復雜地質(zhì)情況下沖孔灌注樁施工技術

王慶國

（福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

建甌市下水南片區(qū)棚戶區(qū)改造龍船塘安置房建設項目3#、5#樓位于建甌市下水南八路，結(jié)構(gòu)類型為框剪結(jié)構(gòu)，總建筑面積為13486.33m2。地上16 層，地下室為1 層，地下建筑面積為2849.26m2，建筑高度為49.9m。地下室使用功能為機動車停車庫，地上1 層使用功能為架空層、配電間、物業(yè)用房、商業(yè)及住宅門廳，2 層使用功能主要為商場與住宅，3 層以上使用功能均為住宅。樁基形式為沖孔灌注樁，設計樁基類型為端承樁，混凝土強度為C30，持力層為中風化花崗巖，樁徑為800mm，設計單樁抗壓承載力為3500kN，樁長為25～30m，要求樁端嵌入持力層≥1.0m。

2 地質(zhì)條件及水文情況

2.1 地質(zhì)條件

基坑開挖范圍的場地土層從上到下分別為：（1）雜填土（局部為耕土），主要成分為煤矸石、碎石、黏性土和磚頭，局部含有植物根系和少量腐殖質(zhì)，松散為主，均勻性差，屬于高壓縮性土，層厚0.70～6.50m；（2）粉質(zhì)黏土，可塑為主，局部含有粉細砂和砂礫石，刀切面較光滑，層厚0.70～7.10m；（3）細砂，主要成分為石英和長石質(zhì)為主，結(jié)構(gòu)松散，粒徑＞0.075mm 的顆粒含量約為90%，黏粒含量約為10%，級配相對較差，層厚6.80～11.20m；（4）卵石，稍密～中密為主，粒徑為2～10cm，主要以硬質(zhì)巖為主，風化程度中等，呈次圓狀，卵石含量約55%，卵石間填充物以粉黏粒和粗細紗為主，粗砂含量約為15%，細砂含量約為5%，礫石含量約為20%，粉黏粒含量約為5%，分選性差，層厚5.80～13.50m；（5）砂質(zhì)黏土，主要成分為黏性土和石英砂，可塑為主，石英砂含量約25%～40%，層厚0.60～2.40m；（6）砂土狀強風化花崗巖，主要成分為長石和石英，散體狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育好，褐黃色，屬于極軟巖，局部存在厚度為0.9～2.5m 孤石，孤石的巖質(zhì)與持力層相同，層厚4.30～14.30m；（7）碎塊狀強風化花崗巖，碎塊塊徑約2～8cm，片理狀結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，屬于軟巖，層厚3.50～9.30m；（8）中風化花崗巖，塊狀構(gòu)造，巖面較為陡峭，巖層傾角約為35°～55°，巖體相對完整，為較硬巖，層厚4.10～7.70m。

2.2 水文情況

地下水主要為松散層孔隙潛水和基巖孔隙裂隙潛水，松散層孔隙潛水主要賦存于雜填土層中，水源主要來自臨近水源和大氣降水補給?；鶐r孔隙裂隙潛水主要以側(cè)向徑流補給為主，地下水的埋深為2.50～4.20m，承壓水的深度為4.60～5.80m，地下水較為豐富。

3 樁基施工難點剖析

工程地質(zhì)條件較為復雜，巖層中存在細砂層、卵石層和孤石，樁基成孔面臨著偏孔、塌孔和縮頸等施工難題。孤石的巖質(zhì)為中風化花崗巖，巖層強度高，常規(guī)的樁錘重量為3t，孤石厚度較大，砍巖進尺緩慢，樁錘磨損嚴重，需要采取妥善的技術措施來解決成孔遇到的施工難題。地質(zhì)中存在深厚的細砂層和卵石層，常規(guī)的泥漿性能難以滿足護壁穩(wěn)定性的需求，應提高泥漿的黏度，保證護壁的安全性。本工程風化巖的厚度較大，再加上存在孤石、細砂層和卵石層，成孔過程中產(chǎn)生的巖屑和細砂顆粒較多，導致孔底的沉渣厚度超過設計要求，常規(guī)的正循環(huán)清孔工藝所需的時間較多，由于承壓水的存在，泥漿容易被稀釋，孔壁穩(wěn)定性難以保證，需要選擇合適的清孔工藝來縮短清孔時間。持力層巖面陡峭，沖擊成孔容易出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象，應采取合理的處理措施。

4 沖孔灌注樁施工技術

4.1 施工工藝流程(見圖1)

圖1 沖孔灌注樁施工工藝流程圖

4.2 地質(zhì)補勘

由于砂土狀強風化花崗巖存在孤石，為了更好地了解孤石的實際位置、埋深及厚度等情況，經(jīng)過建設單位同意后在揭示有孤石的區(qū)域內(nèi)進行地質(zhì)補勘，在樁基承臺的中心各補勘1 孔，原先地質(zhì)勘察中存在的孤石最大厚度為2.5m，因此，地質(zhì)補勘時要求中風化花崗巖厚度≥4m。將補勘的成果對地質(zhì)柱狀圖進行完善與補充，從而確定持力層的深度。

4.3 PAM 泥漿制備

由于地質(zhì)中存在深厚的細砂層和卵石層，常規(guī)的膨潤土泥漿性能難以滿足護壁的需求，為了提高泥漿護壁和攜渣的效果，在常規(guī)泥漿中摻入適量的純堿和聚丙烯酰胺（PAM）[1]，PAM 需要現(xiàn)場水解，將NaOH∶PAM∶水=1.15∶10∶70 的比例在攪拌機里攪拌均勻，使得PAM 充分水解。PAM 泥漿具有泥皮致密、黏度高和失水量少等優(yōu)點，能夠有效地改善泥漿性能，確保護壁效果。PAM 的摻量為20～30kg/m3，成孔過程中根據(jù)泥漿指標來合理地調(diào)整PAM 的摻量，確保泥漿的質(zhì)量。

4.4 沖擊成孔

本工程沖孔灌注樁的樁位軸線偏差≤50mm，在鋼絲繩與樁錘連接處設置自轉(zhuǎn)向裝置[2]，以此來解決粉質(zhì)黏土層與砂質(zhì)黏土層容易發(fā)生的梅花孔及粘鉆等施工問題。在樁孔邊上堆放一定數(shù)量的黏性土和片石，為偏孔處理做好準備。剛開始沖擊成孔時應采用0.4～0.6m 的小沖程進行低錘密擊，泥漿比重為1.3～1.4。當沖擊至鋼護筒以下2m時即可將沖程調(diào)整至2m 繼續(xù)沖擊。沖擊至粉質(zhì)黏土層時，為了減少粘鉆現(xiàn)象發(fā)生，可以投入適量的片石，沖程根據(jù)需求調(diào)整1～2m，泥漿比重調(diào)整為1.3～1.4。待沖擊至細砂層時，投入制備的優(yōu)質(zhì)泥漿，將泥漿比重調(diào)整為1.4～1.5，降低沖程至0.5～0.8m，在沖擊過程中應不斷掃孔，避免出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。沖擊至卵石層時，由于卵石層對樁錘的磨損較為厲害，在樁錘底部應加焊合金鋼牙[3]，泥漿比重調(diào)整為1.3，提高沖程至2～3m。當鋼絲繩出現(xiàn)往一側(cè)劇烈晃動時，應將黏性土和片石投入孔內(nèi)至偏孔處0.5m，接著低錘密擊后再加大沖程進行成孔。砂質(zhì)黏土和砂土狀強風化花崗巖的沖程應調(diào)整為2～3m，泥漿比重調(diào)整為1.3～1.4。沖擊至孤石和碎塊狀強風化花崗巖時，將樁錘重量由3t 更換成5t，樁錘底部加焊鋼牙，泥漿比重調(diào)整為1.3，沖程調(diào)整為3～4m，以重錘快打的施工方法加快砍巖的速度，遇到巖面有傾斜的情況，應將片石和黏性土投放到傾斜面位置以上1m，接著繼續(xù)沖擊成孔[4]。沖擊至持力層時，按照規(guī)定通知監(jiān)理工程師到現(xiàn)場確定持力層，持力層確定后再繼續(xù)進尺1m 即可停止沖擊。在沖擊成孔過程中應時刻關注護筒水頭高度，及時補充優(yōu)質(zhì)泥漿。在成孔過程中，采用2 臺經(jīng)緯儀檢查鋼絲繩的垂直度偏差，樁孔的垂直度偏差控制在1%之內(nèi)，如果垂直度偏差超過規(guī)范要求，應立即分析原因，提鉆修孔，使得孔壁垂直度偏差≤1%。在排渣處安裝泥漿分離器，將泥漿中的細砂和巖屑分離出來，使得泥漿的含砂率滿足施工規(guī)范要求。

4.5 清孔

由于沖擊成孔過程中產(chǎn)生的巖屑和細砂較多，再加上地下水對泥漿的稀釋作用，使得孔底沉渣厚度較大。經(jīng)過討論與研究之后，決定采用氣舉反循環(huán)法的清孔工藝[5]。采用砂石泵直接將孔底沉渣與泥漿混合物抽排到沉淀池，將優(yōu)質(zhì)泥漿補充到孔內(nèi)。二次清孔后對泥漿比重、沉渣厚度、泥漿黏度和含砂率等技術指標進行量測，量測結(jié)果均符合設計及施工規(guī)范要求。

4.6 鋼筋籠加工與安裝

鋼筋籠嚴格按照施工圖紙要求在特制的模具上進行加工，主筋為12 根直徑為14mm 的螺紋鋼筋，箍筋為直徑為8mm 的螺旋圓鋼，十字撐和加勁箍采用直徑為16mm 的螺紋鋼筋，主筋與螺旋箍筋之間采用點焊形式進行固定，主筋接頭在同一水平面上應錯開達50%以上，錯開距離應≥500mm 且＞35d。主筋的接長采用單面焊形式，搭接長度為10d。加勁箍設置間距為2m，十字撐設置間距為4m。鋼筋保護層厚度為50mm，采用水泥砂漿墊塊掛設在主筋上，設置數(shù)量為3個。將注漿管對稱預埋在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，注漿管采用內(nèi)徑30mm 無縫鋼管，注漿管采用套管焊接進行接長，注漿管下端與孔底距離為0.5m，上端露出地面為0.3m。鋼筋籠采用吊車輔助垂直徐徐下放，鋼筋籠的中心應與樁孔中心重合，上下兩節(jié)鋼筋籠接長焊接時應對齊，焊接應牢固可靠，待焊縫自然冷卻后方可繼續(xù)下放至設計高程，鋼筋籠的軸線偏差及高程經(jīng)復核無誤后采用直徑為16mm 的吊筋固定在鋼護筒槽鋼上。

4.7 水下混凝土灌注

本工程導管采用螺紋鋼導管，直徑為300mm，導管下放之前應注水做抗拉和密閉試驗，試驗無滲漏后即可投入使用。O 形密封圈的性能應符合施工規(guī)范要求[6]，導管下放后其底端距離孔底為0.3～0.5m。在料斗裝滿坍落度為180～220mm 的混凝土后，剪斷隔水球繩子同時將運料車剩下的混凝土全部注入料斗，使得首灌獲得成功。根據(jù)混凝土液面的高度計算好導管的拆除節(jié)數(shù)，導管的拆除應安排專人負責，導管埋入混凝土深度應控制在2～6m，水下混凝土灌注應連續(xù)，在等待運料車時，應將導管上下插拔0.5m，防止混凝土出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。混凝土按照設計要求超灌1m。

4.8 樁底注漿

沖孔灌注樁施工完成后1d，應預壓開塞使注漿管注漿通道得以疏通。成樁7d 后采用電動式泥漿泵將水泥漿注入樁底，采用P·O42.5水泥，在自來水中摻入水泥攪拌成水灰比為0.5 的水泥漿，注漿順序為樁基外圍往內(nèi)部，與成孔樁基的距離為8～10m，注漿壓力為6MPa。注漿以設計單樁注漿量為控制標準，注漿量為1.5t。

5 結(jié)束語

沖孔灌注樁全部施工完成后按照設計要求的檢測數(shù)量做取芯、動測和靜載試驗，樁基試驗結(jié)果均滿足設計要求，I 類樁的比例為90%，芯樣完整連續(xù)，抗壓強度和樁長滿足設計要求，樁基質(zhì)量合格。實踐表明，存在深厚細砂層、卵石層、孤石和地下水豐富等復雜地質(zhì)情況下，采用地質(zhì)補勘、制備PAM 泥漿、樁錘補焊鋼牙，重錘快打和氣舉反循環(huán)法清孔等施工技術能夠有效地解決偏孔、塌孔、縮頸和孔底沉渣厚度較大等施工難題，取得良好施工效果。