砂土互交特质地层钻孔灌注桩塌孔超径桩相邻孔技术处理措施

砂土互交特质地层钻孔灌注桩塌孔超径桩相邻孔技术处理措施

马 鹏

中冶地集团西北岩土工程有限公司， 陕西 西安 710119

摘 要：本文结合电子谷J区工程项目，针对砂土互交特质结构地层、地下水补给丰富以及饱和砂层胶结力弱等主要因素的影响情况，通过对现场钻孔灌注桩的施工方案的优化和技术整合，为解决现场局部桩孔施工过程中孔壁严重坍塌，桩孔超径，浇筑超方窜孔形成的混凝土夹层难以施钻成孔的情况提供可行、有效的技术处理措施，并为相类似项目提供施工经验和参考借鉴。

关键词：砂土互交层；孔壁坍塌；超方窜孔；泥浆护壁；冲击钻进成孔

1 概 述

电子谷J区项目的场地地貌单元属皂河一级阶地，项目场区东西长约85.0m，南北宽约225.0m，项目场地在勘探深度120.0m内的地层呈沙土互交状，实测场地地下水稳定水位埋深为2.20-7.10m，属潜水类型。其中主楼为高度147.40m超高层建筑，工程桩基设计为直径700mm、桩长40m的旋挖钻孔灌注桩，桩端桩侧（全长）复式注浆工艺。

项目在试桩施工阶段，基坑已开挖至-11.0m粉质粘土层，现场水位已降至该层场地标高下1.5m，采用设计的旋挖钻孔灌注桩施工方案实际可行，其成孔、钢筋笼吊放、砼浇筑等各作业环节均能平顺实施。然而在试桩经检测合格，基坑开挖至-15.15m后，现场水位降至基坑底标高下2.0m后，进行工程桩施工过程中，现场按试桩作业时采用的旋挖钻孔灌注桩施工，过程孔壁坍塌严重，孔底沉渣厚度不能满足设计要求，后续钢筋笼吊放不到位。结合现场实际情况和问题原因，经研究分析，采用泥浆护壁反循环钻进成孔，因其成孔质量可靠，护壁效果好，施工无噪音，无振动，设备简单，操作方便，费用较低的特点，同时反循环在真空泵抽吸力作用下，由泥浆池流入钻孔内的泥浆同钻头旋转时切削的钻渣混合，然后进入钻头的进渣口，经钻杆内腔，泥石泵和出浆控制筏排泄到沉淀池中净化再供使用的原理下，有效解决了孔壁坍塌和孔底沉渣厚度不达标的问题。可在后续已成桩孔灌注混凝土时发生超方，超方的混凝土已扩散到相邻桩位形成了混凝土夹层，从而影响邻桩桩孔无法正常施钻。

2 情况分析及可行性方案选定

2.1主要原因分析

项目所在区域地层在勘探深度120.0m内呈沙土互交状，场地不同部位其分布变化大，砂层砂质纯净但胶结力弱，地下水补给丰富，水头压力差变化影响，起初采用套筒跟进配合泥浆护壁旋挖钻进，在钻进过程中砂土变换部位和砂层孔壁坍塌，孔底沉渣过大，后续钢筋笼吊放不到位。后更改为泥浆护壁反循环钻进作业，孔壁坍塌和孔底沉渣的问题得到解决，但在真空泵抽吸力作用下砂层泥浆易塌落，进而在该层形成扩径、窜孔，后续混凝土浇筑时混凝土流入扩径、窜孔处，波及相邻桩位，最终致使邻近桩孔难以施钻。

2.2解决方案

针对已灌桩超径混凝土波及相邻桩位，用旋挖和回转反循环钻进无法窜透桩孔的情况，可采用泥浆护壁冲击钻进成孔。

3 方案实施

3.1拟采用钻孔设备、机具：

SDCJ-70冲击钻机和φ68扩刀空心锥

3.2泥浆护壁冲击钻进成孔工艺流程

现场粉土回填原钻进受阻桩孔至作业面--回填土自重密实5—7天--重新测放桩位--埋设孔口护筒--校正护筒--冲击钻吊装就位--钻头垂直对位--开孔--泥浆护壁钻进至设计深度--桩孔验收--进入下道工序。

3.3主要技术指标控制

（一）准备

1.用全站仪根据坐标精准测放桩位；

2.正确埋设套管位置，套管内径大于钻头100mm，套管与孔壁间用粘土填实，采用十字交叉法校正孔口护筒，确保套管中心与桩位中心重合；

3.钻机就位后，桩位中心、钻头中心、天轮滑车外沿必须保持三点一线；

4.开孔时采用低参数钻进，即短行程低频率，慢、稳、准操作；同时为保证一定的泥皮厚度，避免因冒进而造成塌孔，泥浆的比重保持在1.1-1.3。

（二）钻进成孔

桩孔设计直径为φ700mm，施工钻头直径φ680mm。钻进原理为：钻机卷扬机将钻头提升到一定高度，钻头蓄积一定量势能，然后在重力作用下自由下落、冲击破碎地层，每冲击一次，钻头在钢丝绳螺旋应力的作用下自主旋转一定角度形成圆形钻孔。由于钻头在提升、下落和冲击地层时均有小幅摆动，所以所成钻孔直径可以保证≧φ700mm。

（三）钻孔垂直度

1.超径砼以上孔段：

本场地地层为粉质粘土+中砂互层，其埋深与厚度虽在场地分布不均，但各层的自身结构较为均匀，且无其他杂质成分，对桩孔垂直度控制有利，只要按规程操作，垂直度可以保证在规范之内；

2.超灌砼段：

因每个超径桩超灌砼量不同，辐射范围不一，超方形成的砼体形状各异，因此，在冲击钻进至该段时，必须密切注意连接钻头的钢丝绳的摆动情况，观察钢绳是否居中及偏移趋势。若发现钢绳偏离护筒中心幅度过大须立即停钻，此时须向孔内回填2-3m毛石后在进行复钻，钻进中保持钢绳处于护筒中心。直到窜透混凝土层钻至桩底设计标高。

（四）孔底沉渣厚度

由于该钻进工艺使用空心钻头，钻头底部带有单向阀，因此孔底沉渣抽捞比较干净，可以保证其沉渣厚度在规范要求之内。

3.4预防措施

由于超方混凝土密实度、强度与回填土密实度、强度差异较大，冲击破碎所需冲击功及产生的振动效应也就差别很大，因此，确保冲击破碎超方混凝土时、混凝土以上孔段的孔壁稳定是处理该类孔成功与否的关键，否则极有可能带来次生事故，如：塌孔、埋钻。预防措施如下：

1.对已灌桩因超径、超方而无法用现工艺施钻到底的相邻桩孔，应及时用现场较纯净的黄色粉土回填，回填后自重密实时间不得少于5天；

2. 孔口必须埋设护筒，护筒长度不小于2米，保证孔口稳定，防孔口坍塌，保证钻机牢固安全；

3.自作业面开始即须用冲击钻进一种工艺一钻到底；

4.冲击钻进中须及时调整泥浆参数，适当加大泥浆粘度，提高护壁效果，防止破碎混凝土层时强烈震动造成上部护壁失效，产生坍塌而埋钻；

5.钻进过程中，发现孔内异常必须及时提钻。

4 实际效果总结

（1）拟定方案可行，实施的效果不仅能满足孔底沉渣厚度的设计要求，还能有效击穿局部混凝土形成的夹层，砂土变换部位和砂层成孔孔壁可靠，通孔无超径问题。

（2）技术措施有效防止了混凝土因超径、窜孔而超方浪费，并避免材料成本大幅增加。

（3）一次性顺利通过第三方检测单位对现场主楼部位工程桩成桩质量及相应设计参数的试验检测。

参考文献

1. 黄 玮 张 健 文 华. 下穿厚砂层的混凝土钻孔灌注桩施工关键技术研究[J].混凝土与水泥制品，2019.第3期3月 89-92；

2. 何德连. 在砂土地层中施工钻孔灌注桩常遇问题及解决办法[J].能源技术与管理，2008.第3期。