超厚砂層地質(zhì)條件下的鉆孔工藝及控制要點

唐海波

摘要：針對灞河漫灘超厚砂層地質(zhì)條件，通過克服砂層厚度超厚、泥漿損失嚴(yán)重、可液化性及地層穩(wěn)定性差等困難進行鉆孔樁施工，并結(jié)合工地實際發(fā)生的問題，總結(jié)出了樁基施工時的主要控制指標(biāo)及相關(guān)技術(shù)要點，為以后在此類地質(zhì)條件下樁基施工提供了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：砂層；鉆孔樁；工藝；要點；

砂類土層中具有粘粒含量少、 砂粒間粘聚力小、 地基土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等特點，所以在橋梁鉆孔灌注樁施工時，往往出現(xiàn)縮徑、 坍塌、孔底沉渣過厚等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會出現(xiàn)埋鉆、 埋管、 樁長不足或樁身不完整等施工或質(zhì)量事故。結(jié)合大西客專灞河特大橋樁基超厚砂層、等下水位高、砂層可液化等特點，本人對鉆孔灌注樁在超厚砂層中的成孔施工工藝及控制要點進行了總結(jié)。

一、概述

1、工程概況

大西鐵路客運專線灞河特大橋全長25118m，位于西安市臨潼區(qū)、灞橋區(qū)，與鄭西客運專線并行，走行于鄭西客專右側(cè)，全橋共有墩臺787個，采用樁徑為125cm的鉆孔灌注樁，平均樁長50m。

2、工程地質(zhì)情況

灞河特大橋位于渭河、灞河一級階地及灞河漫灘上，地形平緩開闊，橋址位于渭河新生代斷陷盆地中心地段，堆積有厚度巨大的第四系松散堆積物。橋址范圍出露地層主要為：第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂、細(xì)圓礫。全橋平均樁長50m，橋梁樁基施工主要地層為砂層，其中第四系全新統(tǒng)人工填土、沖積黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土等覆土厚度一般為0.5～3m，往下地層均為由細(xì)砂、中砂、粗砂等構(gòu)成的超厚砂層，砂層厚度一般為40～60m，同時距地面20m以上的飽和第四系全新統(tǒng)砂類土均具有可液化性。

二、施工難點及工藝選擇

1、施工難點分析

本橋共有6365根樁基，平均樁長50m，砂層占樁基穿越地層總厚度的90%以上，砂層中含沙量高，粘粒及含泥量少，加之地下水水位高，同時20m的砂層具有可液化，透水能力強，穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)孔壁坍塌、 孔底沉沉過厚及埋鉆、 埋籠、 埋管等事故。

2、施工工藝分析及選擇

由于橋址位置處，地勢平坦開闊，且未見有堅硬巖石地質(zhì)情況，考慮旋挖鉆有施工速度快、利于環(huán)保、行走移位方便等優(yōu)點，本橋樁基施工擬選旋挖鉆進行鉆孔施工，針對這種超厚砂層且自穩(wěn)性極差的地質(zhì)條件，如不嚴(yán)格進行過程控制并采取其他技術(shù)輔助措施是很難成功的。所以如何使孔內(nèi)泥漿的性能既要滿足成孔還應(yīng)確保孔壁的穩(wěn)定和懸浮能力，就成為了現(xiàn)場必須解決的問題。

為了能夠保證施工的質(zhì)量，我們制定了相應(yīng)鉆孔樁試樁方案，在試樁成功后進行技術(shù)總結(jié)，并對不合理的指標(biāo)及施工工藝進行修正后，再進行下一步的大面積推廣施工。

三、施工方案

1、試驗樁施工及泥漿指標(biāo)確定

針對本橋樁基的地質(zhì)特點，為保證工程順利施工，經(jīng)查閱資料，砂層地質(zhì)條件下的樁基施工，主要在于鉆進速度及泥漿指標(biāo)的控制，我們初步擬定旋挖鉆在細(xì)砂層和中粗砂層的鉆進速度分部控制在3～5m/h和5～7m/h，使用的泥漿采用水化性能較好、造漿率高、成漿快的膨潤土造漿并根據(jù)鉆進情況，摻加少量的燒堿，以提高泥漿的膠體率，對于鉆孔及清孔過程中的泥漿指標(biāo)控制值見表1。

表1樁基施工不同工序泥漿指標(biāo)值

工序名稱 泥漿比重 粘度 含砂率 備注

開鉆 1.13～1.17 22s～25s ＜4%

正常鉆進 1.15～1.2 25s～30s ＜4% 根據(jù)巖層調(diào)整比重

一次清孔后 1.1～1.13 20～25s ＜3%

二次清孔后 1.07～1.1 19～22s ＜2%

根據(jù)擬定的試驗樁施工方案，試驗樁入孔護壁泥漿比重為 1.15，黏度25，在鉆至細(xì)砂層后將泥漿調(diào)整為泥漿比重為 1.17，黏度28，鉆進很順利，樁長52米樁徑為1.25米的樁基成孔時間用了9個半小時，成孔后的沉淀厚度只有不到22cm；含砂率為4%, 第一次清孔采用泥漿比重1.13，泥漿黏度22s。鋼筋籠及導(dǎo)管下孔用了6小時，沉渣達(dá)到了65cm，用泥漿泵管連接導(dǎo)管進行二次清孔，二次清孔用時1.5小時，二次清孔泥漿比重1.07，泥漿黏度21s，經(jīng)過反復(fù)清孔，孔內(nèi)泥漿指標(biāo)為比重1.1，含砂率1.8%，黏度21s，沉渣7cm。灌注砼共2小時50分鐘，灌注過程順利，砼灌注完畢后，經(jīng)計算砼理論方量63.8m3，實際灌注方量65.2m3，超灌砼1.2 m3，擴孔率0.31% ，經(jīng)濟指標(biāo)滿足要求。

2、施工過程中出現(xiàn)的問題

鉆孔過程中，由于鉆進或提升過快，導(dǎo)致泥漿護壁厚度不夠，出現(xiàn)局部坍塌；

在清孔、砼澆注過程中出現(xiàn)局部的縮孔現(xiàn)象；

泥漿的質(zhì)量下降，比重高了，粘度小了，膠體率下降，含砂率高達(dá)8％～10%；

鋼筋籠下孔時間太長，導(dǎo)致沉渣厚度太厚；

樁頂3～5m范圍內(nèi)出現(xiàn)裹砂現(xiàn)象；

3、施工控制要點

A、施工工藝控制

根據(jù)施工進度安排，合理安排鉆機的施工位置（樁基的施工順序），為了最大限度減低施工中對樁間地層的擾動，施工時必須采取間隔樁位跳鉆進行現(xiàn)場施工。

根據(jù)巖層選擇合適的鉆進速度，鉆進砂層時速度必須減慢，同時鉆頭要輕提、輕放，因為鉆頭在孔內(nèi)提升過程中，泥漿在護壁與鉆頭之間流動，若升降速度過快，會對護壁產(chǎn)生瞬間壓力，破壞護壁的自身穩(wěn)定性，容易造成孔壁坍塌。

在粉細(xì)沙段要及時加大泥漿比重，并在鉆進過程中安排專人檢測泥漿的性能指標(biāo)（比重、粘度、含砂率），并根據(jù)測定情況隨時調(diào)整泥漿指標(biāo)。

B、泥漿制備及指標(biāo)控制

①泥漿最好選用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土進行造漿，嚴(yán)格設(shè)置設(shè)泥漿池和沉淀池，并在泥漿池與沉淀池之間設(shè)置過濾網(wǎng)，現(xiàn)場泥漿必須跟據(jù)實際地質(zhì)情況選用。工程施工過程中，個別工點不按要求設(shè)置沉淀池，泥漿的含砂率始終無法降低，導(dǎo)致砼灌注過程始終無法正常，往往在距離樁基5～6m處出現(xiàn)異常。

②泥漿的幾項性能指標(biāo)之間的關(guān)系及作用一定要清楚，鉆進和清孔的目的不一樣，所以要嚴(yán)格根據(jù)工序及時調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)。鉆進過程中主要控制泥漿的比重及黏度，泥漿比重決定孔內(nèi)泥漿護壁質(zhì)量的好壞，能保持孔內(nèi)的水頭壓力，防止側(cè)壁出現(xiàn)坍塌。泥漿的黏度質(zhì)量的好壞直接影響著鉆進速度，泥漿粘度高的能減少在地層中的漏失，同時在鉆進過程中，能及時將鉆碴懸浮。清孔過程中，嚴(yán)格控制泥漿的泥漿比重、黏度及含砂率，比重控制在1.08左右，比重太小，水頭壓力不夠，會影響泥漿護壁的穩(wěn)定性，黏度太小，孔內(nèi)的沉碴不易隨泥漿浮出，黏度太大，砂粒在沉淀池內(nèi)不易沉淀，導(dǎo)致循環(huán)漿液中的含砂率超標(biāo)，影響清孔質(zhì)量。

③做好一次清孔工作，因鋼筋籠及導(dǎo)管下孔時間較長，一次清孔的質(zhì)量好壞直接決定沉碴厚度，在一次清孔的時候，最好按二次清孔的標(biāo)準(zhǔn)進行控制，減少鋼筋籠下孔期間沉碴的厚度。

C、砼灌注過程控制

①嚴(yán)格按配合比進行砼拌合，確保樁基砼的和易性及坍落度等指標(biāo)值滿足要求，安排專職試驗人員在現(xiàn)場進行全過程監(jiān)控，對每罐砼的性能指標(biāo)進行檢查，發(fā)現(xiàn)不滿足要求的砼堅決退回拌合站，樁基砼坍落度一般以18－22cm為宜。

②安排專職技術(shù)人員進行導(dǎo)管的埋深和樁孔內(nèi)砼面高度的測定，并做好詳細(xì)記錄，防止導(dǎo)管拔脫或埋深太大，當(dāng)砼面灌至鋼筋籠底部附近時，要放慢灌注速度，使砼面慢慢上升，導(dǎo)管應(yīng)避免碰撞鋼筋籠，以免引起鋼筋籠上浮或碰撞孔壁。當(dāng)灌注到粉砂或細(xì)砂層等容易塌孔的樁段要更小心，要慢灌和慢拔管，避免沖刷孔壁。

③本橋樁基施工前期，在破樁頭時發(fā)現(xiàn)有樁基在樁頂3～5米左右有不同程度的夾砂現(xiàn)象，經(jīng)分析，主要原因就是在砼灌筑到樁頂時壓力減小，灌筑過程中沉淀下來的粉細(xì)砂裹入砼中，經(jīng)現(xiàn)場對灌注工藝進行調(diào)整，在砼灌筑到樁頂5～7m時更換為大漏斗，并按封底工藝進行大方量一次灌入至樁頂，并適當(dāng)增大砼超灌高度，此問題得以徹底解決，后經(jīng)檢測，樁基質(zhì)量良好。

四、施工效果

在后期施工過程中，現(xiàn)場嚴(yán)格按照上述成孔工藝及相關(guān)要求進行施工，鉆孔、砼灌注過程均順利進行，未出現(xiàn)孔壁坍塌、埋鉆、孔底沉渣較厚及樁頂裹砂等不良現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

截至目前本橋已施工樁基5207，通過聲波透射法對樁基完整性檢測，結(jié)果顯示，本橋目前已完樁基均為I類樁或Ⅱ類樁， 其中I類樁為5132根，占總數(shù)的98.56%。

五、論語

在這種超厚砂層地質(zhì)環(huán)境下進行樁基施工，主要是要嚴(yán)格控制泥漿的制備及指標(biāo)值選擇、現(xiàn)場工序監(jiān)控、清孔質(zhì)量和砼灌注，施工過程中，根據(jù)不同工序?qū)δ酀{指標(biāo)(泥漿比重及黏度)進行動態(tài)調(diào)整尤為重要，清孔的質(zhì)量好壞直接決定樁基的灌注質(zhì)量，只要我們在過程中善于對出現(xiàn)的問題及時進行分析、總結(jié)，樁基施工質(zhì)量基本萬無一失。

本橋樁基施工即將結(jié)束，一年來的施工經(jīng)歷，讓我們?nèi)〉昧瞬簧僭诤裆皩邮┕痘慕?jīng)驗，同樣也得到了一定的教訓(xùn)，對本人而言，感觸頗深，一點心得希望能給同類工程提供參考與借鑒。

參考文獻：

[1] TZ213-2005 客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S]；

[2] 高大釗.樁基礎(chǔ)的設(shè)計方法與施工技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。