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下穿厚砂层钻孔灌注桩施工方法比选分析

发表时间：2021/6/1 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赵雪芹

[导读] 摘要：钻孔灌注桩在厚砂层施工过程中，常伴随着塌孔、钻孔倾斜、卡钻等问题。

        四川旅游学院四川成都 610100
        摘要：钻孔灌注桩在厚砂层施工过程中，常伴随着塌孔、钻孔倾斜、卡钻等问题。针对上述问题，从钻孔灌注桩的施工特点出发，结合昆明火车南站桩基工程实例，通过对三种不同的施工方法进行比选分析，选择出最优的施工方法，可为相似工程提供参考。
        引言
        厚砂层在我国分布广泛，是土木工程常见的复杂地层。厚砂层中钻孔灌注桩的施工工序繁杂，技术含量高，影响因素多。在施工过程中，容易出现桩位偏差大、塌孔、孔底沉渣多、钢筋笼上浮、桩体混凝土离析、断桩、埋钻、夹泥等质量问题，这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，不能完全通过事后检查来判断存在的问题。因此，研究解决钻孔灌注桩在巨厚砂层中施工方法显得十分必要。
        1工程概况
        新建昆明南站为特大型车站建筑，位于昆明市呈贡县吴家营片区，基础形式采用桩基础，地基基础设计等级为甲级，建筑桩基安全等级为一级。桩型为钻孔灌注桩，并采用后压浆技术。桩径为1000mm和1200mm，桩端持力层为（10）9-4（细砂层）、（15）1-2（角砾岩）和（10）5-4（粉质粘土）、（15）3-1玄武岩等。地下水类型主要有第四系孔隙潜水、基岩裂系水及岩溶水。第四系孔隙潜水：主要分部于测区低洼地带第四系松散层中，根据勘测成果，地下水埋深0.4~24.9m，标高1913.69~1936m，主要由白龙寺泉水及大气降水补给，水量较稳定，受季节变化影响不大，水质对混凝土无侵蚀性。
        2 施工方法的比选
        从地质勘探结果看，部分钻孔灌注桩将在砂层内施工。砂层内施工灌注桩时传统泥浆护壁效果不如在黏土层中好。并且桩身较高，单桩施工过程时间较长，容易造成坍孔现象。因此，需要制定适用于厚砂层中的施工方法。
        2.1 钻孔灌注桩浅护筒方案
        根据块石障碍物埋深、规格情况看，结合以往施工经验，若在土质较好的黏土层中采用浅护筒进行反复磨钻，考虑障碍层厚度较薄、块石规格不大和黏土层护壁效果好等因素，可磨钻穿透障碍层，且不产生较高费用。但此处地质为全砂层夹杂坡脚抛石，如护筒埋深较浅，孔壁容易与白龙潭水串孔，且障碍物正好位于淤泥混砂的覆盖层中。若仍采用浅护筒进行长时间磨钻或改用冲抓工艺，极易在研磨障碍时因长时间扰动土体而发生坍孔、流砂，给后续施工带来困难，常规方法在此已不适用。
        2.2 钻孔灌注桩深护筒方案
        若采用常规的深护筒护壁，然后进行反复磨钻，也能钻透障碍层。但为了保证深护筒垂直度符合规范要求，需采用吊机配备振动锤进行护筒下沉工作，从而外护筒的壁厚也应增大为10mm左右，以确保护筒在承受较大激振力后不变形。具体方法如下：采用机械手振动下沉外护筒，随后进行清障施工，清障完成后，下沉内护筒（壁厚5mm）进行正式开钻。深护筒方案虽能解决与白龙潭水之间的串孔问题，护壁效果也较好，但采用此工艺施工的内护筒在灌注桩施工结束后无法回拔再利用，产生一定的钢护筒费用。因此，该方案虽技术上可行，但成本相对较高。
        3 施工方法优化
        通过对方案2和传统泥浆护壁方案的改进，可达到节约成本、施工快速、优质的效果。方法如下：先用大钻头引钻扩孔，边引孔边沉入钢护筒，护筒采用8mm厚钢板制作，护筒内径大于钻头直径200mm，长度2.0m，护筒上部开设300×300mm溢浆口一个，护筒顶部高出地面300mm，周围夯实；钢护筒下沉至障碍层后，开始磨钻清障工作；根据障碍层所在位置，并结合地质条件，护筒底部2～4 m范围内是最容易发生坍孔的区域，为此，在钻穿障碍层后，立即向孔内按一定比例投入黄泥进行充分搅拌，同时再将石膏和膨润土按一定比例搅匀后再和黄泥搅拌，形成厚浆，对底部危险区域进行护壁处理。但是传统的泥浆工艺大都使用原始泥浆护壁法，这种方法价格低，但是原始泥浆失水量大、易分离、沉渣不便清除、可靠性差、护壁性能不好，形成的泥皮较厚。所以考虑在原始泥浆中添加一些改性材料（黏性剂、减水剂、渗水防水剂等），使泥浆护壁的性状大为改善，而且形成的泥浆护壁较薄。通过方案优化，改良砂性地质，使护筒底与砂土间形成缓冲地带，避免钻机钻出护筒底部后遇松软砂层而出现坍孔的风险，解除护筒底危险区域因过度磨钻扰动土体后容易坍孔的威胁。静置完成后，再正式钻进成孔，进行灌注桩各道工序施工。因孔内柱状强化体直径为1200mm，而灌注桩设计桩径为1000mm，正式开钻时将形成厚度为100mm，类似保护层的环状外圈，再适当增加泥浆浓度，将起到十分良好的护壁效果，保证了施工质量。

        图1 方案3钻孔操作示意图
        4方案实施
        由于该项目处于超厚砂层，采用浅护筒进行长时间磨钻或改用冲抓工艺，极易在研磨障碍时因长时间扰动土体而发生坍孔、流砂，给后续施工带来困难；采用深护筒方案施工的内护筒在灌注桩施工结束后无法回拔再利用，产生一定的钢护筒费用，技术上可行，成本相对较高；优化后的方案是在浅护筒和传统泥浆护壁方案上优化的一种方法，技术上可行，施工也较为容易，可节约一定的钢护筒费用，最终选定方案3作为本次复杂工况条件下钻孔灌注桩的施工方法。
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