粉砂层地质条件下超长桩基施工质量控制

2022-11-18中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001

砖瓦 2022年11期

刘佳（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001）

为满足复杂地质条件下的桩基施工，应制定完善的施工方案，选择合理的施工技术。同时，明确桩基施工后的质量与工程地质情况之间的联系，尤其是在粉砂层地质环境中，如果出现施工中混凝土配合比不合理、泥浆配制质量不标准等缺陷，便极易出现施工后孔壁坍塌、缩颈等方面的质量问题。

1 工程概况与现场水文地质情况

该工程项目为某地区年度重点工程，根据现场勘验，总结该项目的概况，见表1。

表1 工程项目概况

通过地质结构采样，现已知施工区域为粉砂层地质，对施工场地内土层分布与特征进行分析，见表2。

表2 施工场地内土层分布与特征

2 粉砂层地质条件下超长桩基施工质量控制

2.1 埋设钢护筒

为提高超长桩基施工质量和结构稳定性，将钢护筒作为支撑结构，将其埋设在桩基中心位置[1]。利用全站仪，通过放样的方式确定超长桩基的中心位置，并按照“十”字型埋设护筒，以此起到护桩作用。在超长桩基础施工部位，采用挖掘机开挖直径为40m、内径大于护筒1m的圆坑[2]。在施工中，为了防止坍塌和渗漏，将钢护筒的长度设置超过桩基3m～5m。同时，在已经完成开挖的基坑当中回填厚度为0.5m 的黏性土，并采用分层方式夯实，在完成上述操作后还需要对其表面进行整平处理，确保表面平整度。在埋设过程中，采用测量放样的方式，在钻孔底部中央位置做记号。将钢护筒放入到挖好的圆坑结构当中，并根据实际情况对钢护筒的位置进行调整，保证钻孔中心位置与钢护筒的中心位置一致[3]。钢护筒顶部应当超过施工地面至少0.3m。图1为钢护筒埋设结构示意图。

图1 钢护筒埋设结构示意图

2.2 制备泥浆材料

在超长桩基施工时，在泥浆池当中完成对泥浆材料的制备、循环以及沉淀。针对工程场地的具体条件，设置并合理布置泥浆池，尽可能少占用土地资源[4]，在每一个墩位上分别设置一个泥浆池。在后续混凝土浇筑时，需要确保泥浆池当中容纳的泥浆量能够符合施工需求量[5]。泥浆池包含沉淀池和循环池两部分，要求泥浆池的体积需要比桩基的大，通常情况下应当超过1.25倍，沉淀池与循环池之间需要按照1:2的比例进行分配。为确保分配方便，可直接在泥浆池中设置隔离带，实现对两种功能池的区分，同时在中间还需要设置滤网，如图2所示。

图2 泥浆池布置图

在泥浆池设置完成后，利用膨润土、水、烧碱，按照特定的比例完成对基浆的配置[6]。对于新制备的泥浆而言，要求每一立方米，水、膨润土、烧碱之间的配比为1000:120:1。基浆的黏度应当控制在20s～22s 范围内；容重应控制在1.05g/cm3～1.20g/cm3范围内；含砂率应控制在4%以内；pH值在8～10之间。

2.3 钻孔施工

由于桩基需要穿过砂层，因此使用旋转钻机完成钻孔施工。钻进时，要根据地质条件来控制进尺速度，并在由硬岩到软岩的条件下增加钻速；从软岩到坚硬的岩石要减速；在易出现收缩的地层中，适当加大钻进次数，以避免钻头缩径；为了提高钻井效率，在硬塑层上应用了高速钻井技术[7]。当施工中遇到较为松散的粉砂层时，则应该适当增加泥浆的相对密度和黏性。针对不同的地质条件，需要配制的泥浆比重为：在黏土层和粉土层上将泥浆比重控制在1.05～1.10 范围内；在砂或砂砾等结构层上，将泥浆比控制在1.10～1.20 范围内。

2.4 钢筋笼施工

在完成钻孔施工后，制作钢筋笼结构，钢筋笼制作的具体步骤为：

第一步：制作内圈钢筋笼。首先制造内环和内环加劲环，内环加强环与纵肋的内侧搭接焊，内环与内环纵肋的外侧搭接焊。

第二步：制作外圈钢筋笼。首先制造胎膜和外环加劲环，然后用外环加劲环将外环纵筋的内侧搭接焊固定，外环与外环纵筋的外侧搭接焊，外环纵向肋的外环与外环纵向筋的外环焊接，在笼顶处设有一条加固环[8]。

第三步：用内环紧固加劲环将外环与内环相连接，内环采用“井”字，“井”字的空心部分与内环焊接，8 个“井”字延伸部分与外环焊接成一体。

第四步：安装和布置声测管、钻芯管、冷却管、桩侧注浆管、桩端注浆管等。

图3为钢筋笼基本结构示意图。

图3 钢筋笼基本结构示意图

利用钢筋笼式滚焊机对钢筋笼进行分段加工，在钢筋笼加工完毕后，选择25t 的吊车和架空吊车，将其运输到工地。钢筋笼由1辆25t的小车吊车卸载、连接。

2.5 导管安装与混凝土浇筑

导管主要包括漏斗、固定架、导管主体、导管吊具等结构。采用规格为Φ300×12的无缝钢管作为导管主体，管道连接部位设有两个密封环，以确保其密封性。导管固定支架由钢与钢结合而成。25t 汽车吊车在下管时，必须保证导管在孔的中心位置。本工程项目当中的桩基采用C25强度等级的混凝土材料。首次灌浆采用了抽吸法，在管道中放置了球囊作为隔离塞。在完成第一次灌注后，采用0.3m3的小型料斗进行桩基的浇筑。在浇注混凝土时，护套的泥浆表面必须保持在地下2m以上。

3 实验

3.1 施工难点

（1）施工场地下部地下水压力较大，涌水量可以达到0.45L/s，且地下水位越高，不仅对成孔和混凝土的最终密实度造成不利影响，而且还会使桩身混凝土中的水泥浆由于地下水的冲刷而松动，从而造成桩身冒水，影响桩基承载力。

（2）根据工程地质条件，桩基施工必须通过一层厚度较厚的粉砂层，通过这一层需要很长的工作时间，而粉砂层自身又不利于形成钻孔的护墙。

（3）由于工程地质条件及设计对桩基自身的要求较高，即便在施工中出现极小偏差，单桩承载力将无法满足设计要求。

（4）由于桩基自身结构较长，势必会在施工中出现成孔、清孔的过度耗时，而空置的时间越长，造成塌孔和缩颈的风险越大。

3.2 现场施工方案

在超长桩基成孔工艺中，可按照隔孔施工的方法，在桩体周围形成孔，然后在孔中注浆。考虑到施工中周围土壤的扰动会对桩体产生较大的应力，特别是在成桩初期，桩体的混凝土强度较低，容易出现塌孔、缩径等问题，因此，需要在施工中控制桩体的间距，对其间距的设计，可按照下述公式计算。

式中Q代表桩体间距，I代表混凝土强度，l1代表预设前桩位置，l2代表预设后桩位置。

在钻孔过程中，要做好对钻孔速度与钻进速度的控制，使钻孔直径大于其他地层，有利于钢筋笼的顺利放入。同时，通过增加泥浆的比重、黏性，达到平衡压力水的稀释效果，达到钻井成孔时孔壁稳定的目的。

在复查钻头长度时要特别注意钻杆的弯曲，明确钻头的直径对钻孔的尺寸有很大的影响，在施工中要经常检查钻头的直径，如果钻头的磨损大于10mm，应立即更换。

在沉箱施工时，应注意钢筋笼的稳定沉降，以及在沉陷时，避免与孔壁发生碰撞；在吊运时，若有障碍物，不可用重物压下，以免造成塌孔、钢筋笼变形，应立即停止吊起，并找出原因；如果是由于成孔错位造成的，则要复钻进行修正，在确定了成孔质量之后，才能进行吊装。此外，在混凝土浇筑之前，必须使用管道进行二次清孔，在孔口的回浆比重和沉渣厚度达到规定值后，必须立即进行水下混凝土的灌浆，以确保现场施工的规范性。