深厚富水砂卵石復(fù)雜地層樁基施工技術(shù)

張 鵬，姚 嬌，王 建 昭

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

大明市新區(qū)公寓房安置項(xiàng)目二期位于新昌縣大明市黃澤江北側(cè)，占地面積為1.9萬m2，總建筑面積為7萬m2。該工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，包含7幢、13～18層高層住宅、1～2層配套用房和少量商業(yè)用房，項(xiàng)目配套2層地下室，局部為1層?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)為自然放坡+高壓旋噴止水帷幕結(jié)構(gòu)+嵌樁；工程基礎(chǔ)樁采用Ф800鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁數(shù)為747根，樁端嵌入持力層為中等風(fēng)化粉砂巖2.5 m，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30，設(shè)計(jì)有效樁長為8～14 m，部分樁底擴(kuò)孔直徑為1.4 m，鋼筋籠統(tǒng)長配置，工程計(jì)劃施工工期為70 d。

由于灌注樁施工工藝的特殊性和隱蔽性，樁身易產(chǎn)生斷樁、斜樁、頸縮、離析、夾層、膠結(jié)不良等缺陷，加之群樁快速施工和現(xiàn)場多變的地層對現(xiàn)場施工分區(qū)、施工順序、施工次序、施工流程等現(xiàn)場施工總體安排和成孔設(shè)備性能要求較高，且因富水砂層地質(zhì)條件極易誘發(fā)塌孔，易造成質(zhì)量和安全事故[1]，因此，質(zhì)量和安全成為該工程管控的重難點(diǎn)。

現(xiàn)場勘探揭示：在勘察深度范圍內(nèi)地基土按成因類型和物理力學(xué)特征劃分為素填土、圓礫、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中等風(fēng)化粉砂巖，各土層的巖性特征自上而下描述為：素填土(mlQ4)：黃灰色，松散，其主要成分為黏性土和粗砂，局部含少量3～50 mm粒徑的礫石，本層全場分布，層厚0.2～1.8 m。圓礫(al-plQ4)：灰黃色、灰褐色，稍密-中密，其成分以中等風(fēng)化石英砂巖、凝灰?guī)r等為主，呈亞圓狀、次圓狀，顆粒間為砂粒及粉、黏粒充填，下部相變?yōu)槁咽鶆蛐砸话?，屬低壓縮性土，本層全場分布，層厚5.3～8.2 m。強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖(Kc)：紫紅色、棕紅色，原巖組織結(jié)構(gòu)已強(qiáng)烈破壞，巖芯多呈塊狀，少量呈黏土狀，手折易斷，巖體較破碎，本層全場分布，層厚3.5～4.5 m。中等風(fēng)化粉砂巖(Kc)：紫紅色、棕紅色，具粉砂結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，原巖組織結(jié)構(gòu)部分破壞，巖芯多呈柱狀，少量呈碎塊狀，該層風(fēng)干后易開裂呈碎塊狀，浸水有軟化現(xiàn)象。巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk=5.265 MPa,屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。本層全場分布，鉆探未能揭穿。

該項(xiàng)目地下水類型主要為淺層孔隙水，水位埋深4.4～6 m，水量較大。場地主要含水層為圓礫，孔隙較大，滲透性好，為強(qiáng)透水層，是地下水貯存和徑流的良好空間與通道。地下水主要受大氣降水滲入和南側(cè)黃澤江江水的滲入補(bǔ)給，水位隨季節(jié)和氣候動(dòng)態(tài)影響變化較大，年變化幅度為5 m左右。

2 施工方案優(yōu)選

施工前，項(xiàng)目部對擬采取的沖擊鉆+泥漿護(hù)壁、旋挖鉆+短鋼護(hù)筒施工、旋挖鉆+長鋼護(hù)筒施工三種施工工藝措施進(jìn)行了論證和試驗(yàn)分析[2]。

2.1 沖擊鉆+泥漿護(hù)壁

沖擊鉆+泥漿護(hù)壁工藝雖然可以適用各種地層，但考慮到該工藝設(shè)備笨重、設(shè)備配置類型較多且場內(nèi)的中等風(fēng)化粉砂巖層浸水、軟化；同時(shí)，泥漿護(hù)壁和懸浮顆粒出渣所需的泥漿對現(xiàn)場和周圍環(huán)境易造成污染，不符合環(huán)境保護(hù)和文明施工的需求，且占用了較大的施工場地、配置泥漿制運(yùn)設(shè)備、修建泥漿池等臨建設(shè)施，基于以上原因，新昌江北二期公寓房項(xiàng)目工程基礎(chǔ)樁施工未采用該工藝。

2.2 旋挖鉆+短鋼護(hù)筒施工

該項(xiàng)目的樁基前期采用2臺(tái)300型旋挖鉆機(jī)施工，鉆孔7根(其中塌孔4根，成孔3根)，平均成孔率為42.9%。經(jīng)分析，短護(hù)筒僅能起到樁孔定位、保護(hù)孔口和防止地面石塊掉入孔內(nèi)等作用，未達(dá)到防孔壁坍塌的作用；從現(xiàn)場鉆渣看，地層均為圓卵石砂礫層，原有3 m長鋼護(hù)筒不能適應(yīng)現(xiàn)場地層鉆孔施工需要。

2.3 旋挖鉆+長鋼護(hù)筒施工

采用旋挖鉆機(jī)鉆孔、增加護(hù)筒跟進(jìn)設(shè)備施工。由于該項(xiàng)目地表以下5～8 m深大部分為砂卵石層，故有針對性地選擇長度為9 m的鋼護(hù)筒直接穿透砂卵石層、至少嵌入基巖1 m。長鋼護(hù)筒的特點(diǎn)是可以防止貫通樁基的砂卵石層造成土層及孔樁護(hù)壁的塌孔，同時(shí)，通過長護(hù)筒的作用可以阻隔地下水流入樁孔內(nèi)。

新昌江北二期公寓房項(xiàng)目的實(shí)際地質(zhì)情況及實(shí)踐證明：采用9 m鋼護(hù)筒樁基施工法未出現(xiàn)塌孔情況，提高了工作效率。

3 施工工藝

3.1 旋挖鉆+長鋼護(hù)筒施工流程

群樁快速施工的現(xiàn)場施工分區(qū)、順序、次序、流程等現(xiàn)場施工總體安排主要考慮了設(shè)備和材料進(jìn)場的入口和撤離出口的交通條件，整體施工順序?yàn)椋合仁┕さ叵率叶踊觾?nèi)的樁基，后施工地下室一層基坑內(nèi)的樁基；先施工基坑周邊的樁體，后施工基坑中間的樁體，樁基間隔施工。

旋挖鉆+長鋼護(hù)筒施工的主要流程：施工準(zhǔn)備→測量放樁位→振動(dòng)錘設(shè)備打設(shè)鋼護(hù)筒→旋挖鉆機(jī)鉆孔施工→樁體混凝土澆筑→拔出鋼護(hù)筒[3]。

該施工工藝具有的優(yōu)點(diǎn)：(1)該工藝屬于干法作業(yè)，無需泥漿護(hù)壁，塵土泥漿污染少、現(xiàn)場干凈整潔；無需修建泥漿制備臨建設(shè)施，臨建占地少，臨建設(shè)施費(fèi)用低。(2)機(jī)械化程度高，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，人工配置需求少，設(shè)備投入少，人工費(fèi)用低，現(xiàn)場生產(chǎn)組織和管理較簡單。(3)適用范圍廣。旋挖鉆機(jī)可配備筒式取芯鉆頭、螺旋鉆頭、旋挖斗、擴(kuò)底鉆頭、沖抓錐鉆頭、沖擊鉆頭，可用于巖層、砂層、土層等不同地層的鉆孔。旋挖鉆機(jī)可以鉆垂直樁和斜樁。(4)長護(hù)筒對孔壁的防護(hù)有效地避免了塌孔，成孔速度快，能保證進(jìn)度與質(zhì)量。

3.2 主要機(jī)械設(shè)備

新昌江北二期公寓房項(xiàng)目工程基礎(chǔ)樁施工采用的主要設(shè)備見表1。

3.3 施工準(zhǔn)備

(1)場地平整、清除雜物，四周開挖排水溝。

(2) 9 m長鋼護(hù)筒制作：鋼護(hù)筒采用壁厚16 mm的Q235鋼管焊制，護(hù)筒外徑與設(shè)計(jì)樁體直徑一致；鋼護(hù)筒分節(jié)制造，垂直度偏差不大于3 mm，鋼護(hù)筒焊接連接時(shí)應(yīng)保證接頭圓順，同時(shí)滿足剛度、強(qiáng)度及防漏要求。

3.4 測量定位

采用全站儀放樣，完成后設(shè)置十字型護(hù)樁，然后報(bào)請監(jiān)理工程師進(jìn)行復(fù)測檢查。埋設(shè)的護(hù)樁必須標(biāo)識(shí)明確，鉆機(jī)就位前仔細(xì)核對樁位。

表1 工程基礎(chǔ)樁主要施工機(jī)械設(shè)備配置表

3.5 埋設(shè)護(hù)筒

吊裝：在起重指揮人員的指揮下，液壓振動(dòng)錘位于兩個(gè)鋼護(hù)筒吊耳上掛鉤作業(yè)，待作業(yè)區(qū)內(nèi)沒有其他人員停留后，指揮起重司機(jī)吊升鋼護(hù)筒，到達(dá)一定高度時(shí)豎直9 m鋼護(hù)筒。

夾管：吊起液壓振動(dòng)錘，通過液壓振動(dòng)錘下端的液壓夾持器夾緊鋼護(hù)筒頂端。

對位：將夾緊的鋼護(hù)筒吊起、移動(dòng)，使鋼護(hù)筒下端對準(zhǔn)孔口，先利用自重下沉且保持鋼護(hù)筒頂面在同一水平面上。

下沉：下沉?xí)r先依靠鋼護(hù)筒和振動(dòng)錘的自重使其沉入土中，待鋼護(hù)筒入土達(dá)到一定深度后確保鋼護(hù)筒的穩(wěn)定。對于局部大卵石地層，可先對卵石層松挖后再埋設(shè)鋼護(hù)筒。

振打：啟動(dòng)振動(dòng)開關(guān)，以10 s為一個(gè)振動(dòng)間隔，每振打10 s測量護(hù)筒偏位，在兩個(gè)方向設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，指揮振動(dòng)設(shè)備操作，鋼護(hù)筒需保持垂直狀態(tài)下沉入土中。在振沉過程中每3 m用經(jīng)緯儀檢測一次垂直度，發(fā)現(xiàn)有傾斜傾向時(shí)立即進(jìn)行糾正。

埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)必須測量定位準(zhǔn)確，其頂面位置偏差不大于5 cm，傾斜度不大于1%，使護(hù)筒中心與樁中心重合；埋設(shè)護(hù)筒，在其四周回填黏土并分層夯實(shí)，護(hù)筒高于地面0.2～0.5 m。

3.6 鉆孔施工

鉆孔前，先將鉆斗落在護(hù)筒內(nèi)，對顯示器進(jìn)行清零操作，記錄鉆頭的起始位置；鉆進(jìn)過程中，司機(jī)通過鉆機(jī)的三向垂直控制系統(tǒng)仔細(xì)檢查成孔的工作位置、垂直度、每次進(jìn)尺和孔深位置以確保成孔質(zhì)量。

旋挖鉆機(jī)成孔應(yīng)采用間隔成樁的施工順序，已完成混凝土澆筑的樁與鄰樁成孔的安全距離應(yīng)大于4倍樁徑或間隔時(shí)間應(yīng)大于36 h。鉆孔渣土的臨時(shí)堆存位置應(yīng)距離樁孔口大于6 m并及時(shí)清運(yùn)。

針對不同地層選用適宜的鉆具：土層使用旋挖鉆斗；強(qiáng)度不高的巖層使用筒式鉆頭；遇到強(qiáng)度較高的巖層塌孔而旋挖鉆斗無法繼續(xù)鉆下時(shí)使用錐螺旋鉆頭；設(shè)計(jì)有擴(kuò)底樁時(shí)，擴(kuò)底部分使用擴(kuò)底鉆頭；使用有錐螺旋鉆頭時(shí)，巖芯取樣須使用專用的取芯鉆頭；撈渣時(shí)使用撈渣鉆頭。

鉆孔過程中，應(yīng)安排專人將工作內(nèi)容、樁編號(hào)、樁位、鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)速度、孔底標(biāo)高、地質(zhì)情況等施工信息填寫在《鉆孔記錄表》中并繪制孔樁地質(zhì)剖面圖。

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將鉆渣與地勘資料進(jìn)行對照，驗(yàn)證實(shí)際地質(zhì)情況能否滿足設(shè)計(jì)要求。若其與地勘資料不符時(shí)應(yīng)及時(shí)聯(lián)系監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)代表確認(rèn)并進(jìn)行處理。

3.7 清孔及檢查

為避免樁底沉渣降低樁基的承載力，應(yīng)采用機(jī)械清孔的方式。擴(kuò)孔底樁采用人工輔助清孔。清孔分兩次進(jìn)行：第一次清孔是在鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度、擴(kuò)孔底作業(yè)完成后進(jìn)行機(jī)械清孔；第二次清孔是在樁孔初檢時(shí)由人工對孔底浮渣進(jìn)行清除，應(yīng)保證孔內(nèi)沉渣厚度不超過5 cm的規(guī)范要求，嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度的方法代替清孔作業(yè)。

3.8 鋼筋籠的制作與安裝

(1)用于鋼筋籠制作的鋼筋必須經(jīng)檢測合格并準(zhǔn)確控制下料長度。

(2)鋼筋籠加工場地應(yīng)平整，用C15混凝土進(jìn)行表面硬化處理。

(3)鋼筋籠主筋的連接采用單面焊接，焊接長度≥10d，焊縫寬度不小于0.7d，厚度不小于0.3d，且同一截面接頭數(shù)≤50%[4]。

(4)鋼筋籠保護(hù)塊為直徑110 mm、中間帶孔的圓餅砂漿保護(hù)墊塊，每隔3 m設(shè)一組，每組4個(gè)，在同一水平面沿鋼筋籠周圍對稱布置，間距均勻。

(5)對成型的鋼筋籠進(jìn)行逐節(jié)驗(yàn)收，驗(yàn)收合格的鋼筋籠應(yīng)水平堆放在平整干凈的地面上，堆放層數(shù)不超過2層。

(6)應(yīng)緩慢平穩(wěn)下放鋼筋籠，避免其擺動(dòng)碰撞孔壁、損傷保護(hù)層墊塊并造成塌孔。

(7)鋼筋籠的主筋間距、箍筋間距、鋼筋籠直徑允許偏差為±10 mm，鋼筋籠長度的允許偏差為±100 mm。

(8)吊裝作業(yè)前，應(yīng)認(rèn)真檢查作業(yè)環(huán)境、防護(hù)用品、吊索具等，必須確保吊裝區(qū)域無閑散人員，障礙物已清除，吊索具無缺陷，捆綁正確牢固，被吊物與其他物件無連接，確認(rèn)安全后方可實(shí)施吊裝作業(yè)。

3.9 灌注混凝土

(1)灌注過程中，應(yīng)關(guān)注導(dǎo)管內(nèi)混凝土下降和孔口的返水情況，及時(shí)量測混凝土頂面標(biāo)高。每次拆管、提管前，反插1～2次，保證孔內(nèi)混凝土密實(shí)并保持導(dǎo)管埋深2～3 m。

(2)灌注開始后，應(yīng)保持連續(xù)一次完成混凝土灌注，避免先灌注的混凝土初凝后再續(xù)灌混凝土的情況出現(xiàn)。

(3)為確保樁體質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求保證混凝土的超灌量，混凝土的充盈系數(shù)不得小于1.1，樁頂混凝土的澆灌面比樁頂設(shè)計(jì)統(tǒng)一高程高出0.8～1 m。

(4)為避免地下水滲入樁孔內(nèi)，必須協(xié)調(diào)好混凝土運(yùn)輸?shù)綀龅臅r(shí)間和成孔時(shí)間，成孔半小時(shí)內(nèi)必須完成澆筑作業(yè)。

3.10 鋼護(hù)筒的回收

樁基混凝土灌注后或混凝土初凝之前，及時(shí)拔出鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒的拔出方法是用反鏟掛振錘邊振邊拔。拔管前，應(yīng)先激振5～10 s后方能起拔，拔管速度控制在1.5 m/min左右，拔管速度應(yīng)均勻，嚴(yán)禁停振拔管。鋼護(hù)筒必須垂直拔出以防止樁孔位移。對損壞的鋼護(hù)筒及時(shí)進(jìn)行焊接修補(bǔ)，然后進(jìn)行統(tǒng)一堆存和整齊碼放。

3.11 鑿除樁頭

樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后進(jìn)行樁間土開挖。首先，由人工將樁頭四周清理干凈；其次，通過測量確定樁頂標(biāo)高所在位置，用油漆做好標(biāo)識(shí)，采用手持式切割機(jī)沿油漆標(biāo)記環(huán)切，然后由人工使用風(fēng)鎬將鋼筋從混凝土中剝離出來，鑿除時(shí)必須注意掌握深度和鑿除方向，以免損傷鋼筋。鋼筋清理完畢，在樁頂線以上1～2 cm沿樁頭四周每根樁均勻布置10～12個(gè)孔位，采用手風(fēng)鉆打孔，打孔深度為8～10 cm。鉆孔完成后，在環(huán)向切割線對稱打入鋼楔子切斷樁頭，最后吊離樁頭，人工手持打磨機(jī)對樁頂面進(jìn)行打磨，準(zhǔn)備檢查樁基。

4 結(jié) 語

新昌江北二期公寓房項(xiàng)目樁基鉆孔采用旋挖鉆機(jī)鉆孔、長鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)，將鋼護(hù)筒穿透砂卵石層，該方法可有效防止塌孔，保證施工進(jìn)度。該施工工藝設(shè)備配置少、簡單、易操作、現(xiàn)場環(huán)境干凈、樁基成孔速度快，作業(yè)時(shí)間大幅度縮減，保證了工期進(jìn)度。該工藝可供深厚砂礫石地層、砂卵石地層、淤泥層等不良地質(zhì)條件樁基施工時(shí)借鑒。