濕陷性黃土地區(qū)機(jī)械洛陽鏟成孔施工技術(shù)

任旭東

(甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

1 工程概況及工程特點(diǎn)

1.1 工程背景

蘭州市七里河區(qū)某工程(見圖1)，建筑面積27 766 m2，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上28層、地下1層。其中基礎(chǔ)采用群樁筏板基礎(chǔ)，共計(jì)150根直徑900 mm的混凝土灌注樁，平均樁深達(dá)27 m，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

圖1 施工現(xiàn)場

1.2 工程地質(zhì)概況

雜填土:層厚0.6 m～3.5 m，黃褐色，土質(zhì)不均勻，以粉土為主，含有少量的建筑垃圾及卵石顆粒等，稍濕稍密。黃土狀粉土:層厚18.4 m～25.9 m，黃褐色，土質(zhì)較均勻，孔隙蟲孔發(fā)育，含白色鈣質(zhì)條紋，見垂直裂隙。無光澤，干強(qiáng)度低。韌性低，稍濕稍密，承載力特征值200 kPa。卵石層:埋深22.2 m ～27.10 m，厚度5.2 m～22.80 m。成分以石英巖，花崗巖，變質(zhì)巖為主，磨圓度較好，呈亞圓形。表層0.8 m～1.3 m，粒徑以3 cm～10 cm為主，含漂石，其下粒徑以2 cm～6 cm為主(此層為本工程多層建筑物持力層)，承載力特征值500 kPa。黃土狀粉土層:埋深33.1 m～34.5 m。該層土質(zhì)較均勻，偶含小顆粒卵石，承載力特征值300 kPa。卵石層:埋深37.7 m ～49.1 m，厚度 4.2 m ～5.9 m，承載力特征值600 kPa(高層樁端持力層，樁端進(jìn)入卵石層不小于1 m)。

基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)無地下水。

1.3 施工方案的選擇

本工程基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)大部分土為較厚的黃土狀粉土豎向節(jié)理，其直立性較好，且無地下水。人工成孔灌注樁能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，且機(jī)具設(shè)備簡單，施工操作方便，占用場地小，無泥漿排出，對周圍環(huán)境及建筑物影響小，施工質(zhì)量可靠，可全面展開施工，而且工期短，造價(jià)低［1］。但由于本工程特殊地質(zhì)情況，卵石層(持力層)埋置較深，樁基礎(chǔ)要伸入卵石層，井樁開挖深度要達(dá)到近30 m，考慮到人工成孔施工效率低、施工人員勞動強(qiáng)度大，且施工環(huán)境及安全性差，安全生產(chǎn)難以保證，故采用機(jī)械洛陽鏟成孔施工工藝。

2 洛陽鏟

2.1 傳統(tǒng)洛陽鏟

洛陽鏟，又名探鏟，為半圓柱形的鐵鏟，一端有柄，有可接長的白蠟桿。使用時(shí)垂直向下戳擊地面，可深逾20 m，利用半圓柱形的鏟可以將地下的泥土帶出，直接獲取相應(yīng)深度土質(zhì)樣本，并逐漸挖出一個直徑十幾厘米的深井。廣泛應(yīng)用于考古發(fā)掘、地質(zhì)勘探等方面。

2.2 機(jī)械洛陽鏟

機(jī)械洛陽鏟是手動洛陽鏟的電動化、機(jī)械化設(shè)備。機(jī)械洛陽鏟由電機(jī)、變速箱、卷揚(yáng)機(jī)、鏟具、護(hù)筒、三角架、機(jī)架、重錘、沖錘等構(gòu)成［2］(如圖2所示)。其中，鏟頭的制作比較特殊，呈圓柱體，上半部為配重，下半部由左右兩片合圍成圓筒形鏟刃組成，其間由彈簧裝置相連(見圖2a))。機(jī)械洛陽鏟一般由2人操作，即1人操縱卷揚(yáng)機(jī)，1人推小翻斗車運(yùn)土。鏟頭直徑一般分30 cm～40 cm，40 cm ～50 cm，50 cm ～60 cm，70 cm ～80 cm，90 cm ～100 cm，100 cm～120 cm共6種，也可根據(jù)需要特制。本工程選用90 cm的鏟頭。

圖2 機(jī)械洛陽鏟

機(jī)械洛陽鏟根據(jù)不同的地下情況可分為土層型機(jī)械洛陽鏟和巖石型機(jī)械洛陽鏟，土層型洛陽鏟使用方便、快捷，造價(jià)低，效率高。但是存在的缺點(diǎn)是只能應(yīng)付地下大多是土層的情況，碎小的石頭，磚瓦等能正常使用，但遭遇地下巖石層時(shí)是不能使用的。而巖石型洛陽鏟則專門應(yīng)用于地下有大量巖層的土層，可以打出口徑30 cm～180 cm，深度約8 m～20 m的大口徑深洞。根據(jù)本工程特點(diǎn)可采用土層型機(jī)械洛陽鏟。

3 機(jī)械洛陽鏟施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝操作流程［3］

機(jī)械洛陽鏟成孔樁施工工藝流程為:準(zhǔn)備工作→放線定位→設(shè)備就位→測量控制→洛陽鏟成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→人工擴(kuò)底→樁底驗(yàn)收→安放鋼筋籠→澆筑井樁混凝土→養(yǎng)護(hù)→檢驗(yàn)。其中機(jī)械洛陽鏟的作業(yè)是通過卷揚(yáng)機(jī)控制鏟刃微微張開，利用鏟頭自重下落切土并取土(見圖2b))，再由中間軸往上提起，鏟口自動合緊將土體抱緊。當(dāng)提升到距井口約1 m時(shí)開合卷揚(yáng)機(jī)離合器，使鏟刃隨之開合即可將土卸落到手推車或翻斗車等機(jī)具上將土運(yùn)走(如圖2c)所示)。

3.2 施工工藝操作要點(diǎn)

1)施工準(zhǔn)備:在場地平整后，根據(jù)井樁施工布點(diǎn)圖測定樁位軸線控制網(wǎng)和地面高程，根據(jù)樁位進(jìn)行孔口定位，并撒白灰標(biāo)記。2)設(shè)備就位:設(shè)備移動，使自由懸吊的鏟具中心對準(zhǔn)樁孔中心，鏟頭垂直對準(zhǔn)樁位，可開孔挖土施工。3)挖土成孔:孔口定位檢查合格后開始操作機(jī)械洛陽鏟，利用卷揚(yáng)機(jī)提升洛陽鏟，鏟頭自重下落切土，閉合抓土，至地面卸土，依次循環(huán)成孔。4)人工擴(kuò)底:樁端擴(kuò)大頭部分及清孔工作必須由人工操作完成，先挖樁身圓柱體，再按擴(kuò)底尺寸從上到下削土修成擴(kuò)底形。擴(kuò)底直徑一般為1.5d～3.0d;鍋底中心比四周低150 mm～500 mm。5)樁底驗(yàn)收:成孔到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)經(jīng)過聯(lián)合驗(yàn)孔(主要檢查孔徑、樁孔垂直度和孔底高程)，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行鋼筋及混凝土成樁施工。6)設(shè)備轉(zhuǎn)移:成樁結(jié)束后可移動設(shè)備到下一根樁繼續(xù)施工。

3.3 樁端頭質(zhì)量控制、驗(yàn)收與安全技術(shù)措施

3.3.1 質(zhì)量控制［4］

1)樁位測量控制。土中釘入長鋼筋，并保證其不發(fā)生碰撞位移;另外，做好備用基準(zhǔn)點(diǎn)、十字控制線等措施控制樁的中心線。

2)挖孔時(shí)垂直度偏差控制。固定好三腳架、及時(shí)鏟除鏟頭內(nèi)的余土、采取防止鋼絲繩和鏟頭晃動的措施。

3.3.2 樁端驗(yàn)收

樁端驗(yàn)收的主要內(nèi)容包括:1)樁端進(jìn)入持力層，且不小于設(shè)計(jì)深度;2)擴(kuò)大頭的尺寸檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求;3)樁徑垂直度等是否符合規(guī)范要求。

3.3.3 主要安全技術(shù)要求

1)施工人員須經(jīng)過安全培訓(xùn)，合格后上崗。嚴(yán)格執(zhí)行工地安全規(guī)定。建立安全保證體系，配備安全員，由安全員負(fù)責(zé)工地的安全檢查和監(jiān)督。2)機(jī)架的安裝和拆除應(yīng)按操作規(guī)程進(jìn)行，在安拆過程中或移機(jī)時(shí)必須有專人指揮，在作業(yè)區(qū)6 m內(nèi)，禁止閑人靠近。3)所有施工機(jī)械和電氣設(shè)備，不得帶病運(yùn)轉(zhuǎn)和超負(fù)荷作業(yè)，電機(jī)設(shè)備檢修時(shí)，要先切斷電源，嚴(yán)禁帶電作業(yè)。4)采用機(jī)械洛陽鏟成孔至設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行人工擴(kuò)底施工，在作業(yè)人員進(jìn)入樁孔時(shí)需要對樁孔井壁進(jìn)行檢查，看是否有土體裂縫等不安全隱患。5)在擴(kuò)大頭部分施工時(shí)，樁孔內(nèi)作業(yè)人員必須戴安全帽，系掛安全繩，孔內(nèi)設(shè)應(yīng)急軟爬梯，供人員上下使用的吊籠安全可靠，不得使用麻繩和尼龍繩掉掛，并應(yīng)向井下通風(fēng)，加強(qiáng)空氣對流，必要時(shí)輸送氧氣，防止有毒氣體的危害，還應(yīng)在井下設(shè)100 W防水帶罩燈泡照明。操作時(shí)上下人員輪換作業(yè)，樁孔上人員密切觀察樁孔下人員的情況，互相呼應(yīng)，切實(shí)預(yù)防安全事故的發(fā)生。6)孔口四周必須設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施，以防止孔口雜物掉入砸傷人員。7)根據(jù)土質(zhì)情況，人員在孔底擴(kuò)孔時(shí)，孔壁隔一定距離加設(shè)鋼護(hù)筒，以防孔壁塌方。

4 機(jī)械洛陽鏟成孔技術(shù)特點(diǎn)

1)機(jī)械洛陽鏟工作時(shí)間短，操作簡便、易學(xué)，設(shè)備易維護(hù)，其工作效率可達(dá)到人工挖孔作業(yè)的約15倍。

2)采用機(jī)械洛陽鏟成孔較人工直接挖孔取土及垂直運(yùn)土作業(yè)避免了塌方等安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，保證了施工作業(yè)人員的安全。

3)采用機(jī)械洛陽鏟成孔較鉆機(jī)成孔節(jié)約施工成本，且不受地形條件限制，方便了施工，同時(shí)也避免了環(huán)境污染。

4)井樁的擴(kuò)大頭部分挖土和清孔工作仍需要人工輔助完成。通過人工擴(kuò)底施工，樁端擴(kuò)大頭提高了鋼筋混凝土灌注樁的承載力，使建筑基礎(chǔ)地基處理設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低工程成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5)機(jī)械洛陽鏟具有輕便靈活、搬運(yùn)方便、拆裝快捷的特點(diǎn)，而且由于它造價(jià)低，運(yùn)輸成本少，因此，即使是在工程量不大的小型工程中，亦可投入多臺機(jī)械洛陽鏟同時(shí)進(jìn)行施工，從而大大縮短工期。

6)機(jī)械洛陽鏟成孔工藝對場地工程地質(zhì)條件要求較高，它不容易穿透硬土層，不能穿透厚砂層。另外，由于機(jī)械洛陽鏟成孔不能采取壓灌成樁工藝，因此它只適用于地下水位以上的成孔施工。如果場地存在軟弱、易塌地層，則干成孔作業(yè)可能會引發(fā)縮徑、坍孔事故，因此也不適宜用機(jī)械洛陽鏟成孔工藝［5］。

7)機(jī)械洛陽鏟不適于在有地下水影響或極易產(chǎn)生流砂的井樁工程中采用。

5 結(jié)語

機(jī)械洛陽鏟樁基礎(chǔ)成孔工藝具有設(shè)備簡單、成孔速度快、施工成本低、對現(xiàn)場條件要求低等特點(diǎn)，特別適用于無地下水粘性土、黃土、粉土及無礫石的人工回填地基［6］。從本工程機(jī)械洛陽鏟施工的結(jié)果來看，均取得了良好效果，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為在濕陷性黃土地區(qū)推廣機(jī)械洛陽鏟施工積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

［1］左桂四，彭海明，陳 安，等.洛陽鏟灌注樁在住宅樓地基中的應(yīng)用［J］.巖土工程界，2001，7(10):27-29.

［2］王笑敏.機(jī)械洛陽鏟成孔人工擴(kuò)底鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)［J］.科學(xué)之友，2008，7(4):43-46.

［3］王進(jìn)軍，陳 燕，柳 偉.機(jī)械洛陽鏟成孔灌注碎石樁施工技術(shù)淺析［J］.河南水利與南水北調(diào)，2011，20(6):76-77.

［4］張若征.淺談混凝土灌注樁洛陽鏟成孔質(zhì)量控制［J］.山西建筑，2011，37(17):204-205.

［5］吳裕年，陳武民.機(jī)械洛陽鏟在CFG樁成孔施工中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2011，12(15):7-11.

［6］段新燕.機(jī)械洛陽鏟干法成孔工藝探討［J］.科技傳播，2012，5(12):85-88.