高回填地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁的施工技術(shù)

李青松 李 寧 許 珂 韓 穎 胡盛然 樊景凱

中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟(jì)南 250014

目前，旋挖鉆孔灌注樁因具有自動(dòng)化程度高、成孔速度快、成孔質(zhì)量高、地層適應(yīng)能力強(qiáng)、環(huán)保性能好、施工周期較短、移位靈活方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的運(yùn)用和推廣[1-2]。但在現(xiàn)有施工設(shè)備和工藝的限制下，旋挖鉆孔對于一些復(fù)雜的地質(zhì)條件，尤其是像重慶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地貌起伏大、回填厚度大、范圍廣的施工環(huán)境，可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)較少且質(zhì)量控制難度較高。本文結(jié)合實(shí)際工程，重點(diǎn)分析了鉆孔灌注樁在高回填地區(qū)的施工特點(diǎn)及控制要點(diǎn)，明確了旋挖鉆孔灌注樁在各施工階段的管控難點(diǎn)及解決對策，為今后在類似地質(zhì)環(huán)境中施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

重慶市市政設(shè)計(jì)研究院研發(fā)基地工程位于重慶市渝北區(qū)中央公園片區(qū)，該工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，場地類別為復(fù)雜場地，主體樁基類型為端承樁。項(xiàng)目所處地段為構(gòu)造剝蝕淺丘地貌，原始地貌東西兩側(cè)為山坡，地勢較高，中間區(qū)域?yàn)轸~塘，呈“Y”字形分布（中間低、兩側(cè)較高，相對高差約14.6 m）。后期受人工改造，現(xiàn)狀為大面積回填區(qū)，回填區(qū)厚度為16.8～30.8 m。

1.2 水文地質(zhì)概況

本工程場地內(nèi)地層自上而下依次為：填土層、軟塑狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層、黃色泥巖、炭質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖。場地的特殊性巖土為填土層和軟塑狀粉質(zhì)黏土。其中，填土層厚度大，結(jié)構(gòu)松散，級配差，施工過程中常出現(xiàn)坍孔、漏漿現(xiàn)象。軟塑狀粉質(zhì)黏土壓縮性高、承載力低，不利于機(jī)械作業(yè)且施工過程易出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。

根據(jù)本工程地勘報(bào)告：通過鉆孔水位觀測，場地原始溝谷地帶內(nèi)潛水水位主要位于巖土界面附近，距基坑底標(biāo)高約8.0 m，說明該區(qū)域地下水位較高。

1.3 工程樁設(shè)計(jì)概況

本工程主體樁基為端承樁，總計(jì)341根，設(shè)計(jì)直徑1.0～2.3 m，樁頂標(biāo)高分別為-1.1、-7.5、-8.0、-15.2 m。設(shè)計(jì)每根工程樁嵌巖長度為5D（D為樁徑）。由于設(shè)計(jì)前期未給出實(shí)際樁身長度，為保證樁基施工時(shí)入巖判斷準(zhǔn)確，工程樁施工前由地勘單位進(jìn)行每樁一勘，即對每根樁進(jìn)行超前鉆勘探，并對巖芯進(jìn)行承載力試驗(yàn)。根據(jù)每根樁勘探數(shù)據(jù)，結(jié)合樁底承載力要求，最終由設(shè)計(jì)院明確工程樁實(shí)際樁底高程。

2 施工難點(diǎn)

2.1 地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，施工難度高

項(xiàng)目原始地貌呈“Y”字形分布，現(xiàn)狀為大面積回填區(qū)，地下水較豐富，填土深度16.8～30.8 m。地勘報(bào)告顯示，場地內(nèi)回填土為拋填形成，回填時(shí)間短，主要由砂巖塊石、泥巖塊石、頁巖塊石及少量粉質(zhì)黏土組成，塊石粒徑一般為20～600 mm，最大可達(dá)2 000 mm以上，結(jié)構(gòu)松散，多具架空現(xiàn)象，通常具有較大的孔隙和空洞。

旋挖作業(yè)施工難度較大，施工過程中容易發(fā)生坍孔、頸縮、夾砂等現(xiàn)象，形成Ⅲ、Ⅳ類樁。同時(shí)，由于回填土厚度大、空洞大，故孔底沉渣和混凝土澆筑控制難度高。

2.2 設(shè)計(jì)樁徑類型多、嵌巖深

本工程共計(jì)工程樁341根，樁徑和樁頂標(biāo)高多樣。設(shè)計(jì)嵌巖深度為5D（D為樁徑），樁長5.0～36.8 m不等。結(jié)合場地地層上松下硬的復(fù)雜情況，旋挖機(jī)械在掘進(jìn)至深層硬巖面時(shí)，將面臨掘進(jìn)速度驟減的問題。

3 施工特點(diǎn)及控制要點(diǎn)

3.1 旋挖設(shè)備的選型

旋挖設(shè)備、鉆頭的選型應(yīng)根據(jù)工程樁直徑、鉆孔深度以及地質(zhì)條件綜合考慮[3]。為適應(yīng)本工程復(fù)雜的地質(zhì)條件，本工程選用4臺(tái)中聯(lián)360A旋挖鉆機(jī)，均采用機(jī)鎖式鉆桿。鉆斗選用筒式鉆斗和雙底開門鉆斗，前者適用于回填區(qū)存在較大孤石、漂石和較硬巖地層的情況，后者適用于雜填土、淤泥以及風(fēng)化軟基巖施工[4]。

3.2 施工重、難點(diǎn)控制

本工程施工場地回填厚度大、結(jié)構(gòu)松散。為了確保旋挖鉆孔灌注樁施工質(zhì)量，在施工過程中須重點(diǎn)對樁身垂直度、樁底沉渣、坍孔、頸縮、混凝土澆筑和聲測管等進(jìn)行驗(yàn)收、控制。本工程主體樁基采用全鋼護(hù)筒護(hù)壁旋挖鉆孔施工工藝，下面將以本工程旋挖鉆孔灌注樁為例，結(jié)合旋挖作業(yè)常見的質(zhì)量通病和技術(shù)難題，對高回填地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工特點(diǎn)及控制要點(diǎn)進(jìn)行簡要分析、總結(jié)，并提出了部分對策和建議。

3.2.1 高回填區(qū)坍孔控制

據(jù)悉，本工程場地在回填時(shí)采用拋填的方式，造成場地內(nèi)土方回填不實(shí)、孔隙或空洞過大等不良地質(zhì)現(xiàn)象。同時(shí)，大部分主體樁均位于高回填區(qū)域，且場地地下水位較高，樁基在施工過程中，極易發(fā)生孔壁垮塌的現(xiàn)象。

可采取的措施如下：

1）回填土段采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)護(hù)壁工藝，為確保施工安全和防止形成“活塞”效應(yīng)，鋼護(hù)筒直徑應(yīng)較樁徑大20 cm，如坍孔嚴(yán)重導(dǎo)致無法下鋼護(hù)筒，可采取以下第2、第3項(xiàng)措施。

2）如當(dāng)?shù)赜锌捎灭ね?，可考慮采用黏土回填的方法，即選用黏度較高、干濕度合適的黏土，通過旋挖鉆機(jī)加壓反轉(zhuǎn)將黏土擠入孔隙或空洞中，通過黏土的膠結(jié)作用形成相對穩(wěn)定的護(hù)壁。

3）如果坍塌嚴(yán)重，也無黏土可用，可考慮向孔內(nèi)澆筑髙強(qiáng)度砂漿或低強(qiáng)度混凝土，同時(shí)須確?；炷?砂漿頂面高于坍孔段0.5 m以上，待混凝土終凝后再次鉆進(jìn)成孔。

4）在土層黏結(jié)度低、溶洞裂隙發(fā)育且地下水位高、地下水豐富的地區(qū)，還可以采取高壓旋噴樁與旋挖樁組合工藝，即在四周采用3～4根高壓旋噴樁對樁周圍土體進(jìn)行加固（樁長跟回填層深度保持一致），再進(jìn)行旋挖作業(yè)。

3.2.2 深層硬巖掘進(jìn)控制

本工程地層整體表現(xiàn)為上松下硬（地層由上至下依次為：回填土、粉質(zhì)黏土、黃色泥巖、炭質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖），在土石方開挖至基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高開始工程樁作業(yè)后，此時(shí)回填土深度為0～10.56 m，平均深度約為7.8 m；同時(shí)，根據(jù)超前鉆資料結(jié)合場地實(shí)際情況，旋挖機(jī)在掘進(jìn)約18 m處時(shí)，存在一層厚8～16 m的黃綠色細(xì)砂巖，此時(shí)旋挖掘進(jìn)速度驟降；同時(shí)，由于此時(shí)深度較大，鉆頭扭力下降，通常需更換2～3次不同直徑的鉆頭通過擴(kuò)孔方可成孔，遠(yuǎn)不能滿足施工進(jìn)度要求。

可采取的措施如下：

在此種復(fù)雜地質(zhì)條件下，可采用旋挖＋沖擊成孔模式，即首先在回填層和軟硬層采用旋挖鉆機(jī)，待鉆至黃綠色細(xì)砂巖時(shí)，更換為沖擊鉆繼續(xù)鉆進(jìn)，成孔后再利用旋挖鉆斗進(jìn)行清孔。采用此方法時(shí)須注意：為避免發(fā)生卡鉆事故，應(yīng)保證護(hù)筒直徑＞旋挖鉆頭直徑＞沖擊鉆頭直徑；沖擊鉆進(jìn)后需旋挖鉆機(jī)掃孔和清底，以校核和保證樁的垂直度和沉渣厚度。

3.2.3 漏漿與頸縮的控制

場地內(nèi)回填土由拋填形成，且級配差、松散度高，塊石、孤石的附近易形成空洞、孔隙，在混凝土澆筑過程中容易“漏漿”，不僅會(huì)造成成本的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致局部樁身混凝土不密實(shí)；同時(shí)，在拔護(hù)筒的過程中，如操作不當(dāng)，容易導(dǎo)致周邊土體向孔內(nèi)位移，造成頸縮，影響樁身質(zhì)量。

可采取的措施版塊如下：

1）配制密度、黏度較高的水泥漿形成泥漿護(hù)壁，并保持足夠的液面高度使得泥漿產(chǎn)生足夠的壓力以對抗土壓力，防止產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。同時(shí)，通過泥漿充盈空洞、孔隙，能有效預(yù)防灌注混凝土?xí)r漏漿。

2）采用地層預(yù)注漿的方式防治漏漿和頸縮，即在樁位四周預(yù)先鉆孔注入配比合適的水泥漿，通過水泥漿的固結(jié)作用，提高樁位部分土層的整體性。

3）為防止頸縮，灌注和拔護(hù)筒的速度要保持一致，隨灌隨拔，且護(hù)筒底要低于灌注面2 m以上，并隨時(shí)監(jiān)測護(hù)筒內(nèi)混凝土面下降數(shù)值。

3.2.4 沉渣控制

為確保混凝土與基巖結(jié)合良好，需滿足孔底沉渣厚度≤50 mm的設(shè)計(jì)要求。但本項(xiàng)目場地位于高回填區(qū)，且鉆孔深度普遍較深，要達(dá)到該要求存在一定難度。經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員總結(jié)、分析，影響沉渣控制因素有：在鉆頭提升、鋼筋籠吊放過程中，鉆頭和鋼筋籠碰剮孔壁土體和松動(dòng)巖層，導(dǎo)致其坍落；鉆孔周邊施工振動(dòng)或大型機(jī)械行走，導(dǎo)致孔口或者孔壁松土滑落；清孔后未及時(shí)澆筑混凝土，在澆筑前因周邊施工振動(dòng)導(dǎo)致孔壁、松動(dòng)巖層局部坍孔；地下水位較高、雨水沖刷等原因造成孔壁浸泡或泥漿進(jìn)入孔底沉淀等。

可采取的措施如下：

1）當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)底標(biāo)高后，更換為雙底清渣鉆斗，將鉆斗降至距孔底0.2～0.3 m處，操作旋挖機(jī)空轉(zhuǎn)將殘?jiān)觥?/p>

2）在鋼筋籠吊裝過程中，須安排技能過硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)械操作人員將鋼筋籠緩慢、垂直地放入孔中。

3）因地制宜地選擇合理的二次清孔工藝，可根據(jù)場地布置情況、空曠程度選擇如旋挖撈渣鉆斗、泥漿正循環(huán)、泥漿反循環(huán)等清孔措施，清孔完成后及時(shí)安排混凝土澆筑。

4）在施工過程中，須保證鋼護(hù)筒高出地面0.3 m，以防止積水或雨水沖刷孔口、孔壁或攜帶泥漿流入孔內(nèi)。

3.2.5 混凝土澆筑的控制

考慮到本工程地下水位較高、地下水較豐富，為防止水量大導(dǎo)致水灰比變化，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度，主體樁基均采用導(dǎo)管澆筑水下混凝土的方式。混凝土澆筑的控制對澆筑工人和起重機(jī)械操作人員技術(shù)要求較高，如果過程中控制不好，將直接影響樁身質(zhì)量。

可采取的措施如下：

1）提前計(jì)算好初灌量，保證一次埋管深度不小于1.0 m。

2）為確保樁身質(zhì)量，灌注混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，否則容易造成斷樁。

3）澆筑時(shí)，須提前策劃、協(xié)調(diào)好各隊(duì)伍和各工序，確?；炷猎趫鰞?nèi)不得滯留2 h以上，且澆筑時(shí)坍落度應(yīng)控制在180～220 mm。

4）整個(gè)澆筑過程中，需始終保持導(dǎo)管底位于混凝土面下2～6 m，導(dǎo)管每次上提高度為0.3 m。在提升過程中，需注意觀察鋼筋籠，如發(fā)現(xiàn)鋼筋籠隨導(dǎo)管上升，應(yīng)立即停止并控制起重機(jī)械使導(dǎo)管降落，輕輕搖動(dòng)使之與籠體脫開。

5）灌注過程中，需實(shí)時(shí)測量混凝土面的標(biāo)高，并確保超灌量（0.8～1.0 m），以確保鑿除浮漿后樁頂?shù)幕炷翉?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.6 聲測管的控制

聲測管原材驗(yàn)收、安裝及成品保護(hù)對于樁基施工亦十分重要。若施工中控制不好，導(dǎo)致發(fā)生聲測管堵管的情況，將影響下道工序的施工。聲測管堵管造成樁無法聲測，不僅造成高額的處理費(fèi)用，還將直接影響施工進(jìn)度。

可采取的措施如下：

1）在鋼筋籠制作過程中，選用質(zhì)量滿足要求的聲測管，同時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范要求對聲測管的連接、端頭密封和數(shù)量等進(jìn)行驗(yàn)收。

2）在拔鋼護(hù)筒的過程中，為防止周邊填土的擠壓，控制好混凝土澆筑高度和拔筒速度。

3）在混凝土澆筑完成后，加強(qiáng)對成品的保護(hù)措施，防止大型機(jī)械直接碾壓樁身。

4）在鑿樁頭過程中，嚴(yán)格要求工人按照規(guī)范和交底進(jìn)行，過程中加強(qiáng)對聲測管的保護(hù)。

5）樁頭鑿?fù)曛?，?yīng)立即采取土工布封堵、覆蓋等保護(hù)措施，防止石塊或地梁墊層混凝土覆蓋、封堵聲測管，造成無法聲測的后果。

4 結(jié)語

旋挖鉆孔灌注樁雖具有很強(qiáng)的技術(shù)和環(huán)保優(yōu)勢，但在現(xiàn)階段仍存在土層制約作用明顯、缺乏在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)等一系列問題。如何因地制宜，選擇合理的施工工藝和防治措施，制定切實(shí)有效的技術(shù)方案，仍是施工企業(yè)需要思考和關(guān)注的重點(diǎn)問題。

本文以實(shí)際工程為背景，對高回填地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工特點(diǎn)及控制要點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，簡要剖析了關(guān)于坍孔、硬巖掘進(jìn)、漏漿、頸縮和混凝土澆筑質(zhì)量不佳等重、難點(diǎn)問題產(chǎn)生的原因，并提出了切實(shí)可行的防控措施和建議。通過工程實(shí)踐證明，這些措施取得了良好的綜合效益，有效地提高了施工質(zhì)量和進(jìn)度，為高回填地區(qū)的旋挖鉆孔灌注樁施工積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。