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浅谈穿越深厚游泥层大直径钻孔灌注桩施工技术

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：董建

[导读] 摘要：随着城市化的进一步发展，大直径钻孔灌注桩的应用越来越广泛，特别是在东南沿海地区，由于普遍分布有较厚的淤泥及淤泥质土层，桩基础承载能力以嵌岩端承为主，大直径灌注桩桩身截面面积大，更能发挥其承能力，且单桩承载力高，可以减少桩基数量，一定程度上降低工程造价，具有广阔的发展前景。

        温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司建设分公司浙江温州 325000
        摘要：随着城市化的进一步发展，大直径钻孔灌注桩的应用越来越广泛，特别是在东南沿海地区，由于普遍分布有较厚的淤泥及淤泥质土层，桩基础承载能力以嵌岩端承为主，大直径灌注桩桩身截面面积大，更能发挥其承能力，且单桩承载力高，可以减少桩基数量，一定程度上降低工程造价，具有广阔的发展前景。
        关键词：温州市域铁路；深厚游泥层；大直径；钻孔灌注桩
        1、序言
        我国东南沿海地区地质分布复杂，尤其是淤泥层分布广泛且厚度较大，大直径钻孔灌注柱施工时容易发生塌孔、缩颈等一系列质量问题，通过研究、总结出适用于深厚淤泥层的大直径钻孔灌注桩施工技术，根据温州市域铁路S2线一期工程土建SG3标段项目，对深厚淤泥层中大直径灌注桩施工技术与控制要点进行研究与探讨。
        2、工程概况
        温州市域铁路S2线一期工程土建SG3标段地处温州地区乐清市，设计全长5913m，为万岙站(含)～翁垟北站(含)DK34+675～DK40+588，共包括三个车站和两段区间桥梁。桩基础采用钻孔灌注桩基础，钻孔桩桩径采用0.6、0.8、1.0m、1.2m、1.25m、1.5m、2m七种桩径，桩基总量1757根，其中桩径1.5m、2.0m最深设计桩长达105m。
        3、基本原理
        3.1孔壁稳定静力分析
        大直径钻孔灌注柱成孔施工过程中，为了避免塌孔，使孔内保持一定径向压力以控制最大剪切应力，钻孔过程采用泥浆进行护壁。由此可见，泥浆的静水压力总体上缓解了各个剪切面上的最大剪应力，进而可以减少钻孔过程中的塌孔现象，而泥浆的静水压力主要通过调整泥浆比重来控制。
        3.2孔壁稳定动力分析
        大直径钻孔灌注桩成孔施工过程中，孔壁受到的剪切应力，随着泥浆粘度的增加而增大，随钻头钻进速率的增加而增大，在选用特定泥浆参数的情况下，应尽量降低钻头的钻进速率。
        3.3清渣理论分析
        受泥浆泵功率限制，排浆流量为一固定值，随着桩孔直径的增加，孔内泥浆流速逐渐降低，当泥浆流速降低至沙粒启动流速UC以下时，孔底沉渣将无法清出。此时，可采用用反循环法抽渣，由于出浆管直径d远小于桩孔直径，可有效增加泥浆流速。
        4.施工工序及方法
        4.1施工工序
        钻孔桩的主要施工工序包括施工准备、护筒埋设、泥浆制作、钻机就位、钻孔、清孔、钢筋笼制作与安装、下导管、灌注水下砼及护筒拆除等。
        4.2施工方法
        4.2.1桩位测放
        根据设计移交的测量控制点，采用全站仪运用极座标的方法放出桩位，插入30~40cm直径φ12钢筋作为桩位标记，并在其上面涂上醒目的红油漆或红色胶带。
        4.2.2护筒埋设
        泥浆护壁成孔时，需采用孔口护筒，护简埋设应符合下列规定：①护筒埋设应准确牢固，护筒中心与桩位中心的偏差不应大于50mm。②护筒用4-8mm钢板制作，内径大于钻头直径200mm以上,上部开设1个溢浆孔。③护筒埋设深度不小于1.5m,高度应满足孔内泥浆面高度的要求。
        4.2.3泥浆制备
        在钻孔桩施工中，主要利用泥浆护壁及排渣作用，另外泥浆也起到冷却钻机的作用。在钻桩施工初期，会出现泥浆量不够的现象，此时可在钻孔中加入优质粘土以造浆，随后即可重复使用回流到泥浆池中的经过沉淀处理的优质泥浆。
        基浆采用以蒙脱石为主要矿物质的膨润土作为泥浆制作的原料，施工用水取河水，按照水：膨润土：NA2CO3=300：18.2：1(质量比)制成。膨润土和水在自然状态下不能混合成泥浆，必须通过高速搅拌机高速搅动才能形成泥浆胶体。新浆选用分子量为1200万的非速溶水解型PAM为原料制作，按PAM：NAOH：H2O=10：1.0：612(质量比)水解成PHP溶液。泥浆比重控制在1.1～1.3范围，试验泥浆的全部性能指标，并在钻进中定期检验泥浆比重、粘度、含砂率、胶体率等，填写泥浆试验记录表。泥浆循环使用，废弃泥浆采用汽车运输至弃浆场。
        4.2.4成孔
        准备工作就绪后，将桩机就位，桩机就位后要对桩机机架和底盘进行垂直度及水平度检查，确保机架的垂直度，在开孔阶段应特别注意；孔壁和护筒的稳定，先投足够的粘土或较浓泥浆用低钻速控制进尺，为达到泥浆的护壁及出渣作用，应严格控制好泥浆的质量，泥浆的比重控制在1.1-1.4之间。
        4.2.5清孔
        据地质报告描述，地层中多以淤泥层、砂性土、残积土、卵石、强风化泥灰岩为主，部分地区存在中风化层。岩层含砂率高达14%~18%,施工孔深50m~80m,孔底清渣难度大。在桩底清孔前对泥浆比重进行调配，泥浆比重控制在1.15-1.25之间，含砂率≤8%:粘度≤28S。反循环清孔开始前，先用正、反循环对桩底沉渣进行扰动，使积聚在一起的沉渣变为散状的颗粒，这样孔底沉渣容易排出。

                                      图1 改进后捞勺检测砼面示意图
        4.2.6钢筋笼制作及吊装
        钢筋笼使用吊车进行吊装就位，吊装时要注意钢筋笼配筋的方向性，通过设置适当数量的吊点等办法防止钢筋笼发生变形，钢筋笼缓慢下放到孔中设计深度后，在孔口护筒和钢筋笼上用4根φ20钢筋焊接固定，为保证钢筋笼的混凝土保护层达到设计要求，钢筋笼每隔2m设置7.5cm半径厚度3cm混凝土垫块4个，每间隔一圈，错开45度梅花型布置。
        4.2.7水下混凝土浇筑
        采用导管法灌注水下混凝土，导管底距孔底部约30~40cm。导管内吊放混凝土柱状塞头，开塞前储料斗应有足够的混凝土初存量才能剪塞，灌注前应检查孔底沉渣情况，灌注过程中埋管深度应控制在2~-4m的范围，浇注水下混凝土必须连续进行，并做好灌注记录。
        桩身砼浇注到接近桩顶（含超灌量）时，应随时测量顶部砼面标高，避免过多截桩或接桩，采用常规的测锤探测桩顶砼面方法，判断不准确。从测锤重量上和三个层（泥皮、浮浆及砼层）的比重考虑，测锤在泥皮、浮浆及砼层都有可能停留。因此对常规的测锤进行改进，在测锤底部增加两个捞勺，通过捞勺捞砼渣样，判断桩顶砼面。（具体施工方法详见图1）
        4.3施工注意事项
        ①大直径灌注桩施工之前，应根据地质勘察结果，掌握各个土层埋深情况及其岩土参数，并通过理论计算初步确定成孔泥浆的比重、粘度等参数指标。②在淤泥层中成孔，由于钻头受到的阻力小，应人为控制进尺，减小孔壁塌孔和缩颈风险。③同时施工的相邻两根桩之间的净距不宜小于5d。④钢筋笼长度超过24m时，宜分段制作，分段吊装，孔口对接。⑤浇筑混凝土前应采用反循环充分清渣，保证孔底沉渣厚度不大于50mm。
        5、施工检测
        本标段开累完成桩基1629根，桩基检测完成共计1520根，检测比例93.3％；截止目前1339根桩基进行声波投射法检测桩身完整性检测，其中一类桩基1325根占检测总数的99％，检测结果全部合格。经检验验证，本技术的应用较为成功。
        6、结束语
        采用本施工技术，可有效保证大直径灌注桩的成桩质量，为上部桥梁和车站主体结构安全提供可靠基础保障，在施工过程中，需注意根据不同的地质情况，合理的调整各项技术参数，有效针对深厚游泥层中大直径钻孔灌注施工。本项目采用车载反循环钻进工艺在温州市域铁路S2线大直径超深桩基施工中得到了充分的应用，取得了很好的经济效益与社会效益，成桩质量得到了充分保障，值得推广应用！
        参考文献
        [1]《高速铁路桥涵工程施工技术规程》.Q∕CR9603-2015.
        [2]《建筑桩基技术规范》.JGJ94-2008.