硅藻土复杂地质条件下钻孔灌注桩施工研究

张臣 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

某工程的主体建设内容含泊位、后方堆场及相配套的基础设施。泊位桩基采用的是φ1300mm的钻孔灌注桩，总量524根，采用筑岛施工工艺，由专员全面清理桩间土，再视实际情况理坡、护坡。码头建设于硅藻土地质层之上，根据桩基的尺寸要求，长度范围内有两层硅藻土层，分别为-17m～-22m、-26m～-47m。施工现场的硅藻土具有轻质多孔的特点，局部夹薄层粉细砂，孔隙率高达80%～90%，塑限38%～87%，在特殊力学性质的影响下，明显加大钻孔灌注桩的施工难度，因此对施工技术提出了较高的要求。

2.测量定位

以设计坐标为准，测放桩的中心位置，于周边布设4个控制桩，配套导向架，起到精准定位钢护筒的作用，若无误则用振动锤适度施打，将钢护筒安装到位，当水平误差不超过50mm、倾斜度误差不超过1%时，则满足要求。

由于硅藻土易黏附在孔壁上而导致部分桩基保护层的空间被侵占，因此需适当加大钢护筒的直径，即1500mm。

3.硅藻土地质条件下钻孔灌注桩施工工艺研究

以设计桩长以及施工现场硅藻土的地质特性为依据，合理选择钻孔设备，典型桩桩底设计标高为-56m。根据地勘资料可知，在-17m～-47m的范围内,会存在2层硅藻土层；当向下延伸后，-47.78m～-56.14m范围内则以密实砂层和强胶结砂层居多。

钻机在运行期间具有扰动性影响，因此为了避免硅藻土层失稳，施工方采取的是“先用回旋钻钻进至-47m、再用冲击钻钻剩余部分”的方法。

3.1 回旋钻安装

（1）根据施工要求适配回旋钻设备，清理其安装位置，保证该处具有平整性与稳定性，并将回旋钻设备转移至该处。

（2）经过基础处理后，设备在运行期间不易发生局部沉陷或偏位现象。

（3）钻杆安装到位后，检测其垂直度，要求其中心与护筒的中心共处相同铅垂线上，偏差不可超过1%。

3.2 回旋钻钻进

在硅藻土层，采用回旋钻成孔工艺，回旋钻头直径1.36m，控制钻孔速率1.5m/h，同时在砂层成孔过程中，要使用滤砂机滤砂。为了验证硅藻土层钻进速度和硅藻土块状大小的关系，需在现场进行试验。

实验结果表明，当把钻进速度调至2.5m/h时，仍未发现大块硅藻土浮出；出现的硅藻土块状发生了增大的情况，块状平均直径为2cm～3cm；当将钻进速度调整成不大于1.5m/h时，经过多次打捞渣样未发现大块硅藻土块返出，而出现的硅藻土块状为1cm～2cm。

所以，控制硅藻土层的钻进速度极为重要。通过减缓钻进速度，钻头可以切碎原状硅藻土层，一部分溶进泥浆，另一部分形成直径不大于2cm的硅藻土块则随泥浆排除，从而在有效避免了泥浆中存在较大硅藻土块的同时，还有效规避了后期灌桩产生的夹泥现象。

3.3 泥浆稀释与置换

随钻孔进程的推进，穿越硅藻土层后，需及时向孔底注入适量的淡水，此举的目的在于稀释孔内的泥浆（含丰富的硅藻土），进而调控泥浆的相对密度，使其达到1.05g/cm3左右。

此后，依托于比重差的原理，将比重相对较大的泥浆注入其中，用于置换硅藻土泥浆（此部分的比重较小）。置换完成后，孔口会出现非常明显的硅藻土泥浆与新鲜泥浆的分界线，将界面刮除后孔口出现干净的新鲜泥浆，达到了置换的目的。

3.4 冲击钻钻进

冲击钻适用地层为密实砂层和强胶结砂层，平均速度0.145m/h～0.155m/h，施工推进至砂层时，用滤砂机滤砂，并由专员定期抽检泥浆，测定其密度。

为避免塌孔现象的发生，泥浆面应始终超过孔外水位1m以上，与护筒顶部的距离以0.5m为宜。完整记录各项钻进数据，作为质量分析的依据。

3.5 终孔检测

终孔高程达标后，可暂停钻进作业，但泥浆正循环滤砂不可中断，否则易影响泥浆的含砂率以及相对密度。此后，利用超声波检测的方法测定孔径，考虑到硅藻土层的特殊性，将该土层范围内的钻孔孔径作为重点检测对象。经超声波检测后，用探笼测孔，若该装置可顺畅地上下移动，则表明无孔径异常问题。

在硅藻土层的钻进施工中，孔内泥浆的性能优势受到抑制，存在滤失量较大、泥皮厚度大幅度增加的情况，此条件下硅藻土持续吸水膨胀，可见孔壁处逐步产生附着物，意味着泥浆的护壁效果欠佳，需加强控制。

3.6 第一次清孔

（1）利用气举反循环法清孔，全面清理孔内的杂物，要求沉渣厚度≤200mm、泥浆相对密度≤1.15。

（2）清孔期间检测并控制水头压力，以免因压力不合理而塌孔。

3.7 钢筋笼安装

（1）在加工场由专员分节加工钢筋笼，确保整体的刚度以及保护层的厚度均可满足要求，并增设加劲箍，提高钢筋笼的稳定性。

（2）钢筋笼下放时，施工人员应严格控制其姿态，需处于孔的中心位置，不可碰撞孔壁。

（3）钢筋笼安装工作完成后，检测其顶面和底面的标高，将实测结果与设计值对比分析，误差均要在5mm内。

3.8 第二次清孔

钢筋笼安装到位后，组织二次清孔作业，此阶段采取正循环清孔的方法，孔内泥浆比重为1.03～1.1，粘度≥18s，含砂率≤4%～8%，粘度≤28s。

3.9 混凝土灌注施工

利用直升导管法灌注混凝土，正式施工前详细检查导管，判断其气密性是否满足要求，若无误则下放导管（与孔底相距约0.5m），经计算后确定初灌量，根据该要求生产混凝土，应当保证导管埋入混凝土的深度达到1m～2m，同时可有效填充管底与孔底的间隙。

正式浇筑时，由专员检测混凝土面的高度，保证导管埋深始终稳定在2m～6m，随着混凝土贯入量的增加，缓慢向上提升导管，使其满足轴线竖直和位置居中的要求。为保证桩顶的成桩质量，超灌的高度至少需达到1m。浇筑期间，充盈系数至少需达到1.5，同时密切检查返出的泥浆，判断其是否夹杂硅藻土块，进而对注浆质量做出判断。

从典型桩混凝土浇筑施工质量的角度来看，在成孔和扫孔期间依然有部分小块的硅藻土难以排出，但在采取换浆和气举反循环等相关方法后，该部分硅藻土的数量大幅下降，对成桩质量的影响甚微，可忽略不计。由此可见，混凝土灌注施工中，严格控制钻进速度、适时置换泥浆、合理应用气举反循环等方法均具有可行性，能够给成桩质量提供保障。

4.施工注意事项

（1）由于硅藻土具有较高的稳定性，因此在开孔时，可把使用最广的膨润土当作泥浆，当其到达硅藻土层之后，硅藻土吸附会膨润土，使其与硅藻土发生结合。但是，由于硅藻土无粘结性会让两者结合后形成的混合物会减小泥浆的护壁性，因此当膨润土穿过硅藻土之后，应再次造浆，置换出孔内含有硅藻土的泥浆，降低混在泥浆里的硅藻土含量，以便于形成纯度较高的膨润土护壁，进而增强硅藻土层和砂层孔壁之间泥皮的密实性，避免出现由于硅藻土吸水而发生膨胀的现象，加强了孔壁的稳定性。

（2）选用内径大小为1.5m的钢护筒，当达到第一层砂层底的标高且混凝土浇筑完成后，无需拔出护筒；为了防止灌注桩孔的内部出现由于泥皮厚度增加而发生缩径，要利用加长护筒和直径1.4m的探笼进行扫孔。

（3）为了确保灌注桩有足够的厚度，在浇筑混凝土时，要避免孔内残留的硅藻土停留在钢筋笼和孔壁中间，对此，要加大成孔桩径；为了保障1.3m的有效桩径以及外径为1.15m的钢筋笼，需选用直径为1.44m的回旋钻头和冲锤进行成孔操作。

5.结语

综上所述，钻孔灌注桩在现代工程建设领域的应用频率较高，但遇硅藻土地质条件时，存在难度大、可控性欠佳的问题，对施工质量提出较高的要求，本文则对具体的施工方法展开分析，希望所提内容可作为类似工程的参考。