软土地质环境下钻孔灌注桩施工技术研究

闫兵兵（湖北非金属地质公司，湖北 武汉 430034）

软土地质施工是城市建设施工中的重要环节，有很多不同的施工方式，目前使用最多的就是粉煤灰碎石施工，这种施工方式因其原料价格便宜，施工过程简单，得到了广泛使用，但该技术比较注重整体稳定性，因此对地质要求较高[1]。在对软土地质进行施工前，务必要先进行表层处理，保证软土中的水分能有效排出，还需要处理垫层保证软土地质的稳定性和排水效果，在软土地质施工过程中，预应力管桩施工对控制软土地基沉降系数有重要作用，因此，在软土地质环境下需要设计符合需求的钻孔灌注桩施工技术[2]。

软土地质具有特殊性质，因此在设计相应的钻孔灌注桩施工技术时应该对其进行综合考虑，设计完善的施工方案才能增加施工稳定性，降低施工成本。在施工过程中有几个重要的注意事项，第一就是软土地基的结构优化问题，支护结构的参数必须与后续施工中的需求一致，因此，在软土地质环境中施工时需要综合考虑地质数据，设计科学化的地质处理参数，便于制定施工方案[3-5]；第二是地质监测问题，需要保证施工过程中的支撑结构等项目符合国家标准要求，还需要保证施工结果的准确性，因此，在软土地质环境下钻孔灌注桩施工中需要先预测软土的承载能力，基于此，设计了新的软土地质环境下钻孔灌注桩施工技术，为后续软土地质的施工提供参考。

1 施工准备

1.1 软土地质环境承载力预测

为了保证软土地质环境下钻孔灌注桩施工技术施工的稳定性，需要根据实际施工条件中的沉桩深度设计实际软土环境的承载力，施工桩位偏移是影响施工稳定性的关键因素，如果柱网与桩基的位置不准确，容易出现重量差值导致施工异常[6-8]，因此在施工之前必须保证预制桩的质量与软土地质环境中的承载力相符。

预测软土地质环境承载力的步骤：第一，设置桩面倾斜角，保证其与桩顶部的位置对应，避免施工工程存在倾斜现象；第二，调整桩基沉桩角度，保证其能与地面垂直，且与桩身、桩锤在一条直线上；第三，筛查沉桩过程中软土地质的组成成分，避免影响沉桩施工，出现挤土效应；最后，逐一计算单桩承载力，整合出预测的软土地质环境承载力。

预测软土地质环境承载力时，还需要剔除沉桩位置偏移产生的误差，保证上层建筑的重量可以被桩基承担，在沉桩施工阶段，柱网与桩基的位置也需要额外确定，保证预测承载力数值的稳定性。

1.2 制作钢护筒

选用6mm厚度的钢板卷制而成，确保钢护筒直径在700mm，即大于灌注桩200mm左右。另外，钢护筒高度应保持1.5m，高于地面0.3m左右。

1.3 泥浆制备

钻孔施工使用的泥浆一般为循环泥浆，为了保证施工效果使用了自然造浆法制备钻孔泥浆，并根据钻孔地的地质条件进行调整，泥浆进入泥浆池后需要保证泥浆的总沉淀时间满足泥浆沉淀要求，保证钻孔的效果。钻进时，需要时刻保持钻进的高度，选用适当的泥浆进行处理，保证钻进后的桩身符合设计的钻孔灌注桩施工需求。利用提升导管法将其调至正确的混凝土配比，选取恰当的搅拌机和计量设备进行搅拌，确保搅拌过程符合施工需求。

2 钻孔灌注桩施工

2.1 埋设钢护筒

根据软土地质施工现场的施工情况，需要埋设钢护筒，首先需要使用6mm钢板卷制作钢护筒，在钢护筒制作成形后，需要定位钢护筒的位置，使用特殊技术开挖孔口，确定安装位置后，进行初步观测，将钢护筒下沉，在下沉过程中务必保证钢护筒平稳，常规的软土地质环境土层一般都为淤泥质黏土，埋深也在10m左右，因此具有较大的穿透难度，在这种情况下，设计的施工技术结合了人工挖埋技术进行护筒埋设，避免外界因素导致的护筒塌陷问题。

埋设钢护筒步骤：第一步，检测轴线中心与标准点之间的距离，根据该距离设置中心桩位；第二步，根据桩位设置全站仪，保证其可以进行桩位检验；第三步，设置标准的钢护筒基坑，避免中心位置偏移导致钢护筒埋设误差；第四步，计算钢护筒的相关参数，降低平面误差，保证钢护筒可以在不同的地质条件下埋设；第五步，可以添加新型护筒，降低埋设过程中可能出现的稳定性问题。一旦在钢护筒施工过程中出现中心位置与埋设位置偏移问题，需要立即根据钢护筒垂直度降低其与中心位置的偏差，并在外围用恰当的填充材料进行填充，保证钢护筒埋设位置的准确性，提升施工的可靠性。

2.2 钻孔施工

钻孔灌注桩施工最关键的一步就是钻孔施工，首先选取合适的钻机，以反循环档进行低速钻进，从而降低卵石对施工造成的影响。根据施工地区的地质条件，不断切换钻机的钻头，增加钻机的稳定性。

使用转盘中对平法进行钻探，保证孔内水头过渡及泥浆标准浓度，并进行垂直检验，保证钻孔施工的顺利进行。在钻探初期，采用慢速循环法进行钻探，钻至一定深度后切换挡位，进行反循环钻探。如果此时钻探的孔径达到了一定的深度，需要切换钻机的钻杆，经过实际分析发现孔深与钻杆直径有关，需要保证钻杆刚度，减少摆幅，实现钻孔的稳定性。

另外在钻孔后有一个重要环节是清孔，目的在于清除桩孔内的杂质，最大限度减小孔底沉降厚度，确保桩孔的承载力。最好在钻孔结束后快速清孔，避免因放置时间过久导致残渣沉积。

2.3 水下混凝土灌注

完成钻孔灌注桩施工的最后一步就是水下混凝土灌注，灌注过程中灌注桩的中心坐标必须预先经过检查，达到要求后才可以使用，除此之外，安装的钻机必须平稳，保证钻杆与机架平台始终呈垂直关系。为了保证水下灌注的效果，需要严格控制混凝土的灌注时间，常规的混凝土灌注时间约在8h内。水下混凝土灌注图如图1所示。

图1 水下混凝土灌注简图

为了保证灌注效果，可以使用钻机调整导管的实际位置，本文设计的施工技术利用吊车辅助水下混凝土灌注，在灌注之前需要进行密封性实验，降低灌注失败的概率，使用拔球法，首先在漏斗的底部铺上彩条布包球，等待漏斗注水，注满后保证设置的装置与水隔绝，从而将导管内的水排空。混凝土的实际填埋深度必须高于设置数值，漏斗的埋深需要高于8m，避免出现导管断柱问题，在施工过程中必须安排施工人员实时查看导管孔状态，确保导管内不发生堵塞，一旦发现导管内部存在堵塞物，施工人员需要立即活动导管，保证导管的通透性。水下混凝土灌注必须要致密，但实际灌注效果往往较差，基于此本文设计的技术改良了钻机的灌注手法，使钻机先向上提拉，再快速垂直下降，从而增加混凝土的压实度，保证灌注质量。

3 实例分析

3.1 概况及准备

选取某软土地质环境下工程进行实例分析，该工程总面积约为2356.54m2，属于桥梁结构，宽度约为14.68m，水下桩基数量较多，均为摩擦型受力，对工程现场进行勘探，存在沙土液化问题。根据上述设计的施工技术，选取特殊型号的环钻机进行施工，环钻机的工作参数如表1所示。

表1 环钻机工作参数

由表1可知，环钻机主要通过空气压缩进行气循环，压缩的空气与液体之间呈互相融合状态，沉淀后再进行循环利用，此时该环钻机的沉没比a计算公式如式（1）所示。

式中，h1代表导管插入深度，h2代表出口与顶面距离。

环钻机可以通过抽吸，形成负压环境，再与大气压共同作用产生环状空间，进行清空处理后完成桩基施工，此时环钻机工作原理图如图2所示。

由图2可知，在施工前需要依赖水上作业平台进行施工，保证环钻机满足灌注荷载要求，钢护筒插打时需要选择适当的激振力，钻孔灌注桩施工过程中，最重要的就是泥浆的选择，各个施工阶段的泥浆性能指标如表2所示。

图2 环钻机工作原理图

表2 泥浆性能指标

由表2可知，保证施工泥浆密度符合上表的性能指标后可以进行钻机钻孔施工，首先进行护筒内钻进，保证泥浆回流状态，其次调换钻机钻头，进行护筒外软弱地层钻进。为了保证循环钻机的工作效果，设置了不同地层下的钻机施工参数，如表3所示。

表3 钻机施工参数

按照表3中的施工参数进行施工，接下来进行清孔处置，缓慢转动钻具，避免塌孔，完成桩基施工，完成施工后设计了钻孔灌注桩施工稳定指标k，如式（2）所示。

式中f-代表软土地质作用力；

g-代表无压情况软土受力。

3.2 应用结果与讨论

在上述准备的基础上，分别使用本文设计的钻孔灌注施工技术与传统的钻孔灌注施工技术进行施工，对比两种技术在不同施工点的施工稳定性指标k，已知标准的稳定性数值为1，使用公式（2）计算结果如表4所示。

由表4可知，设计的钻孔灌注施工技术施工后的稳定性指标k与标准数值1较拟合，证明设计的钻孔灌注施工技术的施工效果较好，具有稳定性。

表4 应用结果

4 结语

综上所述，随着我国建筑技术的发展和进步，施工技术也在不断更新，基于此，本文研究了软土地质环境下的钻孔灌注桩施工技术，以预测软土地质环境中的环境承载力为基础，根据软土地质环境进行施工技术设计，进行实例分析，结果表明，设计的钻孔灌注桩施工技术的施工效果较好，具有施工可靠性，有一定的应用价值，可以作为后续软土地质环境中施工的参考。