强湿陷性地质条件下的冲孔灌注桩施工技术

张 剑

(江西省水利水电建设集团有限公司，南昌 330000)

0 引 言

在供水工程渡槽施工中，经常会遇到强湿陷性地质条件，此种地质条件比较很复杂，处理不当容易发生地质灾害，影响渡槽的总体质量和结构的稳定性。常用的处理方法有换填法、水泥搅拌桩、冲孔灌注桩等。换填法换填的深度有限，难以满大深度强湿陷性地质的处理要求。水泥搅拌桩需要大型机械设备进场，进行强制搅拌，强湿陷性地质条件比较复杂，大型设备通常难以达到指定的位置。因此，采用冲孔灌注桩施工技术，具有更强的适应性、施工难度比较大、施工速度快、施工质量好、施工成本低等优势。非常契合强湿陷性地质条件的要求。基于此，有必要结合工程实例，来分析强湿陷性地质条件下冲孔灌注桩施工技术的应用要点。

1 工程概述

甘肃省引洮二期主体工程五干渠1#渡槽是一座连接五干渠1#隧洞与1#暗渠，引流灌溉水的工程，防洪标准设计洪水为20a一遇(P=5%)；校核洪水为50a一遇(P=2%),相应洪峰流量分别为79.5m3/s和116m3/s。1#渡槽跨越高家河，渡槽全长84m。沟道左岸上部为马兰黄土，结构疏松，具有中强湿陷性，厚约10m；下部为黄土状土，中实-密实，厚10-30m,下伏粉砂质泥岩；沟底洪积砂砾石厚约4m,下伏黄土状土；沟道右岸上部为黄土状土，结构疏松，具有中强湿陷性，属于中高压缩性、弱透水性土，厚约8m左右；下部为黄土状土，中密-密实，其上部6m具有轻微湿陷性，厚10-30m，下伏粉砂质泥岩，以泥质胶结为主，成岩程度底，岩性软弱，岩中天然状态单轴抗压强度0.5-2MPa，属于极软岩。

2 冲孔灌注桩施工技术应用

2.1 设计参数和工艺流程

甘肃省引洮二期主体工程五干渠1#渡槽的地质条件为强湿陷性地质条件，在施工中采用了钻孔灌注桩，桩端持力层为粉砂质泥岩；桩身混凝土强度为混凝土C35(F150，抗酸)，坍落度控制在180-220mm，水泥用量≥360kg/m3。在具体施工中选择了CZ-8型冲击钻机进行施工，具体的工艺流程如图1所示：

2.2 合理选择施工材料和水下混凝土

在冲孔灌注桩施工中为保证施工质量，需要严格控制水泥、细集料、粗集料、外加剂、水等原材料的性能、规格、使用条件满足强湿陷性地质条件的需求。此外，还要保证混凝土的质量、性能等都能满足强湿陷性地质基础加固的需求，尤其是混凝土的级别需要符合设计规定。

图1 冲孔灌注桩施工流程图

2.3 保证灌注桩钻孔质量

在强湿陷性地质条件下冲孔灌注桩施工中钻孔是主要工序，钻孔时需要采取长度适中的护筒，以保护孔口，并保证钻孔中的泥浆高度始终在设计允许的范围中[1]。护筒埋设要符合以下条件：其一是护筒的顶部要高出钻孔孔外水位1-2m之间；其二是护筒中心的竖直线需要和冲孔灌注桩的中心相互重合，控制平面允许误差在50mm左右，竖直线倾斜度不能超过1%。具体情况如图2所示：

图2 护筒和钻头对准示意图

在护筒上拉十字线，是使钻机的钻头对准桩的中心线，等钻机对准后往护筒里放水，采用泥浆护壁进行钻孔。在钻孔排渣、提升钻头或者引发故障需要停钻时，需要保证孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度及黏度。

2.4 冲孔灌注桩固孔

在强湿陷性地质条件下冲孔灌注桩施工需要做好泥浆护壁工作，以免在钻进过程中发生坍塌。要尽量选择质量和各项性能达标的黏土悬浮泥浆。按照所选择的钻孔方法进行适用性论证，达到要求后才能使用。钻孔泥浆液面的高度必须始终高于孔外水位1.0-1.5m之间。

2.5 钻孔工序和清孔

钻孔时需要在间距4m内的任何混凝土灌注桩完成24h之后才能开始，以免影响相邻冲孔灌注桩的混凝土凝固效果。尽快完成钻孔工作，本工程在钻孔时，选择了6台CZ-8型冲击钻机同时钻进的方法，有效保证了钻孔效率。在钻孔施工中要尽量连续进行，避免中断[2]。因工程地质条件为强湿陷性地质，承载力比较低，含水量比较大，为保证钻孔质量，先对其地基进行加固处理，以保证强湿陷性地质具有良好的强度，确保能够承受钻进时形成的压力及柱钻孔设备的自身重力；然后调整钻进和放样位置的精度，保证钻头和放样点位的误差在允许范围中；最后要做好钻进记录，及时勘查地质并和设计方案进行对比，精确掌握地质条件数据，调整钻孔压力和钻进速度，以控制钻孔质量。

当钻孔深度达到设计要求之后，要由现场工程监理师进行检验，验收合格之后，及时清孔。本工程在清孔时孔内水位始终保持在地下水位以上1.5-2.0m之间，以免发生孔壁塌陷问题。本工程钻孔清孔选择了正循环排渣法，取得了良好效果，具体的清孔示意图如图3所示：

图3 钻孔清孔示意图

图3中1表示钻杆；2表示送水管；3表示主机；4表示钻头；5表示沉淀池；6表示潜水泥浆泵；7表示泥浆池。

2.6 钢筋骨架

钻孔清孔完成之后，混凝土灌注之前需要将桩的钢筋骨架整体放到钻孔中，如果钢筋骨架安装完成之后，受到现场条件或者其他因素的限制，无法及时浇筑混凝土，要及时将其移出，待混凝土浇筑时，再重新下放，以免钢筋骨架破坏孔壁，影响最终的施工质量，发现问题及时处理。在钢筋骨架上需要布设内支撑架，以免在运输和吊放时发生变形，在顶面做好加固措施，避免钢筋骨架上浮，本工程施工中，通过安装混凝土垫块的方法，避免了钢筋骨架发生上浮问题，混凝土垫块沿着桩长的间距不能超过2m，横向周围不能<4处[3]。

2.7 灌注混凝土

混凝土灌注之前，需要检查坍落度和均匀性，不符合要求的混凝土不能使用。混凝土灌注要连续进行，避免中途停止，灌注时也不能发生离析现象。水下混凝土灌注示意图如图4所示：

开始灌注之前，要检查导管进入钻孔的深度，保证导管头到孔底的距离在250mm-400mm之间。首批灌注的混凝土数量，要满足导管初次埋设深度和填充导管底部间隙的需求[4]。以免泥浆或者是水进入管内，且不能超过6m，逐步完成混凝土灌注。

3 施工中常见的问题和处理措施

3.1 塌孔问题和处理措施

塌孔是冲孔灌注桩施工中比较常见的问题，主要表现为钻孔内部水位突然下降，且孔口不断有密集的水泡冒出，钻机运行负荷明显增大等。引发塌孔的主要原因是：泥浆密度不足，无法起到护壁的作用；在钻孔时没有及时补充泥浆；护筒埋设深度不足，下端孔口漏水等。

塌孔问题的处理措施为：在强湿陷性地质条件下应用冲孔灌注桩施工技术时，需要严格控制进尺的速度，尽量选择密度、黏土、胶体率比较大的高质量、高品质泥浆；在钻孔时可适当提升护筒的高度，以达到提高水头的效果；孔口发生塌陷之后，要及时拆除护筒回填钻孔，重新埋设新护筒后再继续钻孔[5]。

图4 水下混凝土灌注示意图

图4中1表示上料斗；2表示贮料斗；3表示滑动；4表示卷扬机；5表示漏斗；6表示导管；7表示护筒；8表示隔水栓。

3.2 斜孔问题和处理措施

本工程所在区域为典型的强湿陷性地质，地质条件复杂，部分标段有较大的孤石和探头石，在有倾斜的软硬地层交界位置施工钻孔时，就极易发生斜孔问题。此外，钻机底座稳定不足，基础平整度不够，会影响钻杆的垂直度，从而引起斜孔问题。

斜孔问题的处理措施为：在安装钻孔设备时，要先进行基础和基座的找平及调整工作，起重滑轮和护筒中心要尽量在一条直线上，边钻进，边校验，发现倾斜及时停止钻孔，处理之后再继续钻进[6]。在容易发生斜孔的软硬地层交界处钻进时，需要严格控制进尺深度，低速钻进。

4 结 语

综上，结合工程实例，分析了基于强湿陷性地质条件下的冲孔灌注桩施工技术，分析得出，强湿陷性地质条件是供水工程渡槽施工中比较常见的地质条件，质地松软，承载力差，无法满足渡槽施工的需求，需要采取一系列行之有效的方法和技术措施进行全面处理，才能满足渡槽施工的需求。冲孔灌注桩施工技术在施工质量和适应性等方面有明显的优势，能够有效处理和加固强湿陷性地质条件，满足渡槽施工的需求，值得在类似工程中推广借鉴。