硅藻土復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工研究

張臣 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

某工程的主體建設(shè)內(nèi)容含泊位、后方堆場及相配套的基礎(chǔ)設(shè)施。泊位樁基采用的是φ1300mm的鉆孔灌注樁，總量524根，采用筑島施工工藝，由專員全面清理樁間土，再視實際情況理坡、護坡。碼頭建設(shè)于硅藻土地質(zhì)層之上，根據(jù)樁基的尺寸要求，長度范圍內(nèi)有兩層硅藻土層，分別為-17m～-22m、-26m～-47m。施工現(xiàn)場的硅藻土具有輕質(zhì)多孔的特點，局部夾薄層粉細(xì)砂，孔隙率高達(dá)80%～90%，塑限38%～87%，在特殊力學(xué)性質(zhì)的影響下，明顯加大鉆孔灌注樁的施工難度，因此對施工技術(shù)提出了較高的要求。

2.測量定位

以設(shè)計坐標(biāo)為準(zhǔn)，測放樁的中心位置，于周邊布設(shè)4個控制樁，配套導(dǎo)向架，起到精準(zhǔn)定位鋼護筒的作用，若無誤則用振動錘適度施打，將鋼護筒安裝到位，當(dāng)水平誤差不超過50mm、傾斜度誤差不超過1%時，則滿足要求。

由于硅藻土易黏附在孔壁上而導(dǎo)致部分樁基保護層的空間被侵占，因此需適當(dāng)加大鋼護筒的直徑，即1500mm。

3.硅藻土地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工工藝研究

以設(shè)計樁長以及施工現(xiàn)場硅藻土的地質(zhì)特性為依據(jù)，合理選擇鉆孔設(shè)備，典型樁樁底設(shè)計標(biāo)高為-56m。根據(jù)地勘資料可知，在-17m～-47m的范圍內(nèi),會存在2層硅藻土層；當(dāng)向下延伸后，-47.78m～-56.14m范圍內(nèi)則以密實砂層和強膠結(jié)砂層居多。

鉆機在運行期間具有擾動性影響，因此為了避免硅藻土層失穩(wěn)，施工方采取的是“先用回旋鉆鉆進(jìn)至-47m、再用沖擊鉆鉆剩余部分”的方法。

3.1 回旋鉆安裝

（1）根據(jù)施工要求適配回旋鉆設(shè)備，清理其安裝位置，保證該處具有平整性與穩(wěn)定性，并將回旋鉆設(shè)備轉(zhuǎn)移至該處。

（2）經(jīng)過基礎(chǔ)處理后，設(shè)備在運行期間不易發(fā)生局部沉陷或偏位現(xiàn)象。

（3）鉆桿安裝到位后，檢測其垂直度，要求其中心與護筒的中心共處相同鉛垂線上，偏差不可超過1%。

3.2 回旋鉆鉆進(jìn)

在硅藻土層，采用回旋鉆成孔工藝，回旋鉆頭直徑1.36m，控制鉆孔速率1.5m/h，同時在砂層成孔過程中，要使用濾砂機濾砂。為了驗證硅藻土層鉆進(jìn)速度和硅藻土塊狀大小的關(guān)系，需在現(xiàn)場進(jìn)行試驗。

實驗結(jié)果表明，當(dāng)把鉆進(jìn)速度調(diào)至2.5m/h時，仍未發(fā)現(xiàn)大塊硅藻土浮出；出現(xiàn)的硅藻土塊狀發(fā)生了增大的情況，塊狀平均直徑為2cm～3cm；當(dāng)將鉆進(jìn)速度調(diào)整成不大于1.5m/h時，經(jīng)過多次打撈渣樣未發(fā)現(xiàn)大塊硅藻土塊返出，而出現(xiàn)的硅藻土塊狀為1cm～2cm。

所以，控制硅藻土層的鉆進(jìn)速度極為重要。通過減緩鉆進(jìn)速度，鉆頭可以切碎原狀硅藻土層，一部分溶進(jìn)泥漿，另一部分形成直徑不大于2cm的硅藻土塊則隨泥漿排除，從而在有效避免了泥漿中存在較大硅藻土塊的同時，還有效規(guī)避了后期灌樁產(chǎn)生的夾泥現(xiàn)象。

3.3 泥漿稀釋與置換

隨鉆孔進(jìn)程的推進(jìn)，穿越硅藻土層后，需及時向孔底注入適量的淡水，此舉的目的在于稀釋孔內(nèi)的泥漿（含豐富的硅藻土），進(jìn)而調(diào)控泥漿的相對密度，使其達(dá)到1.05g/cm3左右。

此后，依托于比重差的原理，將比重相對較大的泥漿注入其中，用于置換硅藻土泥漿（此部分的比重較小）。置換完成后，孔口會出現(xiàn)非常明顯的硅藻土泥漿與新鮮泥漿的分界線，將界面刮除后孔口出現(xiàn)干凈的新鮮泥漿，達(dá)到了置換的目的。

3.4 沖擊鉆鉆進(jìn)

沖擊鉆適用地層為密實砂層和強膠結(jié)砂層，平均速度0.145m/h～0.155m/h，施工推進(jìn)至砂層時，用濾砂機濾砂，并由專員定期抽檢泥漿，測定其密度。

為避免塌孔現(xiàn)象的發(fā)生，泥漿面應(yīng)始終超過孔外水位1m以上，與護筒頂部的距離以0.5m為宜。完整記錄各項鉆進(jìn)數(shù)據(jù)，作為質(zhì)量分析的依據(jù)。

3.5 終孔檢測

終孔高程達(dá)標(biāo)后，可暫停鉆進(jìn)作業(yè)，但泥漿正循環(huán)濾砂不可中斷，否則易影響泥漿的含砂率以及相對密度。此后，利用超聲波檢測的方法測定孔徑，考慮到硅藻土層的特殊性，將該土層范圍內(nèi)的鉆孔孔徑作為重點檢測對象。經(jīng)超聲波檢測后，用探籠測孔，若該裝置可順暢地上下移動，則表明無孔徑異常問題。

在硅藻土層的鉆進(jìn)施工中，孔內(nèi)泥漿的性能優(yōu)勢受到抑制，存在濾失量較大、泥皮厚度大幅度增加的情況，此條件下硅藻土持續(xù)吸水膨脹，可見孔壁處逐步產(chǎn)生附著物，意味著泥漿的護壁效果欠佳，需加強控制。

3.6 第一次清孔

（1）利用氣舉反循環(huán)法清孔，全面清理孔內(nèi)的雜物，要求沉渣厚度≤200mm、泥漿相對密度≤1.15。

（2）清孔期間檢測并控制水頭壓力，以免因壓力不合理而塌孔。

3.7 鋼筋籠安裝

（1）在加工場由專員分節(jié)加工鋼筋籠，確保整體的剛度以及保護層的厚度均可滿足要求，并增設(shè)加勁箍，提高鋼筋籠的穩(wěn)定性。

（2）鋼筋籠下放時，施工人員應(yīng)嚴(yán)格控制其姿態(tài)，需處于孔的中心位置，不可碰撞孔壁。

（3）鋼筋籠安裝工作完成后，檢測其頂面和底面的標(biāo)高，將實測結(jié)果與設(shè)計值對比分析，誤差均要在5mm內(nèi)。

3.8 第二次清孔

鋼筋籠安裝到位后，組織二次清孔作業(yè)，此階段采取正循環(huán)清孔的方法，孔內(nèi)泥漿比重為1.03～1.1，粘度≥18s，含砂率≤4%～8%，粘度≤28s。

3.9 混凝土灌注施工

利用直升導(dǎo)管法灌注混凝土，正式施工前詳細(xì)檢查導(dǎo)管，判斷其氣密性是否滿足要求，若無誤則下放導(dǎo)管（與孔底相距約0.5m），經(jīng)計算后確定初灌量，根據(jù)該要求生產(chǎn)混凝土，應(yīng)當(dāng)保證導(dǎo)管埋入混凝土的深度達(dá)到1m～2m，同時可有效填充管底與孔底的間隙。

正式澆筑時，由專員檢測混凝土面的高度，保證導(dǎo)管埋深始終穩(wěn)定在2m～6m，隨著混凝土貫入量的增加，緩慢向上提升導(dǎo)管，使其滿足軸線豎直和位置居中的要求。為保證樁頂?shù)某蓸顿|(zhì)量，超灌的高度至少需達(dá)到1m。澆筑期間，充盈系數(shù)至少需達(dá)到1.5，同時密切檢查返出的泥漿，判斷其是否夾雜硅藻土塊，進(jìn)而對注漿質(zhì)量做出判斷。

從典型樁混凝土澆筑施工質(zhì)量的角度來看，在成孔和掃孔期間依然有部分小塊的硅藻土難以排出，但在采取換漿和氣舉反循環(huán)等相關(guān)方法后，該部分硅藻土的數(shù)量大幅下降，對成樁質(zhì)量的影響甚微，可忽略不計。由此可見，混凝土灌注施工中，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度、適時置換泥漿、合理應(yīng)用氣舉反循環(huán)等方法均具有可行性，能夠給成樁質(zhì)量提供保障。

4.施工注意事項

（1）由于硅藻土具有較高的穩(wěn)定性，因此在開孔時，可把使用最廣的膨潤土當(dāng)作泥漿，當(dāng)其到達(dá)硅藻土層之后，硅藻土吸附會膨潤土，使其與硅藻土發(fā)生結(jié)合。但是，由于硅藻土無粘結(jié)性會讓兩者結(jié)合后形成的混合物會減小泥漿的護壁性，因此當(dāng)膨潤土穿過硅藻土之后，應(yīng)再次造漿，置換出孔內(nèi)含有硅藻土的泥漿，降低混在泥漿里的硅藻土含量，以便于形成純度較高的膨潤土護壁，進(jìn)而增強硅藻土層和砂層孔壁之間泥皮的密實性，避免出現(xiàn)由于硅藻土吸水而發(fā)生膨脹的現(xiàn)象，加強了孔壁的穩(wěn)定性。

（2）選用內(nèi)徑大小為1.5m的鋼護筒，當(dāng)達(dá)到第一層砂層底的標(biāo)高且混凝土澆筑完成后，無需拔出護筒；為了防止灌注樁孔的內(nèi)部出現(xiàn)由于泥皮厚度增加而發(fā)生縮徑，要利用加長護筒和直徑1.4m的探籠進(jìn)行掃孔。

（3）為了確保灌注樁有足夠的厚度，在澆筑混凝土?xí)r，要避免孔內(nèi)殘留的硅藻土停留在鋼筋籠和孔壁中間，對此，要加大成孔樁徑；為了保障1.3m的有效樁徑以及外徑為1.15m的鋼筋籠，需選用直徑為1.44m的回旋鉆頭和沖錘進(jìn)行成孔操作。

5.結(jié)語

綜上所述，鉆孔灌注樁在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用頻率較高，但遇硅藻土地質(zhì)條件時，存在難度大、可控性欠佳的問題，對施工質(zhì)量提出較高的要求，本文則對具體的施工方法展開分析，希望所提內(nèi)容可作為類似工程的參考。