旋挖鉆孔灌注樁在云貴地區(qū)的施工組織管理探討

杜磊　谷雨

摘 ?要：喀斯特地貌，又稱之為巖溶地貌，一直是工程建設(shè)中樁基施工的難點(diǎn)。而云貴地區(qū)歷來(lái)是中國(guó)喀斯特地貌的代表地區(qū)，地層復(fù)雜，種類繁多，樁基施工難度較大。為了解決這些問題，在原有旋挖鉆孔施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，汲取前人智慧，根據(jù)積累的施工經(jīng)驗(yàn)，采取不同措施，提出一些改進(jìn)方法和建議，盡量避免施工效率低、成樁困難，同時(shí)避免后續(xù)樁身出現(xiàn)質(zhì)量通病等問題。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆孔灌注樁;云貴地區(qū);喀斯特;樁基施工

中圖分類號(hào)：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）31-0186-03

Abstract： Karst landform， also known as karst landform， has always been a difficult point in pile foundation construction in engineering construction. Yunnan-guizhou area has always been the representative area of Karst landform in China. In order to solve these problems， on the basis of the original construction characteristics of rotary drilling， drawing on the wisdom of predecessors and according to the accumulated construction experience， different measures are taken to put forward some improvement methods and Suggestions， so as to avoid possible low construction efficiency， difficulty in piling， and common quality problems concerning subsequent piles.

Keywords： rotary bored pile; Yunnan-Guizhou area; karst; pile foundation construction

1 旋挖鉆孔灌注樁的發(fā)展歷史

1.1 人工挖孔樁

在我國(guó)，人工挖孔樁是一直是樁基類地基基礎(chǔ)的主旋律。而旋挖鉆孔灌注樁一直未被國(guó)內(nèi)大多數(shù)工程項(xiàng)目所接受，原因是機(jī)械的技術(shù)受制。早期國(guó)內(nèi)大部分所用的旋挖鉆機(jī)都是由德國(guó)和意大利進(jìn)口或者是日本二手旋挖鉆機(jī)，旋挖鉆孔灌注樁施工使用的旋挖鉆機(jī)生產(chǎn)技術(shù)一直被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)使用只能從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，導(dǎo)致從工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工成本角度考慮，很少出現(xiàn)旋挖鉆孔灌注樁的樁基設(shè)計(jì)形式。

人工挖孔樁雖然在國(guó)內(nèi)被廣泛采用，但由于其危險(xiǎn)性大、效率低、工期長(zhǎng)、適用地質(zhì)性差而被人們?cè)嵅　?/p>

1.2 旋挖樁

雖然旋挖樁的發(fā)展起步落后，但是從90年代初開始，尤其是21世紀(jì)初以后，由于2003年青藏鐵路西藏段及北京鳥巢體育館項(xiàng)目的建設(shè)施工，根本性的推動(dòng)了機(jī)械旋挖鉆孔灌注樁的發(fā)展。從2000年開始，機(jī)械旋挖機(jī)早已受到巖土工程業(yè)內(nèi)的一致好評(píng)。但是將機(jī)械旋挖鉆孔樁施工工藝正式引入國(guó)內(nèi)，直到如今仍被廣泛采用的，還是青藏鐵路和北京鳥巢體育館這兩個(gè)著名項(xiàng)目。

1.3 典型案例

青藏鐵路樁基的施工地質(zhì)條件具備了典型的寒凍高原喀斯特地貌特征，凍融風(fēng)化強(qiáng)烈。這些地質(zhì)情況復(fù)雜異常，有著冰凍粘土層、富冰層、變質(zhì)巖以及各種硬度不同的風(fēng)化巖，這些不同位置不同的地質(zhì)情況，對(duì)青藏鐵路工程大多數(shù)基礎(chǔ)的地基設(shè)計(jì)及施工方式是一種相當(dāng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。恰恰機(jī)械旋挖樁這種工藝的樁基工程能適應(yīng)這種地質(zhì)情況，也能在保證地基質(zhì)量的情況下，滿足施工進(jìn)度。所以在青藏鐵路工程中，機(jī)械旋挖樁被廣泛采用，甚至在青藏鐵路的一段600km的凍土區(qū)，到處都是被機(jī)械旋挖機(jī)“栽”下的顆顆混凝土樁基。

北京鳥巢體育館樁基工藝代表性及開拓性跟青藏鐵路工程的情況不盡相同。鳥巢體育館龐大而又神奇的身體下，有2600多根長(zhǎng)度不一、作用不一的混凝土樁身牢牢托舉著，這些樁采用的是旋挖鉆機(jī)成孔、水下澆筑混凝土、樁底樁側(cè)后壓漿技術(shù)。由于設(shè)計(jì)受力的特點(diǎn)，這些樁有的抗壓、有的抗拔、有的抗水平力。在同一個(gè)建筑物底下，擁有眾多不同受力特點(diǎn)的樁基，這極大的讓建筑行業(yè)內(nèi)人士漲了見識(shí)，也讓“旋挖鉆機(jī)成孔、水下澆筑混凝土”這項(xiàng)直到今天為止仍是經(jīng)典的樁基施工工藝在國(guó)內(nèi)被迅速推廣、采用。

2 旋挖鉆孔灌注樁在云貴地區(qū)（卡斯塔地貌）施工的應(yīng)用前提

與人工挖孔樁相比，機(jī)械旋挖樁本身的最大進(jìn)步就是在施工生產(chǎn)中利用了機(jī)械現(xiàn)代化。機(jī)械旋挖樁擁有著效率高、安全性好、地質(zhì)適用性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，而這些優(yōu)點(diǎn)在云貴豐富的喀斯特地貌地區(qū)，有了更多適應(yīng)能力的可能。

喀斯特地貌，又稱之為巖溶地貌，地層復(fù)雜，種類繁多。類似于西北的干旱地區(qū)喀斯特現(xiàn)象發(fā)育微弱，僅在少數(shù)灰?guī)r裂隙中有輕微的溶蝕痕跡，有些裂隙被方解石充填，地下溶洞極少，已不能構(gòu)成滲漏和地基不穩(wěn)的因素;類似于青藏高原地區(qū)的寒凍高原喀斯特地貌冰緣作用下，凍融風(fēng)化強(qiáng)烈。其下部覆蓋冰緣作用形成的各種巖層地質(zhì)，再加上施工環(huán)境惡劣，施工難度較大。而云貴地區(qū)歷來(lái)是中國(guó)亞熱帶喀斯特地貌的代表地區(qū)，溶蝕洼地、漏斗、落水洞、暗溝等密度和深度都很大，一直是工程建設(shè)中樁基施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

從2010年開始，多項(xiàng)重大交通建設(shè)規(guī)劃的順利批復(fù)，中國(guó)的高速鐵路、城市地鐵建設(shè)行業(yè)開始“井噴式”推進(jìn)。云貴地區(qū)與其同步發(fā)展過程中，根據(jù)地區(qū)特性、開山架橋、隧道鋪路的施工項(xiàng)目呈現(xiàn)出一片繁榮景象。而在這些山體隧道、厚重橋墩之下，等待處理的一個(gè)個(gè)復(fù)雜多樣的地基問題。從項(xiàng)目的施工角度考慮，在保證工程建設(shè)的質(zhì)量前提下，如何應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜多變的地質(zhì)情況從而達(dá)到工期進(jìn)度的要求。機(jī)械旋挖灌注樁在國(guó)內(nèi)、尤其是在云貴地區(qū)的發(fā)展及應(yīng)用就顯得水到渠成。

3 旋挖鉆孔灌注樁在云貴地區(qū)施工的施工組織管理

3.1 施工組織管理流程

首先，機(jī)械旋挖灌注樁這種施工工藝能夠避免施工人員冒險(xiǎn)下井作業(yè)、避免有毒氣體侵害井內(nèi)人員、避免井下作業(yè)面狹窄……但是這種工藝在施工過程中同樣要遵循嚴(yán)格的科學(xué)施工工序，利用各種技術(shù)解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一些問題，這些工序及解決問題的方法，是機(jī)械旋挖樁施工過程中逐步發(fā)展與應(yīng)用的核心。

3.1.1 首先在施工準(zhǔn)備階段，根據(jù)相應(yīng)設(shè)計(jì)圖紙及要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，選擇合適的旋挖鉆機(jī)，鉆機(jī)型號(hào)及工況需要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙的樁徑、深度以及施工效率綜合確定。

3.1.2 其次，依據(jù)設(shè)計(jì)施工圖及相關(guān)地勘報(bào)告，選擇合適的機(jī)械作業(yè)施工工藝。機(jī)械旋挖樁作業(yè)方法眾多，常用的有干作業(yè)成孔施工方法、鋼護(hù)筒旋挖成孔施工方法、泥漿護(hù)壁鉆孔作業(yè)施工方法等。

在地下水、地表水不豐富，地質(zhì)情況良好的前提下，優(yōu)先采用干作業(yè)成孔施工工藝，即不做護(hù)壁措施直接進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

在工程地質(zhì)情況較差，根據(jù)地勘報(bào)告中顯示的溶洞較多時(shí)，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和具體施工方案的樁基要求加工鋼護(hù)筒，則是鋼護(hù)筒旋挖成孔施工方法。鋼護(hù)筒沉入時(shí)常采用壓重、振動(dòng)、錘擊并輔以筒內(nèi)除土的方法，施工現(xiàn)場(chǎng)常使用汽車吊配合振動(dòng)錘振沉鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒在保護(hù)旋挖成孔的過程中，好處是顯而易見的，例如：它可以保護(hù)孔口，防止地面石塊等雜物掉入孔內(nèi);護(hù)筒頂部又是樁頂標(biāo)高控制依據(jù)之一;還可以防止鉆孔過程中的沉渣回流。

3.2 成孔作業(yè)工藝對(duì)比

相對(duì)于以上兩種常用的機(jī)械旋挖灌注樁施工方法，泥漿護(hù)壁鉆孔作業(yè)成孔施工方法最為復(fù)雜，對(duì)工藝、場(chǎng)地及人機(jī)的配合要求也較高。泥漿護(hù)壁鉆孔作業(yè)按成孔工藝和成孔機(jī)械的不同，可分為沖擊成孔灌注樁、沖抓成孔灌注樁、回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁和潛水鉆成孔灌注樁。其中以回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁應(yīng)用最多，為國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍較廣的成樁方式?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)特點(diǎn)是鉆頭回轉(zhuǎn)切削、泥漿循環(huán)排土、泥漿保護(hù)孔壁。

泥漿護(hù)壁作業(yè)成孔是在孔內(nèi)用相對(duì)密度大于1的泥漿進(jìn)行護(hù)壁的一種成孔施工工藝，此種成孔方法最大的優(yōu)點(diǎn)是不論地下水位高低的土層都適用。泥漿具有排渣和護(hù)壁作用，根據(jù)泥漿循環(huán)方式，分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種施工方法。

3.2.1 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的工藝原理是由空心鉆桿內(nèi)部通入泥漿或高壓水，從鉆桿底部噴出，攜帶鉆下的土渣沿孔壁向上流動(dòng)，由孔口將土渣帶出流入泥漿池。正循環(huán)具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn);適用于小直徑樁成孔。但排渣能力較弱。

3.2.2 反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的工藝原理中，泥漿帶渣流動(dòng)的方向與正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的情況相反。反循環(huán)工藝泥漿上流的速度較高，能攜帶大量的土渣。反循環(huán)成孔是大直徑樁成孔有效的一種施工方法。

3.3 成孔作業(yè)及問題解決方案

施工現(xiàn)場(chǎng)采用何種作業(yè)成孔方法，取決定性因素的是地質(zhì)條件，尤其是云貴地區(qū)的喀斯特地質(zhì)，哪怕是相鄰地區(qū)的工程項(xiàng)目，施工工藝可能都迥然不同。

在機(jī)械鉆孔樁進(jìn)行過程中，由于當(dāng)?shù)氐匦渭暗叵滤坏仍颍瑢?dǎo)致實(shí)際施工過程中難以順利成孔。其主要影響原因及解決辦法有以下幾點(diǎn)：

3.3.1 鉆孔過程中遇地下溶洞：在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔過程中遇到溶洞影響入持力層。此問題的解決辦法為：

（1）常規(guī)成孔法

當(dāng)溶洞較小，洞內(nèi)有充填物，且充填物是可塑或軟塑的粘土?xí)r，并且溶洞不漏水的情況下，這時(shí)可不考慮溶洞的存在，按照正常的地質(zhì)情況施工，采用旋挖鉆機(jī)成孔，溶洞內(nèi)的土質(zhì)和溶洞外的土質(zhì)無(wú)明顯區(qū)別，可以按無(wú)溶洞的情況施工。唯一需要注意的是，如溶洞較淺，可將護(hù)筒打穿溶洞，如溶洞較深，可直接在澆筑樁身混凝土?xí)r將溶洞補(bǔ)充完成。

（2）C15混凝土換填二次成孔法

對(duì)于空孔大型溶洞、充填物為流塑狀溶洞、洞內(nèi)有涌水等大型溶洞，因其泥漿的側(cè)向壓力較大、自穩(wěn)性較差，可采用灌注C15混凝土換填后二次成孔法處理。需要注意的是，換填后需等混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度方可二次鉆孔。由于洞內(nèi)涌水，二次成孔的成功率并不是百分之百，如在二次鉆孔過程中仍無(wú)法成孔，需再次進(jìn)行換填。

采用換填方式二次成孔是機(jī)械鉆孔樁施工過程中常遇到的問題，某些施工現(xiàn)場(chǎng)遇到此問題時(shí)，常常為了能夠快速的進(jìn)行二次鉆孔，在換填混凝土?xí)r采用C30及以上混凝土。由于混凝土型號(hào)提高，強(qiáng)度變大，此種方式會(huì)導(dǎo)致旋挖鉆機(jī)在鉆孔過程中振動(dòng)幅度變大，增加了旋挖鉆機(jī)作業(yè)對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)，會(huì)增大二次鉆孔失敗的幾率。

3.3.2 鉆孔過程中遇暗溝等問題，清孔困難：在鉆孔過程中，由于地質(zhì)夾層有流動(dòng)水，容易造成成孔過程中局部塌孔，導(dǎo)致清孔無(wú)法完成，而無(wú)法正常成孔。此問題的解決辦法為：

（1）提前做好降水、排水工作。如地下水位較深且地質(zhì)情況尚可，在降水完成后迅速的成孔、下鋼筋籠及完成后續(xù)混凝土澆筑。

（2）在鉆孔過程中協(xié)調(diào)好制作鋼筋籠的完成時(shí)間，鋼筋籠可以提前組織驗(yàn)收，在成孔驗(yàn)收合格之后第一時(shí)間下放鋼筋籠。

（3）如地下水位較淺，可采用鋼護(hù)筒護(hù)壁鉆孔。

（4）如地下水位較淺且地質(zhì)情況較差，可采用泥漿護(hù)壁，隨鉆隨護(hù)壁。

3.3.3 鉆孔過程中遇孔樁整體垮塌：由于施工場(chǎng)地的區(qū)域回填土質(zhì)，鉆孔過程中由于土質(zhì)松散及不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致孔口上部垮塌，導(dǎo)致無(wú)法正常成孔。此問題屬于現(xiàn)場(chǎng)人為因素影響，解決方案比較簡(jiǎn)單，但需當(dāng)做重點(diǎn)把控，只需將樁位區(qū)域整體或者局部夯實(shí)，必要時(shí)上部設(shè)置護(hù)筒埋深至回填土深度即可。

3.3.4 鉆孔過程中地下水上涌：由于本地區(qū)地下水豐富（雨水充沛地區(qū)甚至是地表水），在鉆孔至一定水位深度時(shí)泛出地下水，影響樁下孔壁穩(wěn)定性，無(wú)法正常成孔。此問題的解決方案分為兩種情況：

（1）地下水、地表水是云貴地區(qū)樁基成孔需要克服的主要問題，地下水位在相關(guān)地勘報(bào)告會(huì)詳述，現(xiàn)場(chǎng)施工前可根據(jù)地勘報(bào)告做好降水工作。

（2）如遇地表水，一般不會(huì)在地勘報(bào)告內(nèi)體現(xiàn)。如項(xiàng)目處于低洼地帶，常年積水，地表水豐富，現(xiàn)場(chǎng)樁基鉆孔過程中必然困難，此時(shí)需要在管理層面考慮，而非技術(shù)層次。首先，需有效組織各單位及時(shí)驗(yàn)收成孔，保證下一道工序的及時(shí)性;其次，鋼筋籠根據(jù)地勘報(bào)告等相關(guān)勘察文件提前制作，鋼筋籠長(zhǎng)度預(yù)留富余量，提前驗(yàn)收完成，等待成孔、清孔后及時(shí)下籠;最后，下放鋼筋籠后及時(shí)測(cè)量沉渣，并澆筑混凝土。

3.3.5 鉆孔至持力層后，經(jīng)相關(guān)單位檢查驗(yàn)收后進(jìn)行澆筑混凝土的過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。此現(xiàn)象會(huì)造成樁身澆筑完成后出現(xiàn)斷樁、泥夾石、沉渣超厚等質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響樁基承載力。出現(xiàn)這種情況的判別及解決方法為：

（1）在灌注過程中如發(fā)現(xiàn)井孔護(hù)筒內(nèi)水（泥漿）位忽然上升溢出護(hù)筒，隨即驟降并冒出氣泡，應(yīng)懷疑是塌孔征兆，可用探測(cè)儀探頭或伸測(cè)深錘探測(cè)。如測(cè)深錘原系停掛在砼表面上未取出的被埋不能上提，或測(cè)深儀探頭測(cè)得的表面深度達(dá)不到原來(lái)的深度，相差很多，均可證實(shí)發(fā)生塌孔。

（2）發(fā)生塌孔后，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)措施，如保持或加大水頭、移開重物、排除振動(dòng)等，防止繼續(xù)塌孔。然后用吸泥機(jī)吸出塌入孔中泥土;如不繼續(xù)塌孔，可恢復(fù)正常灌注。如塌孔仍不停止，坍塌部位較深，宜將導(dǎo)管拔出，將砼鉆開抓出，同時(shí)將鋼筋抓出，只求保存孔位，再以粘土摻砂礫回填，待回填土沉實(shí)后重新鉆孔成樁。

4 結(jié)束語(yǔ)

旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝特點(diǎn)眾多，例如：測(cè)量定位、水下澆筑砼、樁身后期檢測(cè)等，本文只對(duì)旋挖鉆孔灌注樁的成孔方法及質(zhì)量控制做了淺顯的分析和闡述，因地域不同，地質(zhì)情況千差萬(wàn)別，旋挖鉆孔灌注樁最核心的技術(shù)就是成孔技術(shù)，這也是機(jī)械旋挖灌注樁在普遍具有喀斯特地貌的云貴地區(qū)被廣泛運(yùn)用的原因所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍燕.鉆孔灌注樁施工[J].科技傳播，2011（16）：181-182.

[2]衡俊材.論鉆孔灌注樁施工常見質(zhì)量事故的預(yù)防及處理[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2011（09）：151-153.

[3]梁成偉.建筑樁基工程施工中旋挖鉆孔成樁施工技術(shù)的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2018（19）：13-14.

[4]伍冬明.旋挖鉆孔灌注樁質(zhì)量控制要點(diǎn)及對(duì)策分析[J].建材與裝飾，2017（45）：1-2.

[5]肖填準(zhǔn).建筑樁基施工中旋挖鉆孔成樁技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建材與裝飾，2017（27）：24-25.