传统泥浆护壁结合加长护筒在北京市温榆河畔某桩基工程中的应用

李志文 李志运 朱政

摘要：依托北京市东北部平原地区温榆河古河道某桩基工程，分析在地下高水位和连续砂层工况下出现塌孔和缩颈现象时，由普通化学泥浆改为膨润土结合加长护筒施工工法，针对性论述了施工过程控制要点，对于今后类似工程的施工具有一定的借鉴意义

关键词：高水位，液化砂层，传统泥浆，加长护筒，泥浆护壁钻孔灌注桩

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

案例项目位于北京市昌平区温榆河北滨河路与鲁疃西路交叉路口西北，东至未来科技城路，南至未来城温榆河滨河大道，西至未来科技城核心区五号路，北至未来科技城核心区六号路，南侧紧邻温榆河沿河绿化带，为北京市东北部平原温榆河古河道区域，距离现河流（温榆河）约30m。项目桩基设计等级为甲级，受压基桩采用桩端、桩侧复式注浆工艺的后注浆钻孔灌注桩，成孔方式为泥浆护壁，设计桩身直径为0.8m，有效桩长为35m。桩端持力层为细中砂 / 黏质粉土层。设计单桩竖向承载力特征值为5000kN。

1.2地质条件

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果的综合分析，勘探深度75米范围内的地层划分为人工填土层、新近沉积土层及一般第四纪冲洪积层。场地内20m深度范围内粉细砂②层、黏质粉土③2层、细砂③4层有轻微液化，液化最大深度达 9.95m。

1.3水文条件

根据工程详勘报告，本工程建筑物±0.000=31.500m，桩顶设计标高为15.8m，拟建场地历年最高地下水位曾接近自然地表，近 3～5 年地下水最高静止水位绝对标高在27.00m左右。温榆河水位标高约20.0m，近年最高水位为 26.06m。本工程勘察钻探深度（75.0m）范围内观测到四层地下水。第一层地下水类型为潜水。潜水地下水位年变化幅度约为 1.00～2.00m。第二层和第三层地下水类型为层间水。第四层地下水类型为承压水。

2 前期分析

2.1 施工问题

由于地质的特殊性，根据设计和地勘要求，需要在桩基施工前开展钻孔试验工作，现场第一次选取第196号灌注桩为试桩桩位，孔口设置长度为2m的钢护筒，采用化学泥浆，化学泥浆掺量1.2kg，中午12：00开钻，钻孔耗时5小时40分钟，下午6时在下放钢筋笼过程中发生塌孔;第二次选取第135号灌注桩，采用化学泥浆，化学泥浆掺量增加至1.8kg，上午7：00开钻，10：30挖深30m时发生塌孔;塌孔部位为基底以下8～10m位置。

2.2 原因分析

项目邀请地质专家组织勘查，经过现场研究分析，孔壁坍塌问题主要包括以下几点原因 ：（1）现场紧邻温榆河，地下水位高，春季化冻后一定程度上又增加了地下水位，当桩孔施工位于承压水层时，因为压力处于较低水平，在压力作用下就会向孔内流动，从而导致大量的水进入孔内，导致孔壁结构强度受到影响，引起坍塌;（2）该位置处于重粉质粘土层与粉细砂层交界处，并且重粉质粘土可塑性较强，遇水后体积变大，成孔孔径变小，产生缩颈现象;（3）化学泥浆虽然制浆便捷快速，成本低，但是与沙子、泥浆和小颗粒物质不相容，密度接近于清水，泥浆比重小（传统泥浆能达到1.1～1.3，化学泥浆一般小于1.0），化学成分不稳定，护壁时间相对较短，本工程为高水位下的连续砂层地质，不适用于化学泥浆。

3 应对措施

3.1 增设降水管井

本工程针对温榆河和春季土体冻融导致的地下水位升高，增设将水管井是一种有效的处理方式，不仅能够有效降低地下水位，而且能高降低桩孔侧压力，防止桩侧水压较高导致的孔壁坍塌。管井采用反循环钻机成孔，地层自造浆护壁。井径0.6mm，井孔保持圆正垂直，孔深8m。井管下入前应注入清水置换泥浆，并用水泵或捞砂管抽出沉渣，使井内泥浆密度保持在1.05～1.10g/cm3。

井管采用无砂砼管，在混凝土预制托底上放置井管，在底部中间设导中器，井管四周外包一层60～80目尼龙网，栓12号铁丝，缓缓下放，当管口与井口相差200mm时，接上节井管，接头处用玻璃丝布粘贴，以免挤入泥砂淤塞井管，竖向用4条30mm宽竹条固定井管。为防止上下节错位，在下管前将井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨水泥砂和异物流入井中井管要高出地面200mm。井管吊装就位后，及时填充滤料，用锹将砾料沿井管四周均匀填料，防止架空。成井后，借助空压机清除孔内泥浆，至井内完全出清水止，再用污水泵反复进行恢复性抽洗，抽洗次数不得少于6次。洗井在成井4小时内进行。

本工程根据现场作业面积和管井降水的作业半径，分别在基坑内部增设20处降水管井和临近温榆河的基坑周边增设10处降水管井，通过机械抽水的方式，将抽取的水排入外部管道中排出。满足基坑钻孔灌注桩施工要求。

3.2 优化泥浆配置

工程通过试桩确定采用传统泥浆（膨润土）进行护壁。现场设2m*4m*6m泥浆池，泥浆池底部和四周铺设塑料布防止泥浆外渗。制浆设备采用泥浆搅拌机，为增加泥浆黏性，防止护壁剥落，添加纤维素;为控制泥浆变质及改善已变质的泥浆，添加火碱。钻孔过程中，随时采用泥浆比重计和粘度计测定泥浆各项性能指标，并填写泥浆试验记录表，确保泥浆比重控制在 1.15～1.25，含砂率≤25%，粘度在27～38s，清孔后和混凝土浇筑前，在孔底500mm以内取样的泥浆比重应≤1.25，含砂率≤8%，黏度≤28s。

3.3 选用加长护筒

由于大部分钻孔的坍塌深度均发生在8 ～10m的位置，所以可采用加长钻孔支护的方式，提高钻孔孔壁稳定性，通过支护措施为钻孔提供保护，防止孔壁坍塌，采用钻孔支护能对钻具提供导向，精确地控制樁体位置，起到保护钻孔孔口的作用。 由于护筒长度越长垂直度越难以控制，且随埋设深度增加护筒外表面摩擦阻力也会增大，因此护筒长度不宜过大，按照本次工程中的基本情况，加长护筒长度定为12m，直径为1m，（护筒直径一般比设计桩径大100～300mm，保证加长护筒深度内桩体的有效直径），采用厚度为12mm的钢板制作。在液压振动锤液压夹的强力作用下以及护筒振动埋设过程中，为保证护筒上下口不产生变形，须在上下口外围加焊加劲环。

施工时通过定位的控制桩进行放样，首先采用旋挖钻机引孔至12m，使用振拔机将钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒竖直。护筒定为准确后开启高频振动机，用振拔机将钢护筒打进地下，下放时注意依靠导向架来调整护筒倾斜度及偏位垂直度控制在1%以内，平面偏差控制在5cm以内，护筒顶面高出施工平台约30cm。

混凝土浇筑完成后，先在原地将钢护筒振松，后利用履带吊与振拔机缓慢提拔钢护筒，过程中保持振动锤和钢护筒成一条直线。钢护筒提拔速度不宜过快，以让桩身混凝土缓慢填充护筒拔除后形成的空隙。长护筒拔出时间不宜过早，否则极易造成坍孔或颈缩;拔出时间过晚则易影响桩身混凝土成形效果，造成桩身出现有害裂缝或断桩。根据现场经验，一般在浇筑混凝土完毕后10～25 min开拔，特殊情况下不超过初凝时间。护筒拔出后，由于护筒本身占据空间和土体振动，产生的空隙应及时用混凝土填补，保证桩的充盈系数不小于1.1，超灌高度不小于1.0m。

4 结束语

文章针对钻孔灌注桩采用传统泥浆护壁结合加长护筒施工工艺在北京市温榆河畔某桩基工程的实践，阐述施工过程中出现的问题，并分析问题成因，最后总结多项有效的高水位下连续砂层钻孔灌注桩施工方法，可供其他类似项目参考。

参考文献：

[1]顾敏， 罗里奥. 旋挖成孔灌注桩桩基施工质量控制分析[J]. 工程技术研究，2021，6（6）：86-87

[2]杜帆，长护筒在钻孔灌注桩施工中的应用[J].建筑机械，2019（4）： 119-121.