深厚回填土地層超深樁基360°全回轉(zhuǎn)全套管施工技術(shù)

張艷濤，陳富東，盧智強，吳治剛，彭 成

（1. 中建隧道有限公司，重慶 401320；2. 中南大學(xué)，土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075）

旋挖和沖擊是常用的深長樁基成孔方式，但當(dāng)遇到高水位深厚回填土地層時，采用這2種成孔方式往往會產(chǎn)生一系列成孔困難、周邊環(huán)境影響不易控制等問題。當(dāng)采用旋挖成孔，深厚回填土地層的塌孔可能性極大，特別是當(dāng)回填土未固結(jié)時，容易出現(xiàn)地陷的現(xiàn)象，周邊環(huán)境影響較大，工程工期及工程質(zhì)量均難以保證。如萬博商務(wù)區(qū)工程中采用旋挖法在大厚度塊石回填土中鉆孔施工時出現(xiàn)了嚴(yán)重的塌孔事故［1］。而當(dāng)采用沖擊成孔，充盈系數(shù)大，工程造價較高，若周邊存在敏感建筑物，其施工沖擊會對現(xiàn)有建筑物產(chǎn)生較大的震動影響，施工過程中危險系數(shù)較大［2］。如文獻［3］就專門報道了某建筑工程采用沖擊成孔施工時，強大的震動沖擊引起周圍居民強烈不滿的案例?？梢?，無論是從工程本身的質(zhì)量安全出發(fā)，還是從工程周邊環(huán)境的響應(yīng)方面考慮，樁基成孔方式的選擇均顯得十分重要［4］。

為此，筆者結(jié)合重慶軌道交通9號線臺商工業(yè)園出入段線段樁基工程，分別從設(shè)備效能、工藝工法、經(jīng)濟效益等方面開展攻關(guān)研究和工程實踐，優(yōu)選地提出和采用360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工技術(shù)。本文重點闡述了該技術(shù)的施工工藝、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、成樁質(zhì)量檢測等方面的內(nèi)容，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況及重難點分析

重慶交通軌道9號線臺商工業(yè)園出入段YRCDK0+306.22～YRCDK0+539.86以及YRCD K0+894.425～YRCDK1+87.845里程范圍位于深厚回填區(qū)，回填厚度約15～63m，未經(jīng)夯實處理，土體結(jié)構(gòu)疏散多孔，含有較大孤石，局部含有建筑垃圾。地下水位高，樁基埋入地下水位約為22～47m。該工程結(jié)構(gòu)樁共計231根，樁徑為1.0～1.2m，設(shè)計最大樁長65m，見圖1。與此同時，本工程周邊存在諸如電力隧道、污水管線等敏感性建筑，在鉆孔施工期間需要保證它們一直處于正常的運營狀態(tài)。

圖1 重慶交通軌道9號線臺商工業(yè)園出入段縱斷面圖

2017年12月，按原設(shè)計方案采用旋挖機械進行鉆孔施工。期間，出現(xiàn)嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，揭露地層條件為典型的土石混填地層，無自穩(wěn)能力，且地下水位較原勘測地下水位高。

綜合可見，本工程存在所處環(huán)境復(fù)雜、地層條件差、工作量大、工期緊等施工重、難點，且原設(shè)計采用的旋挖鉆施工技術(shù)難以滿足當(dāng)前工程的實際需要。為此，項目承擔(dān)單位組織了多次學(xué)術(shù)研討和專家論證，分別從設(shè)備效能、工藝工法、經(jīng)濟效益等方面開展了攻關(guān)研究和工程實踐。最終，優(yōu)選地提出和采用了360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工技術(shù)。

2 360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工技術(shù)原理

結(jié)合本項目的實際地質(zhì)、環(huán)境特征，成樁施工過程中必須解決鉆進和護壁同步作業(yè)，為此通過比選研究，確定選用全回轉(zhuǎn)套管機進行作業(yè)。其基本原理（見圖2）為：

（1）旋轉(zhuǎn)切割：全回轉(zhuǎn)套管機在作業(yè)時產(chǎn)生下壓力和扭矩，驅(qū)動鋼套管向下轉(zhuǎn)動，管口的鉆頭在旋轉(zhuǎn)過程中對土體進行切割，從而套管不斷地往下鉆進。

（2）護壁：鋼套管自身具有較大的剛度，在設(shè)備的垂直下壓力作用下保持其在旋轉(zhuǎn)鉆進過程中與土體緊密貼合，從而起到了護壁的作用。

（3）成孔：在鋼套管的護壁作用下，用沖、抓頭將管內(nèi)的土體不斷地取出，從而形成了所需的樁孔。

圖2 360°全回轉(zhuǎn)全套管施工技術(shù)原理

3 360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工工藝流程與作業(yè)要點

360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工工藝流程如圖3。

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）本施工組織設(shè)計中確定的施工組織機構(gòu)各部門人員集中到位，明確施工準(zhǔn)備目標(biāo)，按項目部各人員的主要職能運行，完成對樁基作業(yè)人員的組織準(zhǔn)備。

圖3 360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工工藝流程

（2）完成對施工機械（具）的保養(yǎng)調(diào)試及清潔，保證在進場前機械（具）性能、狀態(tài)良好。本技術(shù)所涉及的主要儀器設(shè)備見表1。全套管全回轉(zhuǎn)設(shè)備調(diào)試和檢查項目包括：①鉆機各連接螺栓無松動現(xiàn)象；②燃油、潤滑油、液壓油、冷卻水無滲漏現(xiàn)象；③各部鋼絲繩無損壞和銹蝕，連接正確；④液壓裝置工作有效；⑤套管和澆注管內(nèi)側(cè)無明顯的變形和損傷，未被混凝土粘結(jié)。

（3）各種材料準(zhǔn)備齊全，完成材料的購買及購買計劃，保證施工時各種材料及時到位。具體包括：水泥、骨料、粉煤灰、鋼筋、混凝土外加劑、混凝土用水等。

（4）規(guī)劃、組織好運輸力量，對進場道路、路線進行考察、落實，平整場地。

3.2 測量放樣及設(shè)備就位

根據(jù)設(shè)計圖，以建設(shè)單位提供的控制點為定位依據(jù)，采用全站儀進行測量，定出擬施工樁位，并在樁位中心用紅漆三角標(biāo)志和鋼筋做好保護。

表1 主要機械設(shè)備一覽表

將鉆機的定位器中心與鉆孔灌注樁樁位中心對齊，并調(diào)整鉆機的水平度，反復(fù)調(diào)整使鉆機在中心與樁位中心對準(zhǔn)。

3.3 套管安裝及鉆進施工

樁機就位后，利用起吊機將鋼套管安裝至鉆孔設(shè)備的中心孔洞中。鋼套管安裝好后，采用固定錘球或經(jīng)緯儀雙向進行垂直度復(fù)測。垂直度應(yīng)小于0.5%，滿足要求開始成孔，見圖4。

套管安裝就位后，啟動360°全回轉(zhuǎn)全套管設(shè)備。鋼套管在設(shè)備的下壓力和扭轉(zhuǎn)力作用下逐漸往下沉入，見圖5。當(dāng)鋼套管下沉至設(shè)計深度后，利用沖抓斗將套管內(nèi)的土取出。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，為防止流沙管涌現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)盡可能將鋼套管鉆深超過鋼套管內(nèi)的土體面。根據(jù)施工的實際情況，如發(fā)生流沙時，可采用水、泥漿或黏土球進行穩(wěn)壓并快速通過。值得注意的是，鉆孔過程中要隨時用經(jīng)緯儀校正垂直度（＜1%）。

圖4 套管安裝

圖5 鉆孔作業(yè)

3.4 吊放鋼筋籠

在吊裝鋼筋籠前應(yīng)對鋼筋籠進行檢查，檢查內(nèi)容包括長度、直徑、焊點變形等是否滿足設(shè)計要求，檢查滿足要求后可開始吊裝。吊裝采用履帶式起重機3點緩慢起吊，嚴(yán)防鋼筋籠變形。鋼筋籠分多節(jié)吊裝時，為保證鋼筋焊接質(zhì)量，接頭必須滿足設(shè)計及施工規(guī)范要求。鋼筋籠的保護塊采用滾輪式的高強度水泥砂漿保護塊，防止起拔鋼套管時將鋼筋籠帶上。同時，在鋼筋籠頂部綁上測繩以便在拔鋼套管時可實時監(jiān)控鋼筋籠的情況。鋼筋籠外徑與鋼套管內(nèi)徑應(yīng)有一定的空隙，空隙一般不小于50mm。

3.5 澆筑混凝土

（1）安裝混凝土導(dǎo)管：混凝土灌注導(dǎo)管必須進行閉水試驗，閉水試驗壓力不少于3MPa。混凝土導(dǎo)管采用Φ300螺紋聯(lián)接鋼導(dǎo)管，各節(jié)導(dǎo)管應(yīng)扣緊以防止漏氣堵管，混凝土導(dǎo)管底端離孔底約300～500mm。

（2）灌注混凝土：混凝土導(dǎo)管安置完畢后，開始澆筑混凝土。灌注過程要連續(xù)進行，不得中斷，盡量縮短灌注時間，以防止樁孔內(nèi)頂層混凝土失去流動性，提升困難，造成質(zhì)量事故。單樁混凝土灌注時間不宜超過8h。重復(fù)上述過程，直至孔內(nèi)混凝土澆筑至設(shè)計標(biāo)高，灌完后拆除混凝土導(dǎo)管。每次拆除的混凝土導(dǎo)管應(yīng)馬上進行清水沖洗，為下次混凝土灌注準(zhǔn)備。

4 360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

4.1 質(zhì)量檢測項目及標(biāo)準(zhǔn)

樁基施工過程中各項目應(yīng)滿足以下規(guī)范的要求：JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、JGJ18-2012《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》、GB50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、JTG/TF50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》。360°全回轉(zhuǎn)全套管成樁主要檢查項目見表2。

表2 主要檢測項目

4.2 樁基質(zhì)量檢測

（1）采用靜載試驗對樁基的豎向承載力進行檢測。根據(jù)規(guī)范，單樁豎向靜載試驗的檢測數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)小于3根。

（2）采用低應(yīng)變法檢測樁基的完整性，因為該測試方法能夠保證樁身質(zhì)量。抽樣數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的5%，且不少于5根。

（3）采用超聲波投射法檢測樁身的均勻性。超聲波投射法的檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的30%，且不少于10根。

5 結(jié)束語

本文以重慶軌道交通9號線臺商工業(yè)園出入段線段樁基工程為背景，針對深厚回填土地層鉆孔施工存在的易塌孔、環(huán)境響應(yīng)敏感等問題，提出了360°全回轉(zhuǎn)全套管樁基施工技術(shù)，并進行了工程實踐。實踐證明：該技術(shù)具有防塌孔、縮頸等優(yōu)勢，成孔質(zhì)量好，垂直度可精確到1/500；無需泥漿護壁，無噪音，無振動，對周邊環(huán)境擾動小；可適用于富水軟弱地質(zhì)、巖溶地區(qū)等各類易塌孔地層中樁徑為Φ500～Φ2000mm的鉆孔灌注樁施工，特別適用于環(huán)境控制嚴(yán)格的超深樁基成孔施工，最大成孔深度可達120m，且可實現(xiàn)斜樁成孔施工。在依托工程施工完成的231根深樁基質(zhì)量全部合格，取得了良好的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。