摘 要：本文以京承高速公路三期工程為依托，分析地質(zhì)特征，從施工原理、施工流程、操作要點(diǎn)等施工工藝角度闡述了在砂卵石地層采用沖擊鉆孔成樁的施工技術(shù)，并取得顯著經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞：砂卵石地層 沖擊鉆 護(hù)筒 泥漿 鉆進(jìn) 成孔 灌注

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0049-02

要在有豐富的松散卵石的河床上進(jìn)行沖擊鉆孔灌注樁施工，不僅要保證施工質(zhì)量，而且要滿足工期的要求。當(dāng)卵石顆粒出現(xiàn)較大直徑時(shí)，旋挖鉆機(jī)和循環(huán)鉆機(jī)無法滿足鉆進(jìn)要求，所以采用沖擊鉆。受鉆具震動與撞擊等因素影響，極易出現(xiàn)塌孔，直接影響工期、成孔質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。所以必須開展技術(shù)研究，采取措施，解決問題。本文以京承高速公路（三期）潮河橋?yàn)槔?，淺析砂卵石地層鉆孔樁施工技術(shù)。

1 工程概況及地層特征

1.1 工程概況

潮河橋?yàn)榫┏懈咚俟罚ㄈ冢┕こ?，位于北京市密云縣東北方向，橫跨潮河，為斜60度簡支梁橋。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)長為11～19 m。樁徑分1.2 m和1.8 m兩種。

1.2 地層特征

本橋位于兩個(gè)地貌單元，分別為剝蝕殘丘和潮河河谷，潮河河床內(nèi)現(xiàn)況無地表徑流。場地地層分布特征為：地表以下8～10 m范圍內(nèi)為砂卵石地層，成分以卵石夾雜漂石為主，漂石粒徑為50～60 cm，由于河床遭遇嚴(yán)重盜采和盜采后的填埋，缺少細(xì)小顆粒；砂卵石以下為巖石，本橋樁基均為嵌巖樁，要求樁底進(jìn)入弱風(fēng)化巖2 m。由此可見：覆蓋層松散易鉆，但孔壁穩(wěn)定性差，常出現(xiàn)塌孔、超徑等等問題，對泥漿性能要求較高，需控制進(jìn)尺；下層巖石堅(jiān)硬，沖擊過程產(chǎn)生劇烈振動，易造成上層卵石層失穩(wěn)。

2 施工工藝

2.1 工藝原理及特點(diǎn)

為避免護(hù)筒下及周邊卵石的穩(wěn)定埋，通過鋪設(shè)混凝土及注漿等方法，有效的連接卵石和護(hù)筒，填充空隙，固定上層松軟層，硬化深層松散卵石，并對護(hù)筒周圍進(jìn)行加固，防止因振動和機(jī)械等重物的壓力引起坍孔。

本工藝具有以下特點(diǎn)。

（1）注漿固化土體埋設(shè)護(hù)筒，避免護(hù)筒根部及周邊坍孔。

（2）保證了鉆機(jī)的穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)偏位，減少了糾偏的幾率，從而縮短了成孔時(shí)間。

（3）在護(hù)筒和卵石層之間鋪一層混凝土，起到了很好的連接作用，保證了護(hù)筒的穩(wěn)定，解決了護(hù)筒下卵石的不穩(wěn)定問題。

2.2 施工工藝流程

鉆孔灌注樁的施工，因其所選護(hù)壁形成的不同，有泥漿護(hù)壁方式法和全套管施工法兩種，但在施工中常用的是泥漿護(hù)壁方法。

該施工工藝流程是：挖基坑并底層鋪筑混凝土→埋設(shè)護(hù)筒進(jìn)行注漿→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)施工→清孔→水下混凝土灌注。

2.3 施工操作要點(diǎn)

2.3.1 挖基坑并底層鋪筑混凝土

基坑的大小根據(jù)樁徑確定，基坑的直徑較護(hù)筒大1 m，便于發(fā)揮混凝土對松散地層的凝結(jié)作用。鋪筑混凝土工藝流程圖如圖1所示，鋪筑混凝土剖面圖如圖2所示。

為了達(dá)到良好的效果，避免鉆孔過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，提高成孔機(jī)率，施工時(shí)注意以下事項(xiàng)。

（1）混凝土的強(qiáng)度：根據(jù)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和條件，當(dāng)開始鉆進(jìn)時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到10 MPa。

（2）混凝土的坍落度：較一般普通混凝土減少25%～30%粗骨料，能夠滲透到下層卵石中。

（3）挖基坑的過程中，基坑底不要被擾動，用人工清理。

2.3.2 埋設(shè)護(hù)筒進(jìn)行注漿

（1）埋設(shè)注漿管。

由于砂卵石松散，在鉆頭進(jìn)入到巖石層后，振動很大，一層混凝土很難達(dá)到理想效果，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對松散砂卵石的固結(jié)作用，在埋設(shè)好的護(hù)筒四周進(jìn)行注漿，注漿管長度依據(jù)卵石層的松散厚度而定，一般比護(hù)筒長0.5 m，布置如圖3所示。

（2）注漿。

注漿材料為普通硅酸鹽水泥P.O.32.5，摻加10%～25%的粉煤灰，水灰比1∶1。

注漿管采用Φ32 mm，L=2.5～3.0 m，壁厚3.25 mm的無縫鋼管。前端加工成錐形，以便插打。前端1 m范圍內(nèi)鉆Ф8～10 mm溢漿孔，呈梅花形布置（防止注漿出現(xiàn)死角），間距20 cm，尾部1.5 m范圍內(nèi)不鉆孔防止漏漿，末端焊Ф6環(huán)形箍筋，以防打設(shè)注漿管時(shí)端部開裂。

注漿量計(jì)算：

Q=πR2×h×n×α×（1+β）

式中：Q為注漿量（m3）；

R為擴(kuò)散半徑；

H為注漿段長；

N為地層空隙率；

α為地層填充率；

β為損失率。

2.3.3 鉆機(jī)就位

施工過程中，使用3臺CZ-8型沖擊鉆，6個(gè)鋼護(hù)筒，循環(huán)使用。

安裝鉆孔機(jī)的基礎(chǔ)如果不穩(wěn)定，施工中易產(chǎn)生鉆孔機(jī)傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩(wěn)固。對地層較軟和有坡度的地基，用推土機(jī)推平，在墊上鋼板或枕木加固。

為防止樁位不準(zhǔn)，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鉆孔機(jī)，對有鉆塔的鉆孔機(jī)，先利用鉆機(jī)的動力與附近的地籠配合，將鉆桿移動大致定位，再用千斤頂將機(jī)架頂起，準(zhǔn)確定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護(hù)筒中心在一垂線上，以保證鉆機(jī)的垂直度。鉆機(jī)位置的偏差不大于2 cm。對準(zhǔn)樁位后，用枕木墊平鉆機(jī)橫梁，并在塔頂對稱于鉆機(jī)軸線上拉上纜風(fēng)繩。

2.3.4 鉆進(jìn)施工

（1）泥漿護(hù)壁作用與配制。

泥漿的護(hù)壁機(jī)理主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：隔水膜的形成及泥漿液態(tài)靜壓力。隔水膜的形成要求土層具有一定的滲透性，否則，很難在孔壁形成隔水膜。泥漿在液壓作用下浸入土層，在一定范圍內(nèi)，泥漿凝膠體黏附在土顆粒上，固定了土顆粒的相對位置，在孔壁周圍（0～2 m）形成較穩(wěn)定的土層，使土層抗剪強(qiáng)度增加，從而維持了孔壁的穩(wěn)定。泥漿的繼續(xù)滲透使泥漿中的土顆粒逐漸填補(bǔ)了孔壁土層的空隙，從而堵塞水道，在孔壁形成泥皮即隔水膜。泥漿的液態(tài)靜壓力可以有效地作用在孔壁上，且減少了滲透性，保持了孔壁的穩(wěn)定。泥漿的液態(tài)靜壓力可以抵抗作用在孔壁上的土壓力和水壓力，并防止地下水的滲入。由此可見：泥漿具有穩(wěn)定護(hù)壁作用，首先表現(xiàn)為泥漿靜水壓力作用，對地下水產(chǎn)生超壓力，起穩(wěn)定平衡作用；其次表現(xiàn)為泥皮作用，泥漿在孔壁上形成不透水泥皮薄膜，阻止泥漿滲透至周圍土中或者地下水侵入孔內(nèi)與泥漿混合，促進(jìn)孔壁的穩(wěn)定。同時(shí)，泥漿具有抑制地層失穩(wěn)的作用，主要表現(xiàn)為泥漿的凝膠作用。

鉆孔泥漿由水、黏土（或膨潤土）和添加劑組成。泥漿原料宜盡可能使用膨潤土，膨潤土具有密度低、黏度大、含砂量和失水量少、泥漿厚度小、穩(wěn)定性強(qiáng)、固壁能力強(qiáng)、鉆具回旋阻力小、鉆進(jìn)率高、造漿能力大等優(yōu)點(diǎn)。為了提高泥漿性能，通常在制備泥漿時(shí)摻入少量的外加劑。外加劑一般有輕基纖維素（CMC）、鉻鐵木質(zhì)素磺酸鈉鹽（FcI）、硝基腐植酸鈉鹽（煤堿劑）和Na2Co3（純堿）。

不同類型的外加劑對鈉膨潤土泥漿濾失量的影響是不同的。根據(jù)試驗(yàn)配制，不同的摻和量具有不同的粘度，采用添加膨潤土泥漿護(hù)壁，并加入適當(dāng)?shù)募儔A。泥漿經(jīng)多次試配如表1所示。

本工程中采用了水：膨潤土：純堿=100∶5∶1的比例，施工效果比較理想。

（2）鉆孔。

鉆孔是一道關(guān)鍵工序，在施工中必須嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行，才能保證成孔質(zhì)量，首先要注意開孔質(zhì)量，為此必須對好中線及垂直度，并壓好護(hù)筒。在施工中要注意不斷添加泥漿和抽渣，還要隨時(shí)檢查成孔是否有偏斜現(xiàn)象。采用沖擊式或沖抓式鉆機(jī)施工時(shí)，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩(wěn)固。所以鉆好的孔應(yīng)及時(shí)清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鉆孔的順序也應(yīng)實(shí)事先規(guī)劃好，既要保證下一個(gè)樁孔的施工不影響上一個(gè)樁孔，又要使鉆機(jī)的移動距離不要過遠(yuǎn)和相互干擾。

2.3.5 清孔

鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關(guān)系到成裝置量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中密切觀測監(jiān)督外，在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后，對孔深、孔位、孔形、孔徑等進(jìn)行檢查。在終孔檢查完全符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，立即進(jìn)行孔底清理，避免隔時(shí)過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對于摩擦樁當(dāng)孔壁容易坍塌時(shí)，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm；當(dāng)孔壁不易坍塌時(shí)，不大于20 cm。對于柱樁，要求在射水或射風(fēng)前，沉渣厚度不大于5 cm。清孔方法是使用的鉆機(jī)不同而靈活應(yīng)用。通?？刹捎谜h(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)真空吸泥機(jī)以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機(jī)清孔，所需設(shè)備不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩(wěn)定土層中應(yīng)慎重使用。其原理就是用壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣吹入吸泥機(jī)管道內(nèi)將泥渣吹出。本工程采用掏渣筒清孔。

2.3.6 水下混凝土灌注

清完孔之后，就可將預(yù)制的鋼筋籠垂直吊放到孔內(nèi)，定位后要加以固定，然后用導(dǎo)管灌注混凝土，第一車混凝土灌注時(shí)，用較大漏斗，并用比導(dǎo)管直徑略小的皮球封底，保證樁底部質(zhì)量。

3 資源節(jié)約及效益

此工藝保證了樁基的成孔質(zhì)量，避免塌孔造成反復(fù)回填和鉆進(jìn)，只采用少量混凝土和水泥漿，避免了使用全護(hù)筒，降低了施工成本約200萬，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益；采用注漿加固，保證了鉆機(jī)的穩(wěn)定，減少了糾偏的機(jī)率，從而縮短了成孔時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，取得了很好的社會效益；只采用少量混凝土和水泥漿，把能源消耗降到最低，節(jié)能環(huán)保效果好。

4 質(zhì)量評述與結(jié)語

潮河橋鉆孔樁施工開始，6根樁鉆孔施工過程出現(xiàn)了兩次坍孔。針對此情況，充分分析原因，根據(jù)此工法施工，克服了孔壁坍塌現(xiàn)象，鉆孔樁灌注質(zhì)量得到有效控制。潮河橋鉆孔樁施工共計(jì)72根，經(jīng)北京市質(zhì)量監(jiān)督站對樁的完整性檢測均為Ⅰ類樁。

本研究很好的解決了在砂卵石地層沖擊鉆孔樁施工技術(shù)問題，為以后類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)，但必須在地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確的判斷地層結(jié)構(gòu)，才能決定具體的施工方法。

參考文獻(xiàn)

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