孫靜　李亞東

摘要：鉆孔灌注樁是目前國內(nèi)公路橋梁和房屋建筑等土木工程中應(yīng)用最為廣泛的樁基基礎(chǔ)類型之一。鉆孔灌注樁不僅可有效解決抗震、承載等問題，還具備施工噪音小、擠土效應(yīng)低等環(huán)境保護(hù)問題。隨著高層建筑的發(fā)展，建筑基礎(chǔ)和樁基深度顯著增加。灌注樁在進(jìn)入砂性土層時(shí)，其成孔和成樁質(zhì)量以及承載力都將受到砂的影響。本文則通過工程實(shí)踐所得，對砂性土中鉆孔灌注樁的施工難點(diǎn)進(jìn)行了分析，著重指出了泥漿系統(tǒng)在保證成孔和成樁質(zhì)量中的重要性，概要總結(jié)了相對應(yīng)的控制措施，可為今后類似樁基基礎(chǔ)的施工和驗(yàn)收提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；砂性土層；泥漿系統(tǒng)

引言

灌注樁是指通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等多種。其中，鉆孔灌注樁因其工藝特點(diǎn)，可不受樁徑和樁深的限制，適用于粘性土、粉土、砂土、填土、碎石類，以及地質(zhì)條件比較復(fù)雜、夾層多和風(fēng)化不均、軟硬變化較大的巖層，故廣泛應(yīng)用于高層、超高層的建筑物和重型構(gòu)筑物中。但由于地下施工的不可預(yù)計(jì)因素，加之鉆孔灌注樁的工序繁多，造成其質(zhì)量離散性相對較大，容易出現(xiàn)塌孔、縮孔、孔斜、沉渣過大以及斷樁、夾泥等等質(zhì)量問題，而這些問題之間往往存有很大的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，成孔質(zhì)量為首要關(guān)鍵。

數(shù)十年來，圍繞鉆孔灌注樁施工工藝改進(jìn)和質(zhì)量防范措施的研究較多，但對于超深鉆孔灌注樁方面尚無針對性的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成果，尤其在樁身進(jìn)入砂性土層時(shí)的施工方面沒有現(xiàn)行的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)可依。作者通過在某超高層建筑樁基工程中的親身實(shí)踐，以及與各位同仁的研究認(rèn)識(shí)到，采用泥漿護(hù)壁法成孔的超深鉆孔灌注樁（工藝流程如圖1所示），泥漿性能的好壞對于鉆進(jìn)成孔、清孔以及鋼筋籠下放等工序環(huán)節(jié)上均起著重要的影響作用。無論對于成孔質(zhì)量還是最終對樁的承載能力的發(fā)揮，泥漿質(zhì)量都是重要因素。

本文即以該超高層建筑的樁基工程實(shí)踐為案例，通過改進(jìn)泥漿循環(huán)系統(tǒng)、設(shè)置除砂設(shè)備和人工造漿等措施來調(diào)整控制泥漿比重、粘度指標(biāo)，從而有效保證了超深鉆孔灌注樁的一次成孔合格率和成樁質(zhì)量。該控制措施和工藝方法可對類似鉆孔灌注樁乃至地下連續(xù)墻施工提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1.施工工藝與風(fēng)險(xiǎn)

1.1工程概況

該超高層建筑位于市區(qū)繁華區(qū)域，為超高層摩天大樓。主樓高度達(dá)600多米，地上121層，地下5層，基礎(chǔ)埋深為30余米多。為降低對周邊環(huán)境的影響，工程樁基形式選用了造價(jià)較高但施工噪音小、擠土效應(yīng)低的鉆孔灌注樁，在民用超高層建筑中屬首次應(yīng)用。主樓樁基直徑1米，分為A、B兩種樁型，成孔深度分別達(dá)86米和82米，單樁承載力特征值均為10000KN。

根據(jù)巖土勘察報(bào)告顯示，工程場地地基土在150m深度范圍內(nèi)的土層主要由飽和粘性土、粉性土和砂土組成，自第⑦層起進(jìn)入砂性土層，其中第③層粉質(zhì)粘土層缺失，第⑦層和第⑨層為承壓含水層，相為連通。

1.2施工工藝

經(jīng)工程前期樁型試驗(yàn)，主樓鉆孔灌注樁采用了泵吸反循環(huán)施工工藝，即在上部粘土層（25米深度）采用正循環(huán)，而下部砂土層進(jìn)行泵吸反循環(huán)成孔。一清和二清均采用泵吸反循環(huán)的清孔方式。為了保證在砂層中鉆進(jìn)的穩(wěn)定性和樁孔垂直度，樁基施工機(jī)械為GPS-20型鉆機(jī)，具有底盤穩(wěn)、鉆桿剛度大和鉆頭切削能力強(qiáng)等特點(diǎn)。等泥漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，除按地方鉆孔灌注樁施工規(guī)程中要求的設(shè)置循環(huán)池、廢漿池等以外，特在施工現(xiàn)場安裝ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機(jī)），并采用專用膨潤土和外加劑進(jìn)行人工配制新漿，來適時(shí)調(diào)整和保證循環(huán)漿的性能。該工程主樓鉆孔灌注樁施工泥漿系統(tǒng)如圖3所示。

1.3質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

該工程主樓。鉆孔灌注樁成孔深度達(dá)80余米，樁徑1米，在民用建筑工程中實(shí)屬罕見，施工存在極大的難度，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也較多。主要如下：

（1）鉆進(jìn)困難。主樓鉆孔灌注樁樁端進(jìn)入⑨2層最多近10米，樁身在⑦層、⑨層兩個(gè)砂性土層中的總長度約60米，如此長的砂層鉆進(jìn)深度給施工帶了很大的難度。不僅單樁成孔時(shí)間增加，樁孔垂直度（該工程要求為1/150～1/300）的控制也較為困難。

（2）清孔難。由于在砂層中鉆進(jìn)成孔，成孔循環(huán)泥漿的含砂量非常大，極易影響和破壞循環(huán)泥漿的粘度，泥漿握裹力下降，細(xì)砂沉積，導(dǎo)致清孔非常難。而孔底沉渣控制是保證樁基承載力和沉降的重要指標(biāo)，故成為該工程施工質(zhì)量的一大風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，含砂量大，泥漿比重增加，其失水率也增加，泥皮則增厚，大大降低樁的側(cè)摩阻力。

（3）易縮徑或坍孔。鉆孔灌注樁鉆進(jìn)成孔時(shí)，若泥漿形成不了護(hù)壁泥膜或形成的泥皮粘附力差，易于脫落，孔壁的穩(wěn)定性差，則易產(chǎn)生塌孔或縮頸。而一旦縮徑或坍孔，都須進(jìn)行重新掃孔和清孔，輕則影響施工進(jìn)度，重則影響到工程質(zhì)量。對于該工程來說，較長深度含砂層的鉆進(jìn)，給孔壁穩(wěn)定性帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。

2.控制措施與標(biāo)準(zhǔn)

針對該超深樁基工程的特點(diǎn)及其風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合該地區(qū)以往鉆孔灌注樁施工的經(jīng)驗(yàn)和常見質(zhì)量問題，參建各方認(rèn)為，把成孔質(zhì)量一次合格作為成樁質(zhì)量控制的首要，而泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性則是保證成孔質(zhì)量的關(guān)鍵，故在泥漿系統(tǒng)設(shè)置和泥漿性能保證方面采取了一系列措施。主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

2.1人工造漿

為了使泥漿能有效的起到護(hù)壁作用，開孔時(shí)使用人造新漿，選用優(yōu)質(zhì)納基膨潤土拌制并靜置24小時(shí)后使用（新漿配合比如表1所示）。經(jīng)長時(shí)間循環(huán)使用，雖經(jīng)除砂處理，但泥漿性能遭到一定破壞，如泥漿粘度指標(biāo)降低，需適當(dāng)摻加新漿進(jìn)行調(diào)整；再如粘度指標(biāo)升高，可加入分散劑，經(jīng)處理后仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的必須廢棄。同時(shí)，必須根據(jù)不同的土層，合理調(diào)整泥漿的配合比。

2.2除砂處理

為了降低泥漿中的含砂量，保證泥漿的比重和粘度，該工程特選用ZX-250型泥漿凈化裝置（除砂機(jī)）對循環(huán)泥漿進(jìn)行除砂（如圖4所示）。除砂機(jī)除砂顆粒等級0.075m，處理能力達(dá)250m³/h。該工程主樓鉆孔灌注樁每孔含砂約70m³，平均每孔除砂約30方以上，除砂率達(dá)45%，除砂后的泥漿含砂率降至3%以下。

2.3性能檢測

在該工程試成孔階段，特進(jìn)行了泥漿試驗(yàn)，主要對新漿的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在成孔過程中、清孔完成時(shí)對出口泥漿和除砂前后的泥漿性能進(jìn)行測試，測試包括泥漿比重、粘度、含砂率。通過試成孔和成孔質(zhì)量檢測結(jié)果，并經(jīng)各方面專家評審，將該工程鉆孔灌注樁循環(huán)和清孔泥漿的性能指標(biāo)確定如表2所示：

施工過程中，施工單位和監(jiān)理單位嚴(yán)格按照工藝和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，對出江部位以及循環(huán)池的泥漿比重和粘度實(shí)施檢測，發(fā)現(xiàn)不符合指標(biāo)要求的及時(shí)加入新漿調(diào)配，并定期處理廢漿，保證泥漿循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

2.4沉渣控制

鉆孔灌注樁在鉆進(jìn)成孔、清孔以及混凝土澆筑前，砂均包裹和懸浮于在泥漿中。當(dāng)泥漿粘度降低，尤其在泥漿靜置時(shí)，沉積更快。經(jīng)理論分析，砂在泥漿中的沉積是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，與時(shí)間和環(huán)境狀態(tài)有關(guān)?，F(xiàn)場實(shí)測顯示，在泥漿靜置狀態(tài)下，未經(jīng)循環(huán)除砂過濾，一小時(shí)后的孔底沉渣為50cm，兩小時(shí)后可達(dá)到1.5m。因此，為了減少沉積，應(yīng)同時(shí)保證泥漿的性能和正常進(jìn)出循環(huán)?，F(xiàn)場做好每一道工序的組織和搭接，開孔后保持正常連續(xù)施工，尤其在在一清和二清之后，盡快進(jìn)入和完成下一道工序，切忌發(fā)生較長時(shí)間的停頓。否則，必須進(jìn)行重新清孔，將沉渣清除出孔底。

2.5樁端注漿

為了進(jìn)一步保證單樁承載力，控制沉降，該工程主樓樁實(shí)行樁端后注漿施工，即在成樁兩天且超聲波檢測后（注漿管與檢測管共用）進(jìn)行壓降施工。設(shè)計(jì)注漿量為4T水泥/根樁，注漿水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.55～0.6。樁端注漿終止標(biāo)準(zhǔn)采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，終止注漿條件為：注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或者壓力大于3MPa并持荷2分鐘且注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%。通過注漿，進(jìn)一步消除孔底沉渣的不利影響，且由于樁間距較小，壓力注漿引起一定程度的泛漿，可改善樁周土體質(zhì)量，提高樁側(cè)摩阻力，有利于提高樁基承載力。

3.成效分析與對比

通過制定針對性的預(yù)控措施，我們對該超高層建筑鉆孔灌注樁的施工風(fēng)險(xiǎn)有了較好的防范。施工過程中，參建各方切實(shí)加強(qiáng)了對泥漿系統(tǒng)的管理和實(shí)測監(jiān)控。經(jīng)過程工序驗(yàn)收以及最終樁基質(zhì)量驗(yàn)收表明，泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性和泥漿質(zhì)量可有效保證鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量，主要體現(xiàn)在幾下方面：

3.1一次成孔合格率

該工程主樓鉆孔灌注樁為955根，成孔質(zhì)量檢測比例100%，檢測項(xiàng)目包括有孔徑、孔深、垂直度以及沉渣厚度。經(jīng)第三方檢測，一次成孔合格率達(dá)到75%，此抽測比例和一次合格率在類似鉆孔灌注樁施工中均屬較高。

3.2樁孔垂直度

該工程主樓鉆孔灌注樁成孔垂直度要求為1/150～1/300，較規(guī)范規(guī)定的1/100相比要求較高。通過樁機(jī)選型、鉆速控制，較好的達(dá)到了預(yù)期效果。特別是在一次成孔合格的前提下，減少掃孔和擴(kuò)孔來達(dá)到垂直度要求的現(xiàn)象，措施和成效顯著。如圖5所示。

3.3孔徑和砼充盈系數(shù)

通過成孔質(zhì)量檢測和實(shí)際澆筑砼充盈系數(shù)計(jì)算，主樓鉆孔灌注樁孔徑偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的0～+50mm，大都分布在1050～1050mm范圍內(nèi)。砼充盈系數(shù)平均為1.12，均控制在1.25以內(nèi)。

3.4單樁承載力

經(jīng)由第三方檢測單位，對主樓11根試樁進(jìn)行抗壓靜載測試，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的26000ICN，樁頂沉降量最大值為49.12mm，平均41.27mm。卸載回彈后，樁頂最終沉降量最大值和平均值分別為17.57mm和14.73mm，回彈率最大者達(dá)75.3%。樁端累計(jì)沉降最大為1.53mm，平均約0.47mm。

4.結(jié)語

通過該超高層建筑主樓樁基工程的實(shí)踐，我們認(rèn)識(shí)到，對于進(jìn)入砂性土層中的鉆孔灌注樁施工，泥漿質(zhì)量受到砂的影響，成孔及成樁質(zhì)量存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。而泥漿系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能好壞是決定樁基質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，應(yīng)加強(qiáng)對泥漿系統(tǒng)的檢查與控制，包括泥漿池容量和分倉設(shè)計(jì)、新漿配制以及廢漿排放的及時(shí)性等等。成孔過程和清孔驗(yàn)收時(shí)，須做好泥漿性能檢測，控制泥漿比重和粘度，增強(qiáng)其對砂顆粒的握裹力。同時(shí)，由于超大直徑和超深鉆孔灌注樁的成孔時(shí)間較長，現(xiàn)場還應(yīng)組織好工序搭接，避免停鉆等待事件，從而減少泥漿中砂的沉積時(shí)間。除砂處理在保證泥漿性能方面發(fā)揮著重要作用，可以及時(shí)過濾掉循環(huán)漿中砂顆粒，有效改善了泥漿比重和粘度。樁端后注漿則大大降低了孔底沉渣過厚導(dǎo)致承載力下降的風(fēng)險(xiǎn)，控制了樁端和樁頂沉降。同時(shí)，由于翻漿效應(yīng)有效改善了樁側(cè)土體質(zhì)量，一定程度上提高了樁側(cè)摩阻力，提高了樁承載力。

本文對砂性土層鉆孔灌注樁施工所做的分析和總結(jié)，強(qiáng)調(diào)了泥漿系統(tǒng)對于在砂性土中鉆孔灌注樁施工的重要性，其中的質(zhì)量控制措施和方法，可為其他類似工程施工提供借鑒和參考。在工程施工和論文編寫的過程中，得到了項(xiàng)目建設(shè)單位在開展科研創(chuàng)新方面的大力支持，施工單位和檢測單位給予了配合與幫助，而整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)理團(tuán)隊(duì)辛勤工作，協(xié)作創(chuàng)新，取得了豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)成果，以此表示衷心的敬意和感謝。