深厚砂砾层中钻孔桩施工及桩底注浆

　　摘要：本文介绍了利用GPS-10B工程钻机在深厚砂砾层地层中钻孔灌注桩的施工和桩底注浆施工技术，认为只要采取合理的技术措施，处理好泥浆问题，常规设备也能够做到顺利施工，通过桩底后压力注浆可以提高桩端承载力。
　　关键词：钻孔灌注桩，砂砾层，泥浆，桩底注浆
　　临海市建设大楼位于临海市城东开发区，由主楼、会议厅及附属用房组成，为台州市重点工程。主楼占地面积约900m2，设地上28层，地下1层，建筑高度99.75m，总高度118.00m。框架-筒体结构，最大竖向柱力设计值22500KN，基础设计采用钻孔灌注桩，主楼桩采用桩底注浆。
　　1工程特点
　　1.1地质条件复杂
　　地貌类型属山区平谷型，场地第四系地层为全新统（Q4）河漫滩相和滨海相沉积物组成，15m以上为滨海相沉积的软粘土，15m以下为受古灵江河床控制的河漫滩相圆砾层，其厚度达20m以上，圆砾层中孔隙潜水富水性好，极易出现漏浆现象。
　　1.2基桩入卵砾石层深度大
　　设计要求桩端进入⑦-4层3m以上，而入⑦-4圆砾层必须穿过⑦-1、⑦-2、⑦-3层圆砾层，其厚度达25m左右。
　　1.3圆砾层中钻进困难：圆砾层厚度大，颗粒组成大小不一，分选性差，粒径2-10mm含量占40%左右，40-60mm含量占10%左右，大者达100mm以上。特别是⑦-4层桩端持力层呈中密-密实状，最大可见漂石粒径达到250mm。
　　2钻孔桩施工
　　钻进成孔是本工程的难点，深厚砂砾层中钻孔灌注桩的施工一直是桩基施工中的一个复杂课题。针对本工程的特点，我们进行了专项的分析研究。灌注桩施工在当地常用的是冲抓成孔，冲抓成孔一般受到深度的控制，当地成功的经验深度均在25m左右，而本工程施工孔深达到37m左右，设计用的是大直径钻孔灌注桩，而钻孔灌注桩要穿过20m以上的卵砾石层在当地还是第一次，无成功经验可供借鉴。
　　2.1采用分级钻进技术
　　在同级钻头钻进困难的情况下，选用小一级的钻头钻进，在密实的卵砾石层中则可用小一级、二级的筒式钻头钻进，先成小孔，尔后进行扩孔。因为钻头在卵石层内钻进工作时，极少数有碎岩过程，绝大多数时间仅是通过钻头的拔动，破坏卵石层原有结构，使其各组成颗粒及充填物变得松散，此时借助冲洗液的作用，将其携带至孔口，因此先成小孔既减少了钻进阻力，又能破坏原有结构。
　　2.2强化泥浆循环系统
　　卵石层钻进必须使用携带能力和护壁性能都十分优良的优质泥浆，才能保证成孔速度和质量。泥浆的配制可以选择膨润土和水为主要原料，同时加入少量纯碱、部分水解聚丙烯酰胺（PHP）、水解聚丙烯氰（HPAN）等添加剂配制泥浆，也可采用粘土原土造浆，两者性能比照如下表：
　　
　　
　　由表可知，性能上膨润土造浆好，在成本支出上原土造浆省。经过试成孔施工，我们认为采用原土造浆是可行的，但是要强化泥浆循环系统。为此，我们在泥浆循环系统中设立四个池（如图示），池与池连接处设立过滤网，通过提高泥浆比重和粘度，加大携渣能力，将5-20mm左右的圆砾带上孔口进入过滤池，经过滤池、沉淀池两道过滤沉淀后人工及时清除，减少成孔泥浆含渣率，确保粗颗粒渣质不再进入下次循环。
　　
　　
　　3清孔泥浆的控制
　　按灌注桩施工技术规程，水下混凝土浇灌前孔内泥浆比重要求<1.25g.cm-3,含砂率<8%，孔底沉渣厚度端承桩<5cm。其最终目的是保证水下混凝土浇灌顺利，不出现堵管和断桩，以确保成桩质量。
　　对粘性土层或孔壁稳定的含砂量少的地层，泥浆比重要求<1.25g.cm-3，含砂率<8%，能保证孔内沉渣厚度要求，可以执行规程。但对于砂、砾石地层或含砂量高，孔壁不稳定的地层，不能执行泥浆比重<1.25g.cm-3，含砂率<8%的规定。大量实践证明，在砂砾层中进行钻孔桩施工，泥浆比重<1.25g.cm-3，则浮不住砂粒，在安放钢筋笼的过程中1～2小时内，泥浆中悬浮的砂砾石沉淀，沉渣厚度可达到40～60cm,时间再长，沉渣厚度可达到100cm以上，甚至会塌孔。若增加泥浆浓度,将比重调到1.40g.cm-3～1.50g.cm-3，或1.50g.cm-3以上，能浮住粒径0.5cm以下的颗粒，钻孔停放8～12小时，孔深几乎保持不变，很安全。泥浆的比重要比砼小，只要浇灌导管直径大于6倍碎石(卵石)直径，并且保证浇灌落差(漏斗高度)和砼坍落度，就不会出现堵管现象，能保证成桩质量。
　　4桩底注浆
　　根据设计要求，本工程压力注浆采用预埋双管的开式注浆工艺，其工艺流程为：
　　注浆管阀的制作→桩孔成孔→注浆管阀的孔内安装、埋设→桩体混凝土灌注→注浆阀开塞→冲洗注浆区→高压注浆
　　从上述工艺流程中可以看出，注浆成功与否的关键主要取决于注浆阀的性能和注浆管、阀的制作安放和埋设。
　　4.1注浆管、阀的制作
　　注浆管、注浆阀的性能是在注浆系统的安放、埋设和桩体砼的灌注过程中防止泥浆进入注浆管路系统，同时注浆时在较低的压力作用下又能打开，形成注浆通道，而制作的原则是实用、经济、便于安装。具体做法如下：采用Ф48高频直缝焊管作为注浆管，其结构分为三个部分：端部30cm为花管，中部直管及上部带丝扣的接头，在安放前预先将端部花管注浆孔加工好，外部装上逆止阀层，即注浆孔用图钉、橡胶内胎和塑料胶布进行密封，铅丝扎实，外部绑焊上Φ8保护钢筋，花管的底端压成扁平状并用电焊封
　　在下钢筋笼的同时，安放注浆管，安放时注浆管底端必须伸出钢筋笼底端10cm-20cm左右，并与钢筋笼主筋绑焊连结，绑焊至少两处，每处绑焊长度不少于15cm，以后各段注浆管随钢筋笼的下放，接头先连接好，后与钢筋笼点焊并用12#铅丝绑扎固定，绑扎点焊间距不得大于2m,以防钢管和钢筋两者脱落。注浆管的顶端必须伸出地面30cm-50cm,并用堵头封死，以免杂物堵塞注浆管影响注浆效果。
　　4.2注浆施工
　　(1)施工参数的选择
　　a、开塞(阀)压力2-6Mpa；注浆压力1.5-2.0Mpa；注浆水泥量Ф800mm桩2t/根，不少于1.6t/根，Ф1000mm桩3t/根，不少于2.5t/根。
　　b、终止注浆条件
　　注浆水泥量达到设计要求；桩顶出现冒浆；注浆压力达到初始压力的2-3倍，且注入量显著减少，难以注入时；桩顶上抬量超过要求。
　　(2)开阀
　　试锚桩开阀在成桩结束后10天进行，工程桩在最后一根桩成桩结束后进行，开阀能够清除注浆管逆止阀周围混凝土中水泥浆体,防止封闭射浆管，确保注浆能够顺利进行。
　　(3)注浆
　　开阀后先泵入清水，以冲洗注浆管及卵石层通道，然后采用1:1、0.6:1、0.5:1三种水泥浆液，由稀到稠注浆，直至将全部浆液注完为止。注浆结束后采用机械方式封堵注浆管闭浆，防止浆液流失和扰动。
　　注浆施工顺序为先周边后中间，中间桩按梅花状间隔跳开施工。
　　5成桩结果
　　经过精心组织和精心施工，我们如期保质完成了施工任务，经静载荷试验和低应变检测，所有基桩施工质量均符合要求，业主很满意。静载荷试验结果如下表。
　　
　　备注:S1、S2桩端持力层为⑦-4层，进行桩底压力注浆，S3桩端持力层为⑦-3层，未进行桩底压力注浆。经过注浆后桩承载力能够提高20%左右。
　　6体会
　　1、深厚砂砾层地层中钻孔灌注桩施工，孔深在40米左右GPS-10B型工程钻机正循环回转钻进能够顺利成孔施工，关键是要针对具体施工地层的地质情况，采取相应的措施和施工方法。
　　2、泥浆比重的控制在砂砾石层地层中不能照搬规程，否则难以保护孔壁和保证孔底沉渣厚度满足要求，最终达不到质量目标，尤其是砂砾层较厚的地层及承压水地层。
　　3、泥浆循环系统中，设立过滤池和沉淀池，及时清碴，对在砂砾层中钻孔灌注柱施工有很大的帮助。
　　4、桩端持力层为砂砾层时，采用桩底压力注浆，能够消除桩底沉渣带来的虚土效应，在桩端形成梨状固结体，减少桩端沉降量，提高桩的端承力，节约工程造价，值得推广。

《深厚砂砾层中钻孔桩施工及桩底注浆》

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