非匀质砂层钻孔桩孔壁稳定性和施工技术探究

陈鸿康

（中冶建工集团有限公司，重庆 400084）

0 引言

在工程技术持续创新发展背景下，桩基施工同样面临各种复杂地质环境，受到各种不利因素影响，为此需要进一步加强钻孔桩相关施工工艺以及孔壁稳定性研究，结合具体桩基施工项目，综合分析钻孔桩施工技术，进一步提升桩基施工质量，提高桩基施工效率。工程施工中需要结合现场调查成果，综合分析泥浆护壁稳定性，总结非匀质砂层钻孔桩主要施工措施，促进相关施工技术不断优化发展。

1 工程概况

拟建鲁中数智物流与供应链及基础设施项目-道路工程-站前路沂河大桥项目工程中，率先进行施工勘察随后指导施工设计。拟建工程桥梁主要分布于沂源县南麻街道，沂河K6+853.28m—K7+019.32m 处，工程现场交通便捷、地理位置优越，属于良好工程建设场地，拟建工程分布位置如图1 所示。

图1 工程区域位置

结合设计单位相关技术参数，工程桥梁跨径设置以8 孔20m 混凝土预应力空心板桥为主，长度总和达到166m，基础按照桩基础施工，桩径设计为1.5m，单根柱标准承载力是4000kN，拟建工程基础状况如表1所示。

表1 拟建工程基础状况

在工程正式施工前，率先实施全面勘察任务，掌握工程现场岩土层分布、类型、工程特性和成因，准确评价地基土稳定性、均匀性和适应性。因为此次工程属于规划新建工程，场地分布于水流量较大河道内以及河堤两岸，按照设计单位的GPS 测放确定钻孔位置，根据标准规范和委托书标准要求实施优化布置，按照动探原位测试、标贯、取土试样等方式开展土工试验，联系工程现场地质特征，综合评价勘察现场地基。勘察勘探布点中总计设置27 个勘测点，将钻孔间距控制在17～23.25m，对应钻孔深度最大值为25.6m。原位测试从地表下层1m 开始，针对土层、砂层实施标准贯入试验，将间隔控制在1m，针对强风化岩石开展动力触探、触探测试以及标准贯入测试，主要以自动脱钩形式为主。勘探结束后针对下层风化石灰岩利用C20 混凝土实施全面回填，上层粗砂、碎石等部分利用级配砂石实施全面回填，顶面相距20cm 部位利用C20 混凝土实施合理回填。结合现场勘测和周边资料，现场地层结构主要是碎石、粗砂、杂填土以及风化岩石，厂区覆盖层厚度低于50m。场地土类型是中软土-中硬土。结合此次钻探和所采集地质资料，总结工程现场和周围区域没有全新断裂活动，没有液化土层，不会对工程稳定性产生任何影响[1]。

2 孔壁稳定性的提高与钻孔桩施工技术要点

2.1 工程方案

因为工程现场中风化岩石整体埋深较浅，整体厚度较大，桩基础被选为最佳的地基施工方案。此次工程主要以桩基础施工为主，桩径达到1.5m，单桩承载力较大。地层内中风化石灰岩拥有较高强度，均匀分布，可以充当桩端持力层，结合当地经验主要采取钻孔灌注桩施工方案。成桩可行性分析方面，因为工程现场地层主要通过碎石、粗砂、填土、强风化灰岩、粉质黏土以及中风化泥灰岩等部分组成，是易成孔段。对于坚硬度较高的中风化石灰岩需要联系地层结构和岩石强度对钻机装置进行合理选择，成孔中为预防孔壁坍塌，应该制定有效技术方案控制孔壁扰动、扩容、塌孔等问题。正式施工前，需要于工程现场开展全面试桩，辅助确定施工设备、技术工艺和单柱承载力等基础特征值，工程桩设计中参考桩基检测报告。因为现场分布于河道内，成孔环节注意不要随意排放泥浆，从最大程度上降低排放泥浆对附近环境不良影响。选择桩端持力层中，结合钻探资料分析中风化灰岩层较为稳定且厚度较大，拥有较高的力学强度，建议将中风化灰岩当成桩基持力层。钻孔灌注桩选择1500mm 直径，使桩端全断面深入持力层最少两倍桩径。此次工程中主要以嵌岩桩为主，需要结合桩端沉渣厚度对桩基沉降变形进行合理控制，建议通过清孔钻头实施清孔处理，清孔中持续置换泥浆，进一步缩减孔底沉渣厚度，并确保钻孔达到设计深度要求，开始混凝土灌注前，合理控制孔底沉渣厚度，不能超出50mm。桩基检测方面，在开始钻孔桩施工前需要开展试桩工作，基于此确定适合施工设备和施工工艺，利用静载试验判断单桩竖向抗压极限承载力。结束工程桩施工后继续实施桩基检测，通过静载试验技术判断单桩竖向抗压极限承载力，检测总和不能低于桩数1%，且不能低于3 个，通过低应变法和声波仪法确定桩身完整性，确保抽检数量大于桩数总和20%。

2.2 钻孔施工

在钻孔施工中需要先对工程场地进行全面平整压实，并在上方设置钢板，提升场地稳定性和坚硬度，埋设钢护筒，其中钢护筒直径和钻头直径比起来超出0.2m，钢护筒壁厚度达到12m，长度达到5m，针对建筑垃圾相关不良土质问题，应该设计长护筒跟进处理，在原有钢护筒基础上实施进一步接长，钢护筒顶层超出地面0.5m，使钢护筒中泥浆水头维持特定高度，构成高静水压力，使整个孔壁维持良好稳定性，初步固定埋设钢护筒后继续分层回填夯实。分别进行沉淀池以及泥浆池施工，扩大泥浆回流路径，促进钻渣全面沉淀，并对沉淀池内现存钻渣实施全面清除。组织专人负责泥浆配制，加强泥浆制备管理，确保泥浆材料达到各项指标要求。结束准备活动后，率先通过旋挖钻机实施低速钻入，钻孔中循环泥浆相对密度控制在1.06 以上，基础黏度在20～22Pa·s，胶体率大于95%，内部含砂率低于4%，同时进行反复扫孔，提升钻具顺畅性。初步钻透卵石层后，对泥浆相对密度进行合理调整，将密度控制在1.1 以上，胶体率大于1.1，含砂率小于2%，黏度控制在25～28Pa·s，使旋挖钻头缓速提升，将钻具提升速度控制在每秒5mm 以下，同时对泥浆进行密切监测，实时补充新泥浆，使钢护筒保持良好泥浆水头高度，预防提升速度过快产生负压，引发孔壁坍塌。在旋挖钻头脱离钢护筒后，缓缓移动旋挖机到施工范围，预防扰动钻孔，随后全面复核旋挖机钻入孔位，对桩位中心偏差进行合理控制，限制于20mm 以下。缓缓转移反循环钻机到旋挖机部位，调节钻头使其处于桩位中心，对机械水平度和钻杆垂直度进行仔细检测，缓缓旋转下放循环钻头，使下降速度控制在每秒5m 以下，使钻孔中泥浆维持良好流动性和均匀性，避免大量泥沙沉积影响泥浆重度。钻进环节对钻孔中泥浆水头高度以及钻机平整度进行细致观察，及时补充泥浆，砂土层内钻入中放缓速度，扩大泥浆稠度，预防塌孔、缩径以及孔斜等问题出现[2]。

2.3 钢筋笼制作安装

工程施工实践中需要做好钢筋笼预制工作，综合考虑砂层施工环境和施工条件，在工程前期联系实际应用需求合理选择钢筋笼材质，制作高质量钢筋笼，为工程后续施工打好基础。钢筋笼直径是2m，主要以分节制作为主，针对钢筋笼外侧缠绕箍筋，间距加密区是10cm，非加密区是20cm，钢筋笼中以2m 为间隔设置一道加劲环，并于环内设置内撑筋作为基础支撑。钢筋笼通过正反丝套筒实施连接，在连接施工中率先处理套筒，使其朝向长螺纹丝头一端，随后旋转套筒，两侧钢筋朝连接套中部靠拢，钻进至顶头，实现连接工作。钢筋笼安装主要以多点吊装和单点吊装为主，综合考虑现场施工条件选择恰当吊装方案，控制吊装速度。利用活动扳手连接螺纹套筒，接头部位按照错开截面35d长度进行对接，其中d 是钢筋笼主筋直径，相同截面中接头占总量1/2，在对接施工中通过型钢定位架针对下层钢筋笼实施安装固定，提升施工速度，其中直螺纹套筒连接如图2 所示。

图2 直螺纹套筒连接

2.4 二次清孔

因为钢筋笼下放、导管连接安装等施工耗时较长，从而使孔底形成新渣，为此需要继续实施二次清孔处理。联系现场地质条件实施气举反循环清孔，并借助泥浆水头压力使孔壁维持良好稳定性，对孔内泥浆液面高度进行合理控制，确保液面高度超出护筒口50cm。清孔中需要对泥浆灌入量进行合理控制，应该保证超出清孔排放量，在相关指标初步达标后即刻停止清孔。气举反循环清孔主要工艺流程如图3 所示。

图3 气举反循环清孔技术工艺流程

钻孔达标后按照现场地质环境实施清孔处理，通过旋挖机下放筒式钻头直到孔底，实施掏渣作业，在掏渣到终孔后空转钻头对空气散落松渣实施全面清除。清孔作业应该满足下列要求，孔内排除泥浆不存在2～3mm 颗粒，将泥浆比重控制在1.1 以下，含砂率控制在2%以下。开始混凝土浇筑前使孔底沉渣厚度控制在20cm 以下。结束清孔作业后进行全面检测，为保障精确度，合理选择专业电子检测装置，使其达到标准要求。检孔器制作中利用φ25mm 钢筋，保证相应刚度，预防产生施工变形问题，为减少施工变形问题，需要在制作施工中达到标准要求，尽量控制周壁突出现象，使孔壁维持完好状态，避免产生损伤，针对1.25m 桩径，应该按照1.23m 设计检孔器外径，对应有效段长度是3m。孔径检测中，将检孔器直接放入孔中，随后结束吊绳针对检孔器实施全面对中。孔内下放检孔器中，仅依托自身重量，减少外力因素影响，假如能够安稳下放到孔底，代表孔径达到桩基设计要求。检测孔径竖直度过程中，利用护筒顶层观测吊绳，判断护桩放样点中心的偏移程度，并对成孔后孔倾斜度进行准确计算。利用测锤法对具体孔深、孔底渣厚度实施准确检测，并在测锤中绑上测绳，依靠工作人员经验下放至孔底，随后对其深度进行准确测量，对比该数值和终孔数值，得到沉渣厚度数据[3]。

2.5 水下灌注混凝土

在对相关成孔施工质量进行检测后，如果达标便可以继续实施水下灌注混凝土，并保持在初凝时间内结束整桩灌注。经过综合计算第一批封底混凝土灌注总量应该超出7.49m3，初步开启储料斗底部后，通过容积超出8m3混凝土罐车实施连续灌注，通过测绳准确测量孔内混凝土顶层高度，随后对导管进行提升处理，逐节拆解，导管下放中合理控制下放深度，以埋入混凝土2～6m 深度为宜。因为此次工程涉及较大规模混凝土灌注量，为保障混凝土灌注工程顺利实施，需要对混凝土初凝时间进行严格控制，最少维持初15h 才能进行混凝土灌注施工。开始向桩混凝土灌注混凝土前，应该针对导管实施水密承压试验，确保无渗漏总体时长最少维持5min。开始首批混凝土灌注中，导管整体埋深应该控制在1m 以上，同时确保对导管底部间隙进行合理填充。结束钢筋笼安装任务后，继续检测孔底厚度，在达到标准规范后才能浇筑混凝土，如果不达标，应该继续实施清孔作业[4]。

3 结语

综上所述，在非匀质砂层施工中需要合理选用钻机设备，在保障施工速度和施工效率基础上，提高桩身垂直度，增强孔壁稳定性，促进整个工程施工工艺得到全面优化，保障工程施工质量。除此之外，需要加强孔壁受力状态分析，提高孔壁稳定性，研究工程技术要点，对相关孔位偏差、清孔、钢筋笼连接、混凝土灌注等工艺技术进行优化分析，为后续工程提供有效参考。