復(fù)雜土層承壓水條件下超長旋挖樁施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

高春雷

云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 云南 昆明 650501

旋挖鉆孔灌注是一種常用的鉆孔灌注樁施工方法，其具有成樁質(zhì)量較好、施工速度快、土層適用能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。國內(nèi)外旋挖鉆孔灌注樁施工中多采用傳統(tǒng)施工技術(shù)，在遇到含有較厚軟弱土的復(fù)雜土層、承壓水（水頭高度超過工作面高度）、樁長超長條件下，或放棄使用旋挖鉆孔灌注樁工藝，采用更為傳統(tǒng)的回旋鉆施工方法，或采用成本較高的全護(hù)筒施工方法。但此2種工藝均不經(jīng)濟(jì)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

背景項(xiàng)目位于昆明市西山區(qū)日新中路陸家社區(qū)片區(qū)，為某集團(tuán)的辦公樓，項(xiàng)目占地面積約2.33 hm2，擬建2棟主塔樓及1棟附樓，工程樁均采用旋挖鉆孔灌注樁，主樓樁徑800 mm，附樓樁徑600 mm。主樓旋挖樁鉆孔深度約51.5 m，鋼筋籠長48.7 m；附樓鉆孔深度約40 m，鋼筋籠長37.6 m。所有旋挖鉆孔灌注樁均埋設(shè)2根注漿管，進(jìn)行后壓漿施工；30%旋挖樁設(shè)置2根聲測管，用于成樁質(zhì)量檢測。

1.2 項(xiàng)目地質(zhì)情況

項(xiàng)目位于昆明滇池?cái)嘞菖璧刂胁康囟?，為滇池盆地湖相沉積平原地貌，地基土層主要以厚度較大的第四系湖積相、沼澤相松散堆積層為主，淺部分布有少量人工填土及沖洪積黏性土等。主要土層有淺層雜填土、黏土，深層為泥炭質(zhì)土和粉土（粉砂）互層，土質(zhì)較差，成孔難度較大，成樁質(zhì)量難以保證。

1.3 樁基工程設(shè)計(jì)概況

本工程主樓建筑為雙塔形式，雙塔之間通過1層屋面平臺(tái)相連，雙塔高均為24層、建筑高度99.8 m，±0 m相當(dāng)于絕對(duì)高程1 890.3 m；規(guī)劃主樓地上建筑面積79 677.9 m2；附樓位于主樓西側(cè)，高9層、建筑高度38.0 m，與主樓通過室外走廊相連，規(guī)劃地上建筑面積12 839.8 m2。本工程2棟主塔樓工程樁樁型為φ800 mm旋挖灌注樁，共372根；1棟附樓工程樁樁型為φ600 mm旋挖灌注樁，共162根。所有旋挖樁均進(jìn)行后注漿施工，注漿量為5 t /根。

2 旋挖樁施工重難點(diǎn)及目標(biāo)

2.1 施工重難點(diǎn)

本項(xiàng)目針對(duì)軟弱土較厚的復(fù)雜土層、承壓水等情況下的旋挖樁施工方法進(jìn)行研究，主要針對(duì)以下4個(gè)方面進(jìn)行全面探索：承壓水水頭高于工作面，須降低承壓水水頭；因承壓水的影響，泥漿被稀釋，坍孔現(xiàn)象比較嚴(yán)重；土質(zhì)較差且比較復(fù)雜，加上承壓水水頭高、樁長較長（鋼筋籠下放時(shí)間較長）等原因，導(dǎo)致沉渣較厚的問題；樁徑較小，且設(shè)有注漿管與聲測管，混凝土澆筑過程中導(dǎo)管對(duì)注漿管、聲測管的影響。針對(duì)以上方面，提出一系列的技術(shù)處理措施，來解決本工程及類似工程的施工難題，最大限度地保證施工安全、進(jìn)度及質(zhì)量。

2.2 擬達(dá)到的目標(biāo)效果

針對(duì)軟弱土較厚的復(fù)雜土層、承壓水等類似情況下的旋挖樁施工時(shí)存在的問題進(jìn)行研究，最終達(dá)到：降低承壓水水頭，避免承壓水外流，以保證混凝土澆筑質(zhì)量，同時(shí)本項(xiàng)目降承壓水不對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響；解決泥漿被稀釋的問題，確保泥漿的護(hù)壁作用，防止或減少坍孔現(xiàn)象；縮短成孔后鋼筋籠的下放時(shí)間，以最短時(shí)間下放鋼筋籠、導(dǎo)管，減少沉渣的產(chǎn)生；對(duì)含有注漿管、聲測管的φ600 mm旋挖樁鋼筋籠進(jìn)行改造，最大限度地保證鋼筋籠中部空間，減少導(dǎo)管上下插拔時(shí)對(duì)注漿管與聲測管的影響。以為類似工程項(xiàng)目提供技術(shù)處理措施參考，解決類似工程的施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度問題。

3 采取的主要技術(shù)措施

針對(duì)以上技術(shù)難題，本項(xiàng)目采取了5項(xiàng)與傳統(tǒng)旋挖樁施工不同的新技術(shù)。

3.1 設(shè)置全自動(dòng)泄壓井

1）在不影響工程樁及后期土方開挖、底板施工的前提下，在基坑周邊設(shè)置6個(gè)φ1 200 mm泄壓井，泄壓井深度為20 m，采用旋挖樁機(jī)成孔，孔內(nèi)放鋼筋籠，鋼筋籠外包φ1.0 mm網(wǎng)孔的8 mm×8 mm鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)外包土工織物。

2）每個(gè)泄壓井設(shè)計(jì)一個(gè)全自動(dòng)抽水泵，沿周邊設(shè)置一圈φ63 mm的PE管，自動(dòng)抽水泵與PE管連接。

3）水泵抽排地下水至工程樁施工工作面以下1～2 m，以減少涌水造成沉渣超標(biāo)的情況，同時(shí)有利于保證混凝土澆筑質(zhì)量。

4）水泵抽至工作面以下1～2 m后，自動(dòng)停止抽排，待水位上漲后自動(dòng)開始抽排。

5）在泄壓的過程中，通過加強(qiáng)周邊的監(jiān)測，來判斷是否對(duì)基坑周圍有影響。監(jiān)測方式：通過觀察法，觀察泄壓井周圍有無沉降、開裂現(xiàn)象。若有影響，應(yīng)立即停止抽排水，采用C25素混凝土進(jìn)行澆筑封堵。

6）旋挖樁施工完畢后，深層地下水便不用再泄壓，停止抽排水，采用C25水下素混凝土進(jìn)行澆筑封堵。

通過設(shè)置泄壓井，解決了樁孔內(nèi)地下水外涌問題，減少了坍孔和地下水對(duì)泥漿的稀釋以及沉渣的產(chǎn)生，保證了混凝土澆筑質(zhì)量。

3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)整泥漿相對(duì)密度

在旋挖樁鉆孔時(shí)，泥漿起到護(hù)壁、抵消水壓力的作用。本工程施工中，存在一定的承壓水，旋挖鉆孔的過程中，泥漿會(huì)不斷被稀釋，減弱泥漿的護(hù)壁能力。在鉆孔過程中，每10 min測量1次樁孔內(nèi)的泥漿相對(duì)密度，根據(jù)泥漿稀釋情況，往樁孔內(nèi)加入密度較大的泥漿，以補(bǔ)償承壓水對(duì)泥漿的稀釋，保證泥漿的護(hù)壁能力。施工前將膨潤土、火堿、纖維素加入泥漿池內(nèi)，提前24 h制作泥漿，泥漿發(fā)酵24 h后護(hù)壁效果最佳。

動(dòng)態(tài)調(diào)整泥漿配比，減少了承壓水對(duì)泥漿的稀釋，達(dá)到了最佳的護(hù)壁效果。

3.3 設(shè)置長護(hù)筒對(duì)接鋼筋籠

因本工程鋼筋籠較長，達(dá)48.7 m，一籠起吊整體性、安全性都難以保證。分2節(jié)制作時(shí)，鋼筋籠在孔口對(duì)接時(shí)間較長。本項(xiàng)目在非樁位處施工2根長24 m的φ1 m鋼護(hù)筒作為對(duì)接孔，用于提前對(duì)接鋼筋籠。待鋼筋籠對(duì)接好后，用履帶吊整體起吊，并立即下放至剛成孔的樁孔中，隨后立即下放導(dǎo)管、澆筑混凝土，減少樁孔擺放時(shí)間，以減少坍孔及沉渣的產(chǎn)生。

長護(hù)筒的處理：待所有旋挖樁施工完畢后，為防止長護(hù)筒成為地下室的漏水通道，采用C25水下混凝土，將長護(hù)筒澆筑回填。

在長護(hù)筒內(nèi)提前對(duì)接好鋼筋籠，整籠吊放至樁孔內(nèi)，可節(jié)約1.5～2.0 h的鋼筋籠對(duì)接時(shí)間，減少了坍孔及沉渣的發(fā)生概率。

3.4 采用空氣壓縮設(shè)備輔助清孔

當(dāng)沉渣較厚，常規(guī)清孔設(shè)備無法清至規(guī)范要求的厚度以內(nèi)時(shí)，使用20 m3空壓機(jī)，配自制的清孔設(shè)備（圖1），用鋼軟管將壓縮空氣送入孔中，沉渣隨空氣帶出至沉淀桶內(nèi)進(jìn)行沉淀，以達(dá)到快速清除沉渣的目的。

圖1 空壓機(jī)輔助清孔示意

3.5 改變常規(guī)鋼筋籠構(gòu)造

同時(shí)設(shè)置聲測管和注漿管的φ600 mm樁，通過改變常規(guī)鋼筋籠構(gòu)造。在加工好的鋼筋籠上，將籠內(nèi)的所有加勁箍對(duì)稱切除2段，將聲測管、注漿管設(shè)置在切除段以內(nèi)，外側(cè)加焊一段加勁箍，以節(jié)約鋼筋籠中部的空間（圖2），避免澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管的上下插拔使聲測管、注漿管破壞。

圖2 改造后鋼筋籠構(gòu)造示意

改變常規(guī)鋼筋籠構(gòu)造，增加了鋼筋中部凈空間，有利于導(dǎo)管下放，避免破壞聲測管與注漿管。

4 效益分析

4.1 社會(huì)效益

本項(xiàng)目作為云南省重點(diǎn)工程，工期緊、任務(wù)重，通過采用5項(xiàng)技術(shù)措施，成功地解決了軟弱質(zhì)土中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。本項(xiàng)目所施工的旋挖工程樁中：抽取了30%進(jìn)行低應(yīng)變檢測，其中Ⅰ類樁比例為91%；抽取了10%進(jìn)行超聲波檢測，全部為Ⅰ類樁，Ⅰ類樁比例為100%。在此種土層復(fù)雜、軟弱土較厚的地質(zhì)條件下，Ⅰ類樁比例仍可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)工程的要求，足以證明本項(xiàng)目所采用的技術(shù)措施的作用是顯著的。通過以上幾項(xiàng)技術(shù)措施，本項(xiàng)目高效、保質(zhì)、保量地完成了旋挖工程樁施工任務(wù)，是類似地質(zhì)條件下旋挖樁施工典范，為云南甚至全國類似工程施工提供可以借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，該工法也具有非常好的社會(huì)效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目通過設(shè)置自動(dòng)泄壓井、調(diào)整泥漿配比、履帶吊一籠整體吊放鋼筋籠、采用空壓機(jī)輔助清沉渣、改變鋼筋籠構(gòu)造等措施，完美解決了軟弱質(zhì)土中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。本項(xiàng)目若無法采用旋挖鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，而變更為回旋鉆、沖擊鉆等灌注樁施工工藝，成本更高，工期更長，安全文明施工方面更加難以控制。本項(xiàng)目通過5項(xiàng)技術(shù)措施，解決了旋挖樁施工難題，為本項(xiàng)目節(jié)約了成本，取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為本工程節(jié)約了工期。

5 結(jié)語

昆明市市區(qū)東、西、南、北向的地質(zhì)差別很大，尤其是滇池附近地質(zhì)條件最差，泥炭土等軟弱質(zhì)土較厚，樁基施工難度大。

本項(xiàng)目通過采用5項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新措施，成功地解決了復(fù)雜土層中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。樁基檢測結(jié)果，驗(yàn)證了5項(xiàng)技術(shù)措施在此區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，高效、保質(zhì)、保量地完成了旋挖工程樁施工，為類似地質(zhì)條件下旋挖樁施工提供經(jīng)驗(yàn)，值得在類似工程中大力推廣和應(yīng)用。