泥浆护壁技术在宜宾地区桩基施工中的应用

邓夷明，高　峰

(1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司， 四川成都 610052； 2.中国建筑科学研究院，北京 100013)

随着社会经济的不断发展和城市建设进程的加快，基本建设范围持续拓宽，环境保护理念的强化和JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》、JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》等规范规程的深入推行，使桩基础逐步成为工程建设中的主流基础形式[1,2]。本文着重介绍泥浆护壁技术在宜宾地区桩基施工中的应用及质量问题的预防控制。

1　工程概述

该工程位于宜宾市北郊，拟建建筑物为框架结构，由展示中心、主楼和商业楼组成，地上1～23层，设置1层地下室，对差异沉降较敏感。建筑物采用的基础形式为基础桩，基本参数如表1所示，桩端须按照设计要求进入中等风化泥岩层，且桩长由现场确定，桩基构造如图1所示。

表1　桩基础参数表

注：桩长以按设计要求进入持力层深度进行控制。

图1 　桩基构造

根据勘察报告，场地可分三个工程地质层，即：第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)层、侏罗系中统上沙溪庙组泥岩层(J2s)。场地整体地势属相对较低地段，场地内黏性土层属弱透水层，因地势低洼场地内常年积水无法排泄，形成地表水。

2　泥浆护壁技术在工程中应用

由于本工程回填土、淤泥质土、块石土等土层稳定性很差，所以旋挖成孔过程中，极易造成孔壁塌落，引起漏浆、塌孔、卡钻和埋钻等事故。施工时采取特殊泥浆护壁工艺，施工成本较低，在土层中块石不太大并且有黏土充填的情况下，可以确保桩基施工质量，必要时可采取全护筒跟管钻进工艺或永久性钢护筒(不拔出)护壁等辅助措施。

3　工程难点及施工工艺

3.1　工程难点

本工程的桩基施工存在以下两个施工难点：第一，根据四川地区类似工程施工经验，机械成孔过程中容易出现坍塌、缩径等难以避免的质量事故；第二是桩底沉渣厚度超出允许值，则会影响施工质量，这对宜宾地区桩基施工提出了新的要求与挑战。而采用泥浆护壁技术，通过灌注或抽取泥浆，形成泥浆对槽壁的静水压力和附着于槽壁上的泥皮，或结合泥浆循环将孔底沉渣清出，使得宜宾地区桩基施工实践变得更切实可行。对于以上两个工程难点，本工程桩基成孔工艺选用泥浆护壁技术[3]。

3.2　施工工艺

本工程泥浆护壁钻孔灌注桩施工前进行了详细的施工组织设计，从2016年9月到2017年5月完成所有桩基施工，未发生质量事故。泥浆护壁旋挖成孔工艺流程为：施工准备——泥浆制备——埋设护筒——挖设泥浆循环系统——成孔、泥浆指标监测——吊放钢筋笼——二次清孔——导管水下灌注混凝土——起拔护筒—质量检查。

3.2.1施工准备

施工前详细编制泥浆护壁旋挖成孔灌注桩各分项工程专项施工方案，并按有关规定审查批准，根据采用的泥浆护壁方式配备相应的设备。

3.2.2泥浆制备

钻孔过程中，为防止塌孔、稳定孔内泥浆水位以及便于设备挟带钻渣，护壁泥浆的主要成分为膨润土。泥浆添加剂有：CNC羧甲基(纤维素钠盐)，为泥浆增加粘性、防护壁剥落；木质素族分解剂和碱类(Na2CO3)，控制泥浆变质及改善已变质的泥浆[4]。

3.2.3埋设护筒

采用的钢护筒直径比钻机钻头直径大150～300 mm，护筒顶标高高于施工作业面100～200 mm，并确保护筒壁与水平面垂直；对于较长(>2 m)护筒，下护筒方式一般有振动锤下和旋挖钻机驱动器下护筒，本工程采用后者。准确固定护筒，隔离地面积水，稳定护筒周边土层，以利于钻孔工作进行(图2)。

图2　护筒埋设及定位

3.2.4挖设泥浆循环系统

泥浆循环系统包括制浆池、沉淀池、储浆池、出浆槽、泥浆泵和进浆管等[5]，各组成部分根据场地情况保持适当高差，以利于非泵送部分的泥浆自然流动，循环泥浆经沉淀池分离后的泥浆排入储浆池中继续使用。

泥浆池尺寸可为16 m×4 m×2 m(图3)，底部铺设隔水膜，周围设置围护设施。泥浆池位置可选择在桩基施工区域内不影响施工机械且相对固定的地方，一般选择在两排桩基之间。

图3　泥浆池16m(长)×4m(宽)×2m(深)

3.2.5泥浆指标监测

在钻进过程中管理人员应严格控制循环泥浆的相对密度、黏度、含砂率等性能指标，特别应注意避免孔壁泥皮厚度过大。桩周泥皮是泥浆护壁技术中不可避免的产物，泥皮的厚度会影响基础桩的侧摩阻力。对泥皮厚度的要求，由于成孔方法、泥浆性能等的不同，还有待于研究，据相关资料介绍，泥皮厚度应控制在8 mm以内。桩周泥皮控制要点：(1)成孔工艺选择合理，施工管理高效，尽量降低成孔成桩时间；(2)施工过程中严格按照技术要求制备泥浆，加强泥浆循环系统的检查和维护，实时调节泥浆性能；(3)在必要时可以采用机械清除泥皮。

3.2.6二次清孔

在吊放钢筋笼后，浇灌混凝土之前，再次测量孔底沉渣的厚度，如沉渣厚度超出允许值，需进行二次清孔(泥浆正循环)[6]。二次清孔注意事项：(1)不得采用加深钻孔的方法替代二次清孔；(2)始终保持孔内泥浆面标高，防止因孔壁压力变化引起的坍孔；(3)清孔结束，待泥浆静置稳定后，重新测量沉渣厚度；(4)定期检查测绳的精确度；(5)根据规范要求，灌注混凝土前，孔底500 mm以内的泥浆相对密度应小于1.25；含砂率不得大于8 %；黏度不得大于28 s。

3.2.7水下灌注混凝土

水下灌注混凝土对坍落度的要求较高，一般在180～220 mm之间。灌注时如果坍落度太小，则混凝土流动性较差，不易灌注；坍落度偏大，在灌注过程中则容易发生混凝土离析，形成骨料和液体分层。因此，水下灌注一定要注意控制好坍落度，不要偏小或偏大。

4　常见质量问题及预防控制

4.1　常见质量问题分析

4.1.1泥浆护壁效果不足

施工中使用了泥浆护壁，还存在小概率的塌孔、缩径等情况，这是由于施工中未及时监测异常情况，或未采取紧急处理措施所致。

4.1.2二次清孔认知不足

施工管理过程中，仅仅孔底沉渣厚度合格，还不能浇筑混凝土，还应对泥浆性能指标进行检查。浇注混凝土前，泥浆性能指标不合要求，即使沉渣厚度合格，也要继续清孔至泥浆达标。

4.2　预防控制措施

4.2.1泥浆指标控制

施工中针对不同土层调制相应的泥浆相对密度，以达到泥浆护壁的效果，施工管理人员应根据施工方案实时监控循环泥浆性能指标和泥浆废弃指标。根据本工程的工程地质特点，采用泥浆控制项目及指标如表2所示。

表2　泥浆控制项目及指标

4.2.2二次清孔控制

在泥浆密度、黏度过大的情况下浇筑混凝土，容易造成漏斗及导管内混凝土不易下落，提动导管时粘稠泥浆就会使混凝土向上流动，造成埋浆，使得有效桩长变短；如果在导管提出已浇筑混凝土面后重新浇筑，则会在桩身形成夹泥而造成断桩；即使通过提动导管能够补救的浇筑，形成的混凝土桩身质量也较差。因此，二次清孔工作既要准确测量孔底沉渣厚度，还要控制泥浆性能指标。

5　结论

本文通过工程实例详细介绍了泥浆护壁技术在宜宾地区桩基施工中的应用，与其他施工工艺相比，泥浆护壁操作较简单，施工成本较低，通过使用泥浆护壁，减少了施工过程中坍塌、缩径等质量事故的发生率。本文主要解决了泥浆护壁技术在宜宾地区桩基施工中的部分应用问题，针对不同工程和不同的地质条件，可能会出现新的问题，需要在今后的实践中进一步研究。