小直徑超長(zhǎng)嵌巖灌注樁沖樁施工技術(shù)

李志旺 民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程有限公司

中、微風(fēng)化巖層較為堅(jiān)硬，加大了建筑工程樁基施工難度，但通過(guò)設(shè)置鉆孔嵌巖灌注樁的方式有助于改善地質(zhì)環(huán)境，提升建筑的承載力。工程施工中樁基入巖質(zhì)量尤為重要，通過(guò)合適工藝確保嵌巖樁施工質(zhì)量，這是工程人員長(zhǎng)期探討的技術(shù)要點(diǎn)。

1.工程概況

甌海區(qū)鐵路站前保障性安居工程（B-22 地塊）二期項(xiàng)目，總占地面積約3.16×104m2，共設(shè)置有7棟高層與3 棟多層建筑，整個(gè)建筑群的最大高度98.60 m，總建筑面積約1.52×105m2，地上建筑面積約1.04×105m2。本工程為機(jī)械鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑600～800m，樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，灌注樁數(shù)量為1338根，其中主樓工程樁509 根，樁徑800mm，樁長(zhǎng)75～78m，部分主樓工程樁端部入巖深度0.5m；車(chē)庫(kù)工程樁680根，樁徑600mm，樁長(zhǎng)58m；裙房工程樁149根，樁徑700mm，樁長(zhǎng)58m。

本文就主樓工程樁施工進(jìn)行重點(diǎn)分析和論述。

2.地質(zhì)結(jié)構(gòu)

基于現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，輔以原位測(cè)試等多種方法，明確施工現(xiàn)場(chǎng)的地基土構(gòu)成情況，具體表現(xiàn)為：①0雜填土、①粘土、②1淤泥、②2淤泥、④1粘土、④21粘土、④22粉質(zhì)粘土、④23粘土、④31粉砂、④32圓礫、⑤21粉質(zhì)粘土、⑤22粘土、⑤3圓礫、⑤31粉質(zhì)粘土、⑤32粉質(zhì)粘土、⑤33粉質(zhì)粘土、⑤34粉砂、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥31粉砂、⑥32圓礫、⑦1含圓礫粘性土、⑦2粉質(zhì)粘土、⑩1全風(fēng)化粉砂巖、⑩2強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、⑩3中風(fēng)化粉砂巖。

3.樁基特點(diǎn)分析

3.1 樁基勘察設(shè)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)地基地質(zhì)情況的分析，掌握?qǐng)龅貎?nèi)地層分布情況，上部以軟土居多，不存在穩(wěn)定的基礎(chǔ)持力層，但施工的建筑物荷載相對(duì)較大，僅憑原基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足荷載要求。中部含有大量粘性土，并存在④32圓礫薄層，根據(jù)該處的地質(zhì)情況，可作為樁周摩擦層使用。中下部⑤3圓礫層，具備較強(qiáng)的物理力學(xué)強(qiáng)度，可為樁基礎(chǔ)施工提供支持，可作為持力層，但該處部分區(qū)域有軟弱夾層，因此在設(shè)計(jì)工作中高度注重了這一問(wèn)題。⑩3中風(fēng)化巖層的埋深表現(xiàn)出明顯的變動(dòng)特點(diǎn)，巖（土）層的穩(wěn)定性較好，能夠作為樁基持力層，增加高層建筑施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定性。

3.2 樁基施工難度分析

本工程主樓樁基樁徑800mm，有效樁長(zhǎng)75～78m，成孔孔深85m左右，主樓樁長(zhǎng)細(xì)比大，樁垂直度控制困難，同時(shí)增加泛漿攜帶巖樣的難度；持力層為⑩3中風(fēng)化巖層，入巖要求為500mm，施工機(jī)械和鉆頭選擇需要試驗(yàn)確定；入巖判定是入巖樁的重要控制項(xiàng)目。

4.工藝選擇

4.1 成孔工藝選擇

項(xiàng)目施工前期，首先進(jìn)行試樁試驗(yàn)，以此確定合適的施工工藝。對(duì)選擇的施工方案進(jìn)行分析，組織專(zhuān)業(yè)人員、操作人員、主要技術(shù)骨干開(kāi)展討論會(huì)。會(huì)議討論各對(duì)比方案的可行性，選擇最合適的工藝進(jìn)行試樁施工。討論方案包括：

（1）沖擊成孔：根據(jù)本工程樁長(zhǎng)、地質(zhì)等資料分析，結(jié)合工程人員以往經(jīng)驗(yàn)得知，沖擊過(guò)程中會(huì)對(duì)淤泥層與圓礫層造成明顯影響，使得該處土體發(fā)生明顯擾動(dòng)，不具備優(yōu)良護(hù)壁效果，盡管入巖效率相對(duì)較高，但采取沖擊成孔的方式存在周期長(zhǎng)、成本高的特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)擴(kuò)孔現(xiàn)象將提升混凝土充盈系數(shù)，因此在本工程中沖擊成孔缺乏可行性。

（2）樁基采用GPS25型回旋鉆機(jī)加沖擊鉆成孔：前期采用回旋鉆穿透圓礫層、全風(fēng)化層至中風(fēng)化巖層位置，然后采用沖擊鉆完成50cm入巖成孔。

4.2 入巖結(jié)果判定及停鉆標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1 入巖結(jié)果判定

因巖層強(qiáng)度較大，鉆孔樁入巖時(shí)常出現(xiàn)偏鉆和滑鉆現(xiàn)象，項(xiàng)目施工期間，應(yīng)該結(jié)合前期地質(zhì)勘探報(bào)告及相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)工藝要點(diǎn)進(jìn)行深入地分析精準(zhǔn)地把控，以此指導(dǎo)實(shí)際施工。試樁過(guò)程中，將遇到的問(wèn)題與現(xiàn)象收集并整理起來(lái)，由此積累相關(guān)數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目進(jìn)入施打環(huán)節(jié)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

4.2.2 停鉆標(biāo)準(zhǔn)

施打作業(yè)時(shí)，鉆頭深入中風(fēng)化層后出現(xiàn)了鉆進(jìn)速度大幅下降的情況，一晝夜鉆進(jìn)深度在150mm內(nèi)，通過(guò)分析地質(zhì)資料及巖樣情況，得知該區(qū)域中風(fēng)化層巖性相較于其他地區(qū)更加堅(jiān)硬，由此導(dǎo)致多個(gè)牙輪鉆頭出現(xiàn)磨損、損壞的現(xiàn)象。工程人員組織現(xiàn)場(chǎng)試樁，綜合考慮施工區(qū)域的地質(zhì)情況，多單位經(jīng)深度分析后，最終提出兩項(xiàng)停鉆標(biāo)準(zhǔn)：其一，樁頭鉆進(jìn)并到達(dá)中風(fēng)化層的深度達(dá)到500mm，若該階段的入巖速度約為10mm/h且難以有效提升，設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位以及總承包針對(duì)此問(wèn)題共同商討，均同意后方可停鉆；其二，樁頭到達(dá)中風(fēng)化層500mm后，具備100mm/h以上的鉆進(jìn)能力時(shí)，可繼續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)，若因鉆進(jìn)速度下降，達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)則要求停鉆。

（1）經(jīng)試樁后可生成地質(zhì)報(bào)告，此項(xiàng)資料可為成孔提供可靠的判別依據(jù)，根據(jù)特定公式經(jīng)計(jì)算后可初步掌握灌注樁深度，避免成樁時(shí)因障礙物而出現(xiàn)鉆進(jìn)速度偏低甚至停鉆的情況。

（2）以前期地質(zhì)勘察資料為參考，可掌握土層變化情況，持續(xù)鉆進(jìn)并到達(dá)全風(fēng)化基巖后，得知孔內(nèi)的泥漿狀態(tài)發(fā)生變化，即由灰色在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)為黃棕色，同時(shí)泥漿性能得到大幅提升，結(jié)合鉆機(jī)跳動(dòng)頻率與返漿情況（重點(diǎn)檢查巖屑攜帶量），可明確是否進(jìn)入持力層，此時(shí)鉆進(jìn)進(jìn)尺也有所放慢，伴隨有“磨巖”的問(wèn)題。

（3）鉆頭進(jìn)入持力層后，相比于前一節(jié)段的鉆進(jìn)狀態(tài)而言轉(zhuǎn)速大幅下降，為掌握現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，可通過(guò)取樣并結(jié)合地質(zhì)報(bào)告綜合分析，做好標(biāo)記，明確鉆頭的實(shí)際深度，隨后使用測(cè)繩可驗(yàn)證孔深。經(jīng)上述流程后，若各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，可收樁并提鉆。

4.3 清孔工藝選擇

4.3.1 氣舉反循環(huán)的必要性

本項(xiàng)目施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，若采取常規(guī)清孔方式，實(shí)際鉆渣處理能力相對(duì)偏弱，清孔效果與設(shè)計(jì)要求不符，鑒于此，此處選擇的是氣舉反循環(huán)的清孔方式。依托于氣舉反循環(huán)的方式，在壓縮機(jī)的支持下提供壓縮空氣，使其轉(zhuǎn)移到清孔出水管內(nèi)，并與孔內(nèi)泥漿達(dá)到充分混合的狀態(tài)，從重度的角度來(lái)看，壓縮空氣明顯偏小，因此與泥漿將形成重度差，通過(guò)壓差作用便可提供泥漿流動(dòng)的推動(dòng)力，使其沿著水管流出，有效將孔底殘留的沉渣清理干凈。實(shí)際結(jié)果表明，施工效率得到有效提升，孔底沉渣得到全面清理。

4.3.2 氣壓計(jì)算

基于式（1）進(jìn)行氣壓計(jì)算：

式（1）中：γs-泥漿比重，kN/m3，此處取1.05～1.15 kN/m3；h0-混合器沉沒(méi)深度，m，要求≥0.5；ΔP-供氣管道壓力損失，取0.05～0.1MPa。

根據(jù)清孔作業(yè)實(shí)際情況，要求最大氣壓為0.2MPa。

4.4 施工注意事項(xiàng)

注意事項(xiàng)具體包括以下幾點(diǎn)：

（1）縮短二次清孔前的靜置時(shí)間，否則會(huì)出現(xiàn)泥漿懸浮顆粒吸附至孔壁的情況，隨之形成較大厚度的泥皮；

（2）選取具有代表性的巖樣，分析入巖界面與入巖深度；

（3）展開(kāi)二次清孔作業(yè)時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)泥漿，以免塌孔；

（4）所用泥漿的黏度需適當(dāng)提升，確保鉆渣攜帶能力；

（5）二次清孔出口處增設(shè)濾網(wǎng)，以達(dá)到篩分沉渣的效果。

4.5 具體應(yīng)用效果

樁基采用GPS25型回旋鉆機(jī)加沖擊鉆成孔既保證了鉆孔的穩(wěn)定性也保證了入巖深度，同時(shí)滿足進(jìn)度要求；加之氣舉反循環(huán)的方式，可順利完成二次清孔作業(yè)，所需時(shí)間僅為0.5h，且具備優(yōu)良的鉆渣攜帶能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)2cm粒徑沉渣的有效清理。引入了超聲波檢測(cè)法，所得結(jié)果表明樁身完整性較好，單樁承載力優(yōu)良?？傮w而言，采用該技術(shù)提升了施工效率，施工效果良好。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文以小直徑超長(zhǎng)嵌巖樁施工為例，針對(duì)其中的工藝要點(diǎn)展開(kāi)探討，充分考慮到施工環(huán)境的影響，確定合適的工藝方法，在確保工程質(zhì)量的同時(shí)盡可能提升效益性，有效解決了本工程中存在的問(wèn)題。經(jīng)實(shí)踐證明，本文提出的技術(shù)方法具有可行性，可為類(lèi)似工程提供參考。