旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的質(zhì)量控制

◎ 房召亮 中交一航局第三工程有限公司

1.工程概況

阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)目綜合樓工程建筑面積約5720 m2，共涉及到87根鉆孔灌注樁，根據(jù)各處施工條件合理選擇樁體規(guī)格，樁徑1m、0.75m、0.6m，樁長21m～23m。此外，建設(shè)區(qū)域的C&D區(qū)400延米碼頭軌道梁工程施工中依然采用鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)形式，統(tǒng)一采取樁徑1m、樁長22m的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，總量124根。

2.旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的主要成因

2.1 樁孔孔壁塌落

導(dǎo)致樁孔孔壁塌落具體有以下五點(diǎn)：（1）雜填土層缺乏穩(wěn)定性，易導(dǎo)致孔口表層發(fā)生塌落現(xiàn)象；淤泥層失穩(wěn)現(xiàn)象明顯，主要受到提、放鉆具的影響，期間形成的抽吸作用將破壞土層穩(wěn)定性。（2）鋼筋籠下放過程中垂直度未得到合理的控制，導(dǎo)致其刮蹭孔壁，產(chǎn)生的砂土進(jìn)入孔內(nèi)，形成孔底沉渣。（3）成孔后未緊跟澆筑作業(yè)，期間間隔時(shí)間較長，導(dǎo)致預(yù)先拌制的泥漿離析，投入使用后無法有效加固孔壁。（4）孔口周邊受到較明顯的集中荷載作用，導(dǎo)致孔壁受壓而垮塌。（5）鉆孔環(huán)節(jié)鉆具的轉(zhuǎn)速過快，伴有較明顯的擾動(dòng)性影響，砂層液化明顯，存在不同程度的孔壁塌落現(xiàn)象。

2.2 泥漿沉淀

泥漿粘度不足，難以創(chuàng)造良好的懸浮效果，可見分層沉淀現(xiàn)象。在含砂率過高的情況下，該部分泥漿投入使用后將明顯增加孔底沉砂量。

2.3 鉆孔殘留

鉆具大范圍磨損或是發(fā)生變形，導(dǎo)致渣土泄漏，在孔底堆積后形成沉渣。加之鉆具結(jié)構(gòu)的不合理性，鉆齒存在間隙時(shí)也將出現(xiàn)渣土殘留現(xiàn)象。

2.4 清孔工藝

清孔環(huán)節(jié)涉及到水泵裝置，其功率明顯過大，提供的強(qiáng)水流具有顯著的沖刷作用，導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)并剝落。清孔工藝和鉆具與實(shí)際施工情況不適配，此時(shí)孔底沉渣難以被有效清理干凈。

2.5 測量誤差

施工人員綜合素質(zhì)偏低，例如在測量孔底沉渣厚度時(shí)難以保證所得結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)樁孔作出錯(cuò)誤的判斷，導(dǎo)致孔底大范圍的沉渣未得到有效的清理。

3.基于旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的控制

孔底沉渣厚度為旋挖樁施工質(zhì)量的重點(diǎn)影響因素，樁底強(qiáng)度和樁基沉降均與之息息相關(guān)，因此有必要加強(qiáng)對(duì)沉渣厚度的控制，確保其能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

第一，以孔口土層的實(shí)際情況為基本依據(jù)，適當(dāng)加大護(hù)筒埋設(shè)的深度，保證該裝置可穿過雜填土層?？變?nèi)水位需得到合理的控制，相比于地下水位而言高出部分至少應(yīng)達(dá)到1.5m。鉆進(jìn)速度約70cm/s，鑒于砂層穩(wěn)定性不足的特點(diǎn)，在該處鉆進(jìn)時(shí)需適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，避免砂層發(fā)生液化現(xiàn)象。在樁底處設(shè)置預(yù)埋注漿管，將樁基灌注作業(yè)落實(shí)到位后，再對(duì)樁底注漿，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的效果。

第二，混凝土初灌量應(yīng)得到合理的控制，以混凝土灌面為基準(zhǔn)，要求導(dǎo)管下口埋入的深度需達(dá)到0.8m或適當(dāng)增多，發(fā)揮出混凝土灌注期間的沖擊力作用，全面清除孔底沉渣。鋼筋籠下放以及鉆具提升或下降過程中均要合理控制垂直度，以免與孔壁發(fā)生碰撞，應(yīng)保證垂直度誤差在1%以內(nèi)。合理優(yōu)化鋼筋保護(hù)層墊塊的結(jié)構(gòu)形式，宜使用具有可轉(zhuǎn)動(dòng)特性的圓形墊塊，從而緩解與孔壁的碰撞問題。

第三，安排專員組織泥漿的配制和質(zhì)量檢查工作，清孔過程中需要將具體問題、處理方法、清孔次數(shù)等方面的信息記錄到位。泥漿比重為重點(diǎn)控制指標(biāo)，以1.13～1.18較為合適，具體需以實(shí)際地質(zhì)條件為重要依據(jù)，視工程實(shí)際在區(qū)間內(nèi)合理調(diào)整。此外，粘度應(yīng)穩(wěn)定在19Pa·s～21Pa·s，在此參數(shù)下的泥漿具有較強(qiáng)的護(hù)壁能力。配置泥漿分離機(jī)，利用該裝置有效分離大顆粒物質(zhì)，直至實(shí)測含砂率＜4%為止。

第四，鉆具的選型應(yīng)緊密結(jié)合現(xiàn)場地層條件，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際情況的檢查，避免轉(zhuǎn)動(dòng)底與固定底間隙過大的情況。清孔施工時(shí)所用水泵裝置的功率應(yīng)得到合理的控制，避免因水流作用而導(dǎo)致孔壁受嚴(yán)重的沖刷。清孔過程中，需適當(dāng)修整樁底巖面，保證其具有平整性，再利用撈砂平斗將孔內(nèi)堆積的沉渣撈出。正、反循環(huán)清孔工藝較為可行，但在實(shí)際應(yīng)用中需注重對(duì)泥漿參數(shù)的控制。

第五，為最大限度減少沉渣對(duì)成樁質(zhì)量所造成的不良影響，在澆筑混凝土前需再次檢查沉渣，保證其厚度被控制在許可范圍內(nèi)，否則需二次清孔。沉渣測量采取的是用測繩捆綁重鐵并下放的方式。

4.工藝試驗(yàn)

正式施工前需組織工藝性試驗(yàn)，施工直徑為0.8m、1.0m的樁各1根，前者所用泥漿的比重為1.10，泥漿粘度20Pa·s；后者施工所用泥漿的比重為1.10～1.15，泥漿粘度提升至20Pa·s～23Pa·s。根據(jù)實(shí)際施工效果評(píng)價(jià)清孔方法等各項(xiàng)工藝的合理性。

4.1 試樁施工分析

4.1.1 施工內(nèi)容

①直徑0.8m樁體的施工情況：按照上述所提的工藝參數(shù)組織施工，發(fā)現(xiàn)砂層冒泡，說明局部存在塌孔現(xiàn)象。鑒于此，通過摻入膨潤土的方式調(diào)節(jié)泥漿比重，使其達(dá)到1.13，冒泡現(xiàn)象消失。隨鉆孔作業(yè)的逐步推進(jìn)，到達(dá)23.6m的深度時(shí)，實(shí)測結(jié)果表明沉渣厚度約25cm，通過正循環(huán)清孔工藝處理沉渣，實(shí)測結(jié)果表明沉渣厚度縮減至4cm左右。鋼筋籠及導(dǎo)管有序下放，沉渣厚度達(dá)到12cm左右，通過對(duì)現(xiàn)場作業(yè)情況的分析，認(rèn)為與間隔時(shí)間過長有關(guān)，期間護(hù)壁由于未得到有效的防護(hù)而剝落，因此組織二次清孔作業(yè)。經(jīng)上述處理后，沉渣厚度＜5cm時(shí)可澆搗。

②直徑1.0m樁體的施工情況：按泥漿比重1.10、粘度20Pa·s施工，期間無異常現(xiàn)象，但深度達(dá)到22.8m后發(fā)現(xiàn)沉渣厚度明顯偏大（約20cm）。鑒于此，通過截齒鉆具工具清孔，實(shí)測厚度約10cm，再利用撈砂平斗清理孔底沉渣，可以發(fā)現(xiàn)厚度已下降至4cm內(nèi)。調(diào)整泥漿比重至1.10，并將粘度提高至23Pa·s，將預(yù)先預(yù)制成型鋼的鋼筋籠及導(dǎo)管安裝到位，經(jīng)再次測量后可知沉渣厚度在5cm以內(nèi)，滿足質(zhì)量要求，可組織混凝土澆筑作業(yè)。

4.1.2 試樁檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試樁施工后，于10d后組織抽芯檢測。所得結(jié)果表明：兩類樁體的芯樣均具有完整性，直徑0.8m的樁實(shí)測沉渣厚度為3.8cm，相比于直徑1.0m樁的2.0cm沉渣厚度而言相對(duì)更高，但總體來看均可滿足要求。

4.2 施工工藝對(duì)比分析

（1）正循環(huán)清孔：清孔時(shí)間較長（首次清孔長達(dá)1.5h），此過程中護(hù)壁由于受到浸泡而塌落。

（2）鉆具清孔：相比之下，清孔時(shí)間相對(duì)較短，孔壁塌落的概率較低。施工期間使用到截齒鉆具，利用該工具可有效處理孔底巖面，提高其平整性，但經(jīng)過清孔處理后必須做好泥漿比重和粘度的調(diào)整工作，否則易影響成樁質(zhì)量。

（3）鑒于砂層厚度較大的特點(diǎn)，若采用反循環(huán)清孔工藝，將存在明顯的水流抽吸作用，形成的負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)而塌落，因此并非可選方式。

通過對(duì)上述所提清孔工藝的分析，采用與直徑1.0m試驗(yàn)樁一致的工藝，制得鉆孔灌注樁。取6根樁展開靜載試驗(yàn)，實(shí)測結(jié)果表明沉降值為12mm～26mm不等。并選取25根樁，分別取芯樣并展開分析，可見芯樣完整且無夾渣現(xiàn)象，沉渣厚度均得到有效的控制，最大3.5cm，施工質(zhì)量滿足要求，表明成樁工藝具有可行性。

5.結(jié)束語

旋挖鉆孔灌注樁的應(yīng)用有助于提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性，給工程建設(shè)創(chuàng)設(shè)良好的條件。但孔底沉渣厚度必須得到有效的控制，否則易對(duì)施工質(zhì)量造成負(fù)面影響。工程實(shí)踐中，需從現(xiàn)場地質(zhì)條件出發(fā)，采取相適應(yīng)的處理措施，減小沉渣厚度，提高成樁質(zhì)量。