)單位進(jìn)行抽芯。其中：直徑0.8m 樁混凝土芯樣完整無(wú)夾渣，樁底沉渣厚度3.8cm；直徑1.0m 樁混凝土芯樣完整無(wú)夾渣，樁底沉渣厚度2.0cm。均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.2 施工工藝比較

（1）采用正循環(huán)清孔工藝：清孔時(shí)間較長(zhǎng)護(hù)壁易因浸泡時(shí)間太長(zhǎng)而塌落；清孔時(shí)未采用截齒鉆具掃平孔底巖面凹凸，大大降低了首批混凝土對(duì)其孔底殘?jiān)臎_舉效果；

（2）采用鉆具清孔工藝：清孔時(shí)間短，不易發(fā)生孔壁塌落情況；采用截齒鉆具先掃平孔底巖面凹凸后，首批混凝土對(duì)孔底殘?jiān)臎_舉效果明顯較好，但清孔后降低泥漿比重、上調(diào)泥漿粘度是一項(xiàng)關(guān)鍵工作，需有專人管理［2］；

（3）因本工程砂層太厚，若采用反循環(huán)清孔工藝極易因水流抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓作用引發(fā)孔壁塌落，故該類工藝不作為選項(xiàng)。

對(duì)上述三種清孔工藝進(jìn)行綜合評(píng)估后，選擇與直徑1.0m試驗(yàn)樁相同的施工工藝展開(kāi)施工，工程完成后選取6 根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，最小沉降值12mm，最大沉降值26mm；選取25 根樁進(jìn)行抽芯檢測(cè)，混凝土芯樣均完整無(wú)夾渣，樁底沉渣厚度最大值3.5cm，最小值1.0cm。均符合設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

在旋挖鉆孔灌注樁施工中能否有效控制孔底沉渣是其成敗的關(guān)鍵，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下更要認(rèn)真分析各種不利因素，制定詳細(xì)的針對(duì)性措施，通過(guò)工藝試驗(yàn)合理選擇施工工藝，提高成樁質(zhì)量。