旋挖鉆機施工樁基礎施工質量控制

薛樺

（山西水利職業技術學院，山西 運城 044004）

1 基本情況

山西太祁高速公路晉祠高架橋部分下部結構基礎設計為直徑D=1.5m的鉆孔灌注樁，樁長為50m，鉆孔深度為55～60m不等。該場地屬沖積地段，河床地質土層主要為卵石層、粉細砂、亞黏土層。

2 施工準備

2.1 成孔方法選擇

通過對附近橋梁樁基施工情況的調查，根據本工程地質情況，工程質量及工期要求，并吸取前期沖孔鉆機進度慢，施工周期長，費用高的教訓，最后選擇靜態泥漿護壁旋挖成孔工藝。本工藝采用旋挖鉆機用鉆頭將孔內渣土直接取出，并同時加注提前制備的泥漿護壁。該成孔方法不僅成孔速度快，而且具有沉渣厚度小，泥皮薄、造價低等優點，是目前最為先進的成孔工藝。

2.2 泥漿循環系統的布置

施工場地設兩個泥漿池，容積不小于150m3，泥漿中廢棄部分要及時排放，沉淀物要及時清理。

2.3 護筒埋設

護筒有導正鉆斗，控制樁位、隔離地下水滲漏，防止孔口坍塌，抬高孔內靜壓水頭和固定鋼筋籠等作用。埋設護筒前先放出樁位點，過樁位中心點拉十字線在護筒外80～100cm處設控制樁，然后在樁位處用鉆頭邊刀挖一個比護筒外徑大20cm、深度比護筒略小30cm的圓坑。并在坑底填筑20cm的黏土，然后將護筒采用鋼絲繩對稱吊放進坑內，用水平尺（或吊線錘）校驗護筒豎直后，并保證護筒中心與樁位中心位移不能超出20mm，方可在護筒周圍回填最佳含水量的黏土，分層夯實且要防止護筒傾斜。

3 泥漿的制備

3.1 原料及配比

1）膨潤土：分為鈉質和鈣質兩種。鈉質費用較高，鈣質則較為適用，膨潤土泥漿具有相對密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、泥皮薄、穩定性強、固壁能力高、鉆具回轉阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優點。一般用量為水的8%即8kg膨潤土可摻100kg的水。對于黏質土地層，可降低到3%～5%。較差的膨潤土用量為水的12%左右。

2）CMC：全名為羧甲基纖維素。具有使地基土表面形成薄膜而使之強化和降低失水率的作用。摻入量為膨潤土的0.05%～0.1%。

3）FCL：又稱鐵鉻木質素磺酸鹽，為分散劑，可改善混雜有土粉砂、砼及鹽分等而使穩定液質的性能?？墒广@渣顆粒聚集而加速沉淀，既達到重復使用目的，又具有高質量性能。摻量為土的0.1%～0.3%。

4）碳酸鈉：又稱堿粉或純堿。它的作用可使pH值增大，使黏土顆粒進行分散，黏粒表面負電荷增加，為黏土吸收外界的正離子提供了條件，可增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩定性，降低失水率。摻入量為孔中泥漿的0.1%～0.4%。

5）PHP：它的作用是使泥漿中的鉆渣成為不分散的絮凝狀態，因而泥漿循環到井孔外泥漿池時易于被清除出去，從而使泥漿能保持不分散的低固相、低相對密度、低黏度的優良性能。摻用量為泥漿液的0.003%。

6）孔內有滲漏時，應摻鋸木屑為泥漿量的1%～2%；稻草末或水泥為泥漿量1.7%。各種摻加劑宜先制成小劑量溶劑，按循環周期均勻加入并及時測定泥漿指標，防止摻加劑過量。

3.2 泥漿的制備

3.2.1 調查地質及施工條件

（1）對地質柱狀圖的研究：a、是否有坍塌層；b、有無漏水層。

（2）地下水的調查；a、能否保證泥漿面高出地下水位2m以上；b、了解承壓水層潛流水和無水層及地下水流速；c、測定地下水鹽分及鈣離子的含量；d、pH值測定。

3.2.2 泥漿材料的選擇

（1）水的pH值為中性，鈣離子濃度小于等于100PPm，否則摻入分散劑。

（2）膨潤土由其產地不同而性能不同，應以經濟適用為主。易受陽離子感染時，選用鈣土為宜。

（3）CMC的選定，根據其土層、黏度越高防漏效果越好。

（4）根據膨潤土選定分散劑。泥水分離的泥漿，選用能夠減小泥漿凝膠強度及屈服值的分散劑。

（5）防漏劑的選定：一般認為防漏劑的粒徑相當于漏漿層土砂粒徑的10%～15%效果為最好。

3.2.3 泥漿黏度的選定

保持地層穩定的泥漿漏斗黏度（泥漿靜止工法）的選定值見表1。

表1 不同地基條件的泥漿系統及泥漿黏度

3.2.4 泥漿基本配合比的確定

（1）膨潤土及CMC的摻加濃度，由地層決定黏度，推出膨潤土及CMC的摻加濃度。

（2）分散劑的濃度，為使泥漿形成良好的泥皮而使用分散劑時對于泥漿濃度的減小可用膨潤土或CMC的摻加量調節。

（3）防漏劑的濃度。不同漏失規模條件下的防漏劑混合摻加濃度見表2。

表2 防漏劑的混合摻加濃度

若只有某一段漏漿可在進入該層后用黏土將該地層回填放置1-2h后可重新鉆孔。

3.2.5 泥漿配制實驗和修正

泥漿是各種材料特性的綜合產品，但它是否完全滿足施工條件和地層情況，還要在基本配合比的基礎上修正、調配。最后才能得到施工配合比。要泥漿的各種特性逐項試驗，它們是：a、穩定性檢驗；b、對泥皮形成性能的檢驗；c、對泥漿流對性的檢驗；d、對泥漿密度的檢驗。

3.2.6 制備泥漿的方法

攪拌機為高速回轉式攪拌機，攪拌時間為10～15min。膨潤土遇水混合后3h就有很大溶脹性，經過1d達完全溶脹，CMC應先用清水溶為1%～3%的溶液再摻入到泥漿里就會很容易混合在一起

3.2.7 制備泥漿的順序

水-膨潤土-CMC-分散劑-其他外加劑，由于CMC會妨礙膨潤的溶脹，所以要在膨潤土之后放入。

4 鉆孔

4.1 鉆機就位前準備工作檢查

鉆機就位前，應對鉆前的各項準備工作進行檢查，包括主要機具設備的檢查和維修，使鉆機按預定樁位就位，且使鉆機停在硬實地面，調整桅桿偏差，保證樁位移，傾斜度不超標，并在成孔中間不定期檢查調整。

4.2 泥漿制備

由于旋挖鉆機自身成孔工藝決定其造漿能力較差，故所用泥漿全部為提前12h預拌好的高級泥漿。根據該大橋的地質情況采用的配比為水：臌潤土：堿：CMC=1000：100：20：8 的比例，經攪漿桶攪拌一定的時間攪制而成，并隨時根據地層情況做出適當的調整，泥漿性能指標符合下列要求：比重1.03～1.15，漏斗黏度 18～22s，含砂率小于 3%～5%，膠體率大于98%。隨著施工量的增加要及時對泥漿進行添制、凈化、保證成孔、成樁的質量。該泥漿具有相對密度低、黏度好、含砂量少、失水率小、泥皮簿、固壁能力強、穩定性好，鉆具回轉阻力小，鉆進效率高的特點。

開始前先在護筒加入適量的泥漿以保證孔內水頭壓力，即漿面最少高出地下水位2m以上，隨著鉆進深度的增加及時補充泥漿，保證孔內水頭壓力，防止坍孔。

4.3 鉆進技術要求

鉆進時應根據土層情況掌握鉆進速度：

1）一般在黏土層采用泥鉆，每鉆進尺在50cm左右。

2）在松散砂礫、砂層采用砂鉆，每鉆進尺在40cm左右。

3）在密實度較大的砂、卵石層宜先用巖石鉆將密實的地層攪松，避免直接用泥鉆、砂鉆時損壞機具，對于無水或水位較低的干孔部位，可采用螺旋鉆成孔，可大大提高成孔效率，并可提高工效，然后將松散的砂、卵石用砂鉆提出。

4）成孔中若遇見卵石層或松散層時應注意漏漿情況，必要時，可在漏漿部位回填黏土，堵漏或在泥漿中增加防漏劑，避免泥漿流失，引起塌孔事故。

5）因鉆機結構及性能決定鉆斗鉆進時，鉆斗要上下往復作業。如果護壁泥漿管理不善就可能發生塌孔事故。

6）嚴格控制鉆斗在孔內升降速度，因為如果快速地上下移動鉆斗，那么水流將以較快速度由鉆斗外側和孔壁之間的空隙流過，導致沖涮孔壁，有時還會在上提鉆斗時，在其下方產生負壓，而導致孔壁坍塌，所以按孔徑大小及土質情況來調整鉆斗的升降速度。鉆斗升降速度空斗升降速度見表3。

表3 鉆斗升降速度及空斗升降速度

5 檢孔

1）鉆孔中，須用檢孔器檢孔，檢孔器用鋼筋籠做成，其外徑等于設計孔徑，長度等于孔徑的4～6倍。每鉆進10m，接近通過易宿孔土層，（軟土、軟塑土層、低液限黏土等）或更換鉆斗前都必須檢孔。不可用加重壓沖擊或強撞檢孔器等方法檢孔。

2）當檢孔器不能沉到原來鉆達的深度或大繩（拉緊時）的位置偏移護筒中心時，應考慮可能發生了彎孔、斜孔或縮孔等情況，如不嚴重時可調整鉆機位置或鉆具繼續鉆孔。鉆進達到設計標高經檢驗合格后即可終孔。

6 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠長度52m，重量約7t，節段之間為直螺紋連接，鋼筋籠在車間胎模上分節制造，并進行預拼編號，然后根據編號順序調至孔內安裝。

7 灌注水下砼

1）導管吊裝前進行試拼，檢查接口連接是否嚴密牢固，若接口膠墊有破損，更換后使用。同時檢查拼裝后的垂直情況，根據樁孔的總長，確定導管的拼裝長度。使用前，進行過球、水密及承壓試驗，試驗時的水壓，大于井孔內水深至少1.5倍的壓力。吊裝時，導管位于井孔中央，并在灌注前進行升降試驗。

2）復測孔底標高，檢查沉渣的厚度，判斷是否達到設計要求及滿足灌注要求。滿足要求后，方灌注砼。

3）在導管上端連接砼漏斗，其容量必須滿足儲存首批砼數量的要求。開始灌注時，在漏斗下口設置砂袋，當漏斗箱內儲足首批灌注的砼數量時，剪斷吊住砂袋的鐵絲，使砼猝然落下，迅速落至孔底并把導管裹住。灌注砼時確保有足夠的砼儲備量，以保證樁基砼澆筑的連續性及樁基的施工質量。

4）砼的灌注連續進行，有短時間停歇時，經常起動導管，使砼保持足夠的流動性。灌注過程中邊灌注邊提升導管和邊拆除上一節導管，使砼經常處于流動狀態，盡可能縮短拆除導管的間隔時間。當導管底埋置于砼的深度達3m左右，或導管中砼落不下去時，開始將導管提升。提升速度不能過快，提升后導管的埋深不小于2m且不大于6m。根據砼的澆筑情況和埋管深度逐節拆除導管。提升導管要保持導管垂直及居中，不能傾斜以免牽動鋼筋骨架。

5）為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上應加灌一定高度以便灌注結束后將此段砼清除，增加的高度為0.5m～1.0m。

8 結束語

該大橋樁基礎采用旋挖鉆機施工，不但保證了成樁質量（所有樁基檢測均為I類樁），并且為上部結構施工贏得了寶貴的時間，（每根樁的成樁時間平均在42h左右），取得了一定的經濟效益，得到了業主、監理的高度評價。同時為以后同類型地質條件的樁基施工提供了寶貴的經驗。