湖沼地质钻孔灌注桩施工
【摘要】湖沼地区地质不同，土体结构发育程度也会不同，常见湖沼相地质类型既有由第二硬土层和第
二、三砂层等桩基持力层分布，具有良好的桩基条件的地块；也有第二砂层大部分缺失且不稳定、第三砂层埋藏较深、桩基条件差的地块[1]。灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤压土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。而钻孔灌注桩基础作为深基础的一种，由于它具有适应性强、对邻近建筑物影响较小、抗震性能强、施工噪音小、无振动、所需设备简单、操作方便、施工安全等优点，在世界范围内得到了广泛的应用。本文以上海轨道交通17号线工程桩基施工时所采用的钻孔灌注桩技术为依据，探讨研究其施工工艺流程、操作要点和相应的工艺标准以及浅谈施工前的各项准备和施工过程中的质量控制。
【关键词】钻孔灌注桩；施工工艺；湖沼地质
1背景和意义
1.1背景
随着国民经济的快速发展，高架桥梁已得到了普遍的发展。桩基结构的质量关乎到整个工程的实体质量。地质条件状况对桩基的钻进成孔以及浇筑混凝土成桩有重要影响，如何在地质条件不好的情况下，控制各阶段的施工质量？上海市轨道交通17号线工程是城市轨道网络中的由中心城向西部青浦新城辐射的放射线。线路起点东方绿舟站，终点虹桥火车站站，全长约35.3km，其中高架段约18.3km，过渡段约0.9km，地下段约16.1km，主要位于青浦区境内。青浦区地质一般由6～8个工程地质层组成，岩性以黏性土为主分布不稳定。第二砂层大部分缺失且不稳定，第三砂层埋藏较深，桩基条件较差。地表易产生不均匀沉降问题。[1]结合青浦地区的地质特点和施工过程，总结了在湖沼地质下钻孔灌注桩的施工技术经验。
钻孔灌注桩技术在我国得到广泛的应用，我国的钻孔灌注桩技术也取得了长足的进步。桩基成孔质量关乎钻孔灌注桩的成桩质量，而成孔质量又与施工位置的地质条件有很大关系。黏性土在钻孔灌注桩成孔过程中起到一个提高浆液黏度、保证泥浆密度的作用，过程中产生的泥皮能有很好的护壁作用，而湖沼地质黏性土层缺失、砂性土层较厚对钻孔灌注桩的成孔极其不利，容易在成孔过程中护壁不稳造成塌孔现象，在成孔后容易形成缩颈，沉渣过厚，对后序的钢筋笼下放，以及灌注桩的整体质量产生严重影响。因此，为了规避黏性土层缺失、砂性土层较厚造成的不利影响，在工艺的选择、机械的选用、材料的准备与使用、施工现场的泥浆池布置、施工质量控制这些方面都将采取必要的改进措施。因此，研究湖沼地质钻孔灌注桩的施工工艺具有重大意义。
2主要内容
本文主要研究：
⑴针对湖沼地质情况施工前的各项准备工作；
☪⑵湖沼地质下主要机械设备的选用及劳动力配置；
⑶湖沼地质钻孔桩基础施工工艺控制；
⑷湖沼地质钻孔灌注桩的施工难点与控制措施。
本设计以上海市轨道交通17号线所采用的钻孔灌注桩施工工艺为基础，探讨和浅述了湖沼地质钻孔灌注桩施工的重要过程。
3针对湖沼地质情况施工前的各项准备工作
3.1工程地质状况
本工程位于上海市区西郊，沿线地形开阔平坦，地面标高在4.87～3.15m，根据工程所处位置，按上海地貌单元分区图，拟建工程地质单元为湖沼地貌类型。
根据本工程的详勘报告，自西向东对地基土的分布特征进行描述，具体如下：
地基土分布特征：大部分区域位于古河道沉积区，④⑤层土层缺失，上部⑥层分布不稳定，下部⑦、⑧、⑨层较稳定。黏性土在钻孔灌注桩成孔过程中起到一个提高浆液黏度、保证泥浆密度的作用，过程中产生的泥皮能有很好的护壁作用，而④⑤层黏性土层缺失、⑥层砂质粉土层较厚对钻孔灌注桩的成孔极其不利，容易在成孔过程中护壁不稳造成塌孔现象，在成孔后容易形成缩颈、沉渣过厚、对后序的钢筋笼下放、以及灌注桩的整体质量产生严重影响。因此，为了规避④⑤层黏性土层缺失造成的不利影响，在工艺的选择、机械的选用、材料的准备与使用、施工现场的泥浆池布置、施工质量控制这些方面都将采取必要的改进措施。
3.2机械、材料的准备
湖沼地质情况，④⑤层黏性土层缺失，浆液黏度、泥浆密度无法得到保证，为了改善黏性土缺失对浆液造成的不利影响，施工前配备膨润土，当黏度有下降的趋势时，开始配制使用膨润土。必要时可在钻进前采用人工造浆。
⑥层砂质粉土层较厚，当钻孔深度达到砂层的时候，开始使用除砂器，一般在地下25～30m处开始使用除砂器。本工程准备黑旋风工程机械除砂器ZX-200用于泥浆循环中的除砂。
4湖沼地质下主要机械设备的选用
5钻孔桩基础施工
5.1泥浆循环
对于湖沼地质黏性土层缺失，砂性土层较厚的情况，泥浆黏度、比重过低，不能很好的抑制地下水、悬浮钻渣，产生的泥皮不能很好的起到护壁的作用，容易造成塌孔缩颈，为此用好泥浆是保障成孔顺利、保证桩孔不坍不缩、保证混凝土灌注质量的重要环节，合理地配置泥浆是成孔成败的关键。钻进成孔中，一般以孔内自然造浆为主，若孔内有漏失、垮孔现象，则需采用膨润土或人工调浆配制优质泥浆。尤其对较厚的杂填土及砂性土更要采用优质泥浆，必要时可采用人工造浆。泥浆循环过程中浆液要高出地下水位1m以上，浆液的水压能更大的减小地下水对孔壁的挤压，从而减小塌孔缩颈的可能。 5.1.1泥浆性能要求：
为保证一次性成孔，可采用人工造浆，人工造浆的浆液黏度、比重都能得到很好的保证，对于砂性土❥较多的地层，比如湖沼地质，能起到稳固孔壁，悬浮钻渣、抑制地下水等作用，从而保证成孔质量。
5.1.3泥浆循环控制
⑴泥浆循环系统
湖沼地质④⑤层黏性土层缺失、⑥层砂质粉土层较厚，施工中应布置足够大的泥浆池用于泥浆循环、沉淀、预留废浆。
⑵在成孔过程中，排除的泥浆应先进入沉淀池，降低泥浆的含砂量及比重，然后再进入循环池利用。
⑶经常对沉淀池、循环池进行清理，清除沉砂、积淤，对不符合要求的泥浆应及时排放到废浆池外运，确保泥浆质量。
⑷成孔过程中，孔内泥浆液面应保持稳定。
5.2成孔钻进
湖沼地质成孔施工要点：
⑵在钻进过程中要注意地层变化，同时也要按地层的变化及时调✈整泥浆的性能指标。在遇到砂性土层易塌方地层中钻进时，应适当加大泥浆密度和黏度，必要时增加膨润土的使用，减小转速，控制钻压，让泥浆能有充分的凝结形成泥皮的时间，从而保证护壁的效果。
⑶湖沼地质容易产生缩颈，在缩径的地层中，应采取钻完一段再复扫一遍的方法。复扫应缓慢进行，保证孔壁的稳定。
⑷钻进前，应先开泵在护筒内灌满☣泥浆，浆液高出地下水位1m以上，保证孔壁稳定性。钻进时应先轻压、慢转并控制泵量，进入正常钻进后，逐渐加大转速和钻压。
⑸正常钻进时，应视钻进情况合理控制和调整钻进参数，钻进参数应符合以下所示：
表2正循环成孔钻进参数[2]
5.3清孔
因为湖沼地质砂性土较多，黏性土缺失，所以在清孔过程中，严格控制泥浆比重及黏度，减少孔底沉渣厚度。
钻孔结束，将钻具提离孔底0.2m左右，上、下活动，低速回转，全泵量冲孔，充分研磨孔底较大颗粒土块，待孔内返出浆液中无泥块泥皮可视为一次清孔完毕，实现“一次清孔为主，二次清孔为辅”的清孔排渣原则。
5.4水下混凝土浇筑
混凝土施工应根据设计要求和施工规范进行，由搅拌车运输到现场，吊车配以料斗喂料或泵车喂料的施工方法进行。每一根桩灌注混凝土前，至少有三罐车混凝土到达现场，以保证单根桩混凝土灌注连续进行，避免出现混凝土供应中断而造成埋管、堵管现象发生。
⑴首批混凝土入孔后，混凝土要求连续灌注，不得中断，水下混凝土灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间。水下混凝土浇注连续进行，单桩浇灌时间不宜超过8h。混凝土浇注期间，配备水泵以及吸泥机、高压射水管等设备，以保持孔内水头☭和及时排除浇注时的故障。
⑵灌注过程中，应保持孔内的水头高度，导管埋入深度宜控制在2m～6m并应随时探测桩孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深。
⑷混凝土灌注至桩顶部位时，保持导管内的混凝土压力，避免桩顶泥浆密度过大而产生泥团或桩顶混凝土不密实、松散等现象。
6湖沼地质钻孔灌注桩的施工难点与控制措施
6.1湖沼地质钻孔灌注桩的施工难点主要有
⑴钻孔灌注桩成孔后易发生缩径现象；
⑵钻孔灌注桩成孔在粉砂层易坍孔现象；
⑶钢筋笼孔口对接时间长。
6.2本项目部根据以往的桩基施工经验，从以下六个方面进行控制
⑴采用黏度大的优质泥浆进行操行，泥浆循环过程中添加膨润土，适当加大泥浆比重，有必要时可以采用人工造浆；泥浆循环池的布置要尽可能的大，并针对粉砂层较厚的情况配备除砂能力强的除砂器。
⑵钻进该地层时原则上将钻头直径加大至比桩直径大15mm，确保成孔后满足设计要求的桩径；
⑶在易缩颈土层钻进时，每钻完一根钻杆后，来回提升钻杆进行扫孔，钻进速度放缓，转速放慢；
⑷控制裸孔时间不大于10h；由于钢筋笼较长，故要加快孔口接笼时间；
⑸在满足设计要求下，钻机采用更大型号，钻机型号大主机功率、转盘最大扭矩更大，转盘转速更慢钻机总重更重。钻机钻速慢，有利于孔壁的稳定，形成稳固的泥皮，钻机总重大能防止孔斜。
⑹一次清孔尽量彻底，减小泥浆的含砂率、减小沉渣；二次清孔以调泥浆比重为主，以规范要求最高的泥浆比重来控制，防止在清孔过程中塌孔缩颈的现象。
7小结
湖沼地质特点黏性土层较薄或者缺失、砂性土层较厚，钻孔过程中容易产生缩颈塌孔、沉渣较厚现象，针对湖沼地质特点，施工中布置足够大的循环池、配备膨润土除砂器、钻机采用更大型号、钻头尺寸比设计孔径大15mm，成孔钻进过程中控制钻进速度转速，清孔过程控制泥浆比重、黏度、沉渣厚度，经过这些步骤的施工，能保证良好的成孔质量，顺利完成钻孔灌注桩的施工。在整个的施工过程当中，循环池的布置、泥浆配比、钻机钻头型号的选择、桩的成孔钻进、混凝土的浇筑为其中的重点控制过程。在施工过程中，要严格监督，步步验收。希望本文能给湖沼地质的钻孔灌注桩的施工提供一些可用资料。
