水泥混合泥浆护壁法解决块石填土层灌注桩施工成孔难题
胡雄飞 姜锐 梅弢
摘 要：本文以汕头某挖入式港池码头工程灌注桩施工过程中，冲击钻孔时遇到10m厚块石层，由于块石空隙太大无法形成泥浆护壁，难以成孔的问题，通过多方案比较和尝试，最后采用水泥混合泥浆护壁、分层固结法有效解决这一问题。
关键词：块石层填土；灌注桩；水泥混合泥浆护壁；分层固结；成孔
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0060-02
灌注桩施工技术已经非常成熟，但在施工过程中，由于地质复杂多变，以及场地条件限制，经常采取非常规施工工艺。如遇到较厚块石填层时，因块石直径较大，分布无序，间隙大，无法形成泥浆护壁，容易造成漏浆、塌孔，甚至造成安全、质量事故，下面结合工程实例，探讨解决这一问题的技术方法。
1工程概况
本工程位于汕头市礐（que）石塔头的北侧，为挖入式港池，港池总尺寸为260×80m，码头总长度700m。
码头采用钻孔灌注桩梁板结构。
码头桩基采用Ф1000灌注桩，持力层为基岩，桩长平均45m， 共计336条。
本工程为挖入式港池，港池内码头采用陆上施工灌注桩及码头上部结构，再开挖港池的施工顺序。
2灌注桩施工方案
结合现场地质情况，灌注桩施工采用冲击钻孔、泥浆护壁的施工方法，施工工艺如下：
平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平臺→安装桩机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→检查验收。
港池位置为原码头后方回填区域，表层土体下有回填的块石且厚度较大，块石层厚度约10m。在该位置进行灌注桩施工时，冲孔钻头穿过表层土体，泥浆便顺着块石的空隙流走、无法回流，导致钻渣堆积在孔底，无法继续成孔。为解决灌注桩冲孔施工在块石层成孔的问题，施工中考虑并尝试了多种施工方案：
2.1换填法
挖除空隙较大、无法成孔的土层结构，重新换填成孔性能较好的黏土，再进行灌注桩施工。
但实际施工过程中存在以下3个问题，该方案未被采用。
（1）施工场地狭小，宽度不足20m，在保证施工安全的情况下，能够开挖、换填的深度有限；
（2）施工位置水位较高，块石层在水下，受海水冲刷，换填效果不理想；
（3）块石层厚度过大，不能完全换填，无法达到改善土体成孔性能的目的。
2.2增大泥浆稠度法
在成孔过程中，泥浆具有悬浮钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔的作用，是施工正常成孔的关键。
泥浆稠度的控制在灌注桩成孔过程中起着非常重要的作用，要根据底层变化或操作要求机动掌握。泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低冲孔速度。泥浆密度控制在1.15～1.25t/m3，粘度控制在20～30s之间较为合理。
前期灌注桩冲孔施工中曾遇到过厚度较大的砂层，也存在因泥浆流失导致无法成孔的情况。后来通过增大泥浆的稠度，增强泥浆的护壁效果，完成灌注桩成孔。当灌注桩钻孔遇到较厚块石层的时候，首先采用的处理方式就是增加泥浆的稠度。
施工时在现有钻孔的基础上回填黏土，重新进行灌注桩钻孔施工。再次进入块石层时没有马上因为泥浆流失而停止成孔，而是冲孔一小段距离后才因泥浆流失而停止成孔。经分析认为，增加泥浆稠度的方法是有效的，但是泥浆在块石层中形成护壁的能力有限，无法形成一定高度的护壁，泥浆形成的护壁能力需要进一步增强。
2.3水泥混合泥浆护壁法
为了进一步增强泥浆护壁的能力，在增加泥浆粘度仍然不能满足成孔要求的情况下，在泥浆中添加水泥，利用水泥的固结特性进一步增加泥浆形成护壁的能力，以确保泥浆除渣功能得以实现。
施工过程中，等桩机冲孔穿过表层土体进入块石层时，向泥浆中添加袋装水泥，形成水泥混合泥浆。混合泥浆形成泥浆护壁的能力进一步增加，进入块石层后未出现因泥浆流失而无法钻孔的情况。
2.4分层固结护壁法
当桩机冲孔至块石层5m左右深度的时候，再次出现泥浆流失无法继续冲孔的情况。经分析，掺有水泥的混合泥浆形成护壁的能力增强，可在块石层中维持5m左右的高度，随着冲孔深度增大，超过泥浆护壁能维持的高度后边会失去护壁的作用，从而再次使泥浆从块石的缝隙中流失而无法冲孔。
泥浆中掺有水泥，混合泥浆有一定的凝结能力，经过初凝后可形成有一定强度的护壁结构。结合施工现场桩机钻孔取得的成果，总结掺有水泥的混合泥浆护壁可以维持的高度，采用分层固结护壁的方式进行钻孔。
施工时按水泥混合泥浆护壁法进行施工，冲孔至块石层时添加袋装水泥增强泥浆形成护壁的能力。待桩机冲孔至块石层厚5m时，停止钻孔施工，让已形成的混合泥浆护壁初凝固结。护壁固结具有一定强度后，再继续按泥浆水泥护壁法进行施工。反复几次，直至桩机穿透块石层。
水泥混合泥浆护壁固结后，掺有水泥混合泥浆护壁的高度可以重新计量，桩机可以继续向下冲孔，直至达到下一个临界高度。通过混合泥浆分层固结，将10m厚的块石层分成多个区段进行钻孔施工，每一区段的高度都在混合泥浆护壁极限高度内（控制在5m高度内），分层使难度较大的厚块石层冲孔施工得以实现。
2.5冲孔钻头的选择
随着块石层深度的增加，钻头冲击力逐渐下降，钻孔施工进度缓慢。
经分析，现有桩机钻头为花瓣形，前端粗大，钻头上的齿片圆滑，适合一般地质条件钻孔施工，并不适合穿透块石层。为了提高施工效率，施工及时调整桩机钻头，新钻头整体细长，前端收口，并附有尖锐的齿牙，穿透块石层效果较好。经实地施工实践，更换钻头后桩机冲孔效率有所提高，基本满足进度要求。
3结语
本工程经过工程验收及近三年的使用，灌注桩未出现任何问题，说明施工当时采取的措施是合理的。
水泥混合泥浆护壁法利用水泥的固结特性增加泥浆形成护壁的能力，解决块石填土层灌注桩施工成孔难问题是有效的；分层固结护壁法可以解决大厚度块石填土层成孔问题。
另外，选择合理的冲击钻头可以加快块石填土层灌注桩的成孔速度、提高效率、减少工程费用。
参考文献：
[1]港口工程桩基规范（JTS 167-4-2012）.
摘 要：本文以汕头某挖入式港池码头工程灌注桩施工过程中，冲击钻孔时遇到10m厚块石层，由于块石空隙太大无法形成泥浆护壁，难以成孔的问题，通过多方案比较和尝试，最后采用水泥混合泥浆护壁、分层固结法有效解决这一问题。
关键词：块石层填土；灌注桩；水泥混合泥浆护壁；分层固结；成孔
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0060-02
灌注桩施工技术已经非常成熟，但在施工过程中，由于地质复杂多变，以及场地条件限制，经常采取非常规施工工艺。如遇到较厚块石填层时，因块石直径较大，分布无序，间隙大，无法形成泥浆护壁，容易造成漏浆、塌孔，甚至造成安全、质量事故，下面结合工程实例，探讨解决这一问题的技术方法。
1工程概况
本工程位于汕头市礐（que）石塔头的北侧，为挖入式港池，港池总尺寸为260×80m，码头总长度700m。
码头采用钻孔灌注桩梁板结构。
码头桩基采用Ф1000灌注桩，持力层为基岩，桩长平均45m， 共计336条。
本工程为挖入式港池，港池内码头采用陆上施工灌注桩及码头上部结构，再开挖港池的施工顺序。
2灌注桩施工方案
结合现场地质情况，灌注桩施工采用冲击钻孔、泥浆护壁的施工方法，施工工艺如下：
平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平臺→安装桩机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→检查验收。
港池位置为原码头后方回填区域，表层土体下有回填的块石且厚度较大，块石层厚度约10m。在该位置进行灌注桩施工时，冲孔钻头穿过表层土体，泥浆便顺着块石的空隙流走、无法回流，导致钻渣堆积在孔底，无法继续成孔。为解决灌注桩冲孔施工在块石层成孔的问题，施工中考虑并尝试了多种施工方案：
2.1换填法
挖除空隙较大、无法成孔的土层结构，重新换填成孔性能较好的黏土，再进行灌注桩施工。
但实际施工过程中存在以下3个问题，该方案未被采用。
（1）施工场地狭小，宽度不足20m，在保证施工安全的情况下，能够开挖、换填的深度有限；
（2）施工位置水位较高，块石层在水下，受海水冲刷，换填效果不理想；
（3）块石层厚度过大，不能完全换填，无法达到改善土体成孔性能的目的。
2.2增大泥浆稠度法
在成孔过程中，泥浆具有悬浮钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔的作用，是施工正常成孔的关键。
泥浆稠度的控制在灌注桩成孔过程中起着非常重要的作用，要根据底层变化或操作要求机动掌握。泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低冲孔速度。泥浆密度控制在1.15～1.25t/m3，粘度控制在20～30s之间较为合理。
前期灌注桩冲孔施工中曾遇到过厚度较大的砂层，也存在因泥浆流失导致无法成孔的情况。后来通过增大泥浆的稠度，增强泥浆的护壁效果，完成灌注桩成孔。当灌注桩钻孔遇到较厚块石层的时候，首先采用的处理方式就是增加泥浆的稠度。
施工时在现有钻孔的基础上回填黏土，重新进行灌注桩钻孔施工。再次进入块石层时没有马上因为泥浆流失而停止成孔，而是冲孔一小段距离后才因泥浆流失而停止成孔。经分析认为，增加泥浆稠度的方法是有效的，但是泥浆在块石层中形成护壁的能力有限，无法形成一定高度的护壁，泥浆形成的护壁能力需要进一步增强。
2.3水泥混合泥浆护壁法
为了进一步增强泥浆护壁的能力，在增加泥浆粘度仍然不能满足成孔要求的情况下，在泥浆中添加水泥，利用水泥的固结特性进一步增加泥浆形成护壁的能力，以确保泥浆除渣功能得以实现。
施工过程中，等桩机冲孔穿过表层土体进入块石层时，向泥浆中添加袋装水泥，形成水泥混合泥浆。混合泥浆形成泥浆护壁的能力进一步增加，进入块石层后未出现因泥浆流失而无法钻孔的情况。
2.4分层固结护壁法
当桩机冲孔至块石层5m左右深度的时候，再次出现泥浆流失无法继续冲孔的情况。经分析，掺有水泥的混合泥浆形成护壁的能力增强，可在块石层中维持5m左右的高度，随着冲孔深度增大，超过泥浆护壁能维持的高度后边会失去护壁的作用，从而再次使泥浆从块石的缝隙中流失而无法冲孔。
泥浆中掺有水泥，混合泥浆有一定的凝结能力，经过初凝后可形成有一定强度的护壁结构。结合施工现场桩机钻孔取得的成果，总结掺有水泥的混合泥浆护壁可以维持的高度，采用分层固结护壁的方式进行钻孔。
施工时按水泥混合泥浆护壁法进行施工，冲孔至块石层时添加袋装水泥增强泥浆形成护壁的能力。待桩机冲孔至块石层厚5m时，停止钻孔施工，让已形成的混合泥浆护壁初凝固结。护壁固结具有一定强度后，再继续按泥浆水泥护壁法进行施工。反复几次，直至桩机穿透块石层。
水泥混合泥浆护壁固结后，掺有水泥混合泥浆护壁的高度可以重新计量，桩机可以继续向下冲孔，直至达到下一个临界高度。通过混合泥浆分层固结，将10m厚的块石层分成多个区段进行钻孔施工，每一区段的高度都在混合泥浆护壁极限高度内（控制在5m高度内），分层使难度较大的厚块石层冲孔施工得以实现。
2.5冲孔钻头的选择
随着块石层深度的增加，钻头冲击力逐渐下降，钻孔施工进度缓慢。
经分析，现有桩机钻头为花瓣形，前端粗大，钻头上的齿片圆滑，适合一般地质条件钻孔施工，并不适合穿透块石层。为了提高施工效率，施工及时调整桩机钻头，新钻头整体细长，前端收口，并附有尖锐的齿牙，穿透块石层效果较好。经实地施工实践，更换钻头后桩机冲孔效率有所提高，基本满足进度要求。
3结语
本工程经过工程验收及近三年的使用，灌注桩未出现任何问题，说明施工当时采取的措施是合理的。
水泥混合泥浆护壁法利用水泥的固结特性增加泥浆形成护壁的能力，解决块石填土层灌注桩施工成孔难问题是有效的；分层固结护壁法可以解决大厚度块石填土层成孔问题。
另外，选择合理的冲击钻头可以加快块石填土层灌注桩的成孔速度、提高效率、减少工程费用。
参考文献：
[1]港口工程桩基规范（JTS 167-4-2012）.
