高回填區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)

陳峰

中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 311122

近年來，許多施工建設(shè)單位在進(jìn)行高回填區(qū)的旋挖鉆孔管柱樁的施工時，摒棄的以往的人工施工方式，而是采用機(jī)械化和自動化的施工技術(shù)，大大提高的施工的效率和質(zhì)量。主要的原因是因?yàn)槿斯ぷ鳂I(yè)的施工難度較大，面臨的施工環(huán)境比較惡劣，并且施工的質(zhì)量難以保障；而在轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械施工之后，機(jī)械鉆孔的自動化程度更高，具有人工難以比擬的優(yōu)越性，并且還能夠提升施工的效率和鉆孔的精準(zhǔn)度，因而近年來逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械對人工的替代。針對機(jī)械的施工技術(shù)，也有著多種多樣的要求與規(guī)范，這些施工的規(guī)范對于施工的效果起到至關(guān)重要的作用，下面將首先對旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)的主要工具旋挖鉆機(jī)進(jìn)行簡要的介紹。

1 旋挖鉆機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用

旋挖鉆機(jī)又稱回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)，是重要的鉆孔施工設(shè)備，主要的用途是對高層建筑和橋梁基礎(chǔ)建筑進(jìn)行相關(guān)的鉆孔灌注樁施工，并輔助完成施工的任務(wù)和效果。旋挖機(jī)在施工中的應(yīng)用起源于二十世紀(jì)九十年代，但是最開始的施工設(shè)備機(jī)身比較大，不容易進(jìn)行精細(xì)化的施工和在比較狹窄的環(huán)境中使用，這也阻礙了旋挖鉆機(jī)的的應(yīng)用與推廣。而近年來，隨著旋挖鉆機(jī)的體積不斷的縮小，使得旋挖鉆機(jī)的使用條件要求大大降低了，小型旋挖鉆機(jī)的使用更加靈活，在比較狹小的地區(qū)進(jìn)行使用也不會受到地形的限制，因而十分方便。小型旋挖鉆機(jī)的使用是通過把回轉(zhuǎn)斗配在多功能步履式樁架上，并且在鉆頭旋轉(zhuǎn)時切土進(jìn)入土斗，滿裝后，停止旋轉(zhuǎn)提出孔外，打開土斗棄土，并再次進(jìn)入孔中旋轉(zhuǎn)切土，重復(fù)進(jìn)行直至成孔。不僅如此，旋挖鉆機(jī)還能夠減少噪音的干擾，在施工的過程中減少對于能量的消耗，并在此基礎(chǔ)之上提高鉆孔的速度。以上的種種優(yōu)勢都使得旋挖鉆機(jī)能夠得以快速的推廣與應(yīng)用，并且對回轉(zhuǎn)斗工法嵌巖施工，也起到了一定的推動作用。

2 高回填區(qū)鉆孔施工難點(diǎn)

2.1 全面考察土壤的結(jié)構(gòu)

土壤的結(jié)構(gòu)對于高回填區(qū)的施工有著十分重要的影響，并且對于施工的效果起到至關(guān)重要的作用?；靥钔林饕怯缮皫r和泥巖碎石等構(gòu)成的，均勻性較差，結(jié)構(gòu)比較松散，因而在這樣的土層進(jìn)行施工的難度比較大，需要較為專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行處理與維護(hù)。在施工之前對土壤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考察與分析也成為了一項(xiàng)十分關(guān)鍵的準(zhǔn)備，具體操作層面來說，首先要對土壤的承載力進(jìn)行準(zhǔn)確的估算，使用檢測設(shè)備進(jìn)行土壤層的深度與土壤結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析來確認(rèn)土壤的承受能力最大限度，在此基礎(chǔ)上選擇較為合理的施工計(jì)劃與操作流程，不同的操作流程會帶來不同的壓力，并對土壤的結(jié)構(gòu)造成不同的改變。因此，在進(jìn)行施工之前從總體上考察施工的土壤結(jié)構(gòu)是十分必要且需要細(xì)致的處理的。

2.2 對施工的流程進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)

施工的流程是影響高回填區(qū)的旋挖鉆孔灌注樁施工的重要因素之一，并且對施工的效果起到關(guān)鍵的影響。通過對有關(guān)的流程進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)可以最大限度的減少施工中可能出現(xiàn)的棘手問題與突發(fā)狀況，起到防范于未然的作用?？紤]到高回填區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)以及最終的施工目標(biāo)之間存在的問題，需要進(jìn)一步對流程合理的控制與維護(hù)，保障其施工的安全與合理進(jìn)行。施工的流程不僅關(guān)系到灌注樁的質(zhì)量安全，還會對施工的成本控制產(chǎn)生重要的影響，因而進(jìn)行合理的施工流程設(shè)計(jì)是進(jìn)行技術(shù)安全的重要前提和難點(diǎn)[1]。

2.3 考察施工地區(qū)的水文條件

水文條件是影響高回填去旋挖鉆孔灌注樁施工效果重要影響因素，它的監(jiān)測也是一項(xiàng)施工和測量的重難點(diǎn)。只有通過規(guī)范的測量和進(jìn)一步的檢測與維護(hù)才能夠保障施工的順利進(jìn)行與合理的檢測效果。在具體的檢測與測量的過程中，首先要對有關(guān)的影響水文條件的因素進(jìn)行全面的排查與監(jiān)測，尤其是在容易出現(xiàn)雨水的季節(jié)要格外注意有關(guān)水文環(huán)境的變化，落實(shí)水文環(huán)境對實(shí)地施工的影響，進(jìn)而根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與評價，得出水文條件的綜合報告。人工回填的土壤一般質(zhì)地會比較松散，因而水文條件對于回填的效果起到之分重要的影響作用。

3 高回填區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)

3.1 旋挖設(shè)備的選型

旋挖設(shè)備是進(jìn)行高回填區(qū)的旋挖鉆孔灌注樁施工的主要施工設(shè)備，旋挖設(shè)備的選擇一定程度上要綜合考慮水文條件以及土壤結(jié)構(gòu)等多方面的因素，才能使得其達(dá)到比較好的施工效果。旋挖設(shè)備一般需要綜合考量其鉆孔能力以及自身的重量等因素，因?yàn)楦呋靥钔恋耐寥澜Y(jié)構(gòu)比較松散，因而大型的旋挖設(shè)備一般難以進(jìn)行較為靈活的操作，對施工場地的要求也比較高，不適合進(jìn)行小規(guī)模的作業(yè)，因而就需要體積較小比較靈活方便的設(shè)備進(jìn)行操作。除此之外，對于有關(guān)的技術(shù)設(shè)備，還需要對其性能進(jìn)行進(jìn)一步的考量與監(jiān)測，例如，機(jī)鎖式鉆桿的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，使用起來的靈活性比較高，一般比較適合在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行使用，并且需要在地面承受能力較強(qiáng)的地面進(jìn)行施工，較為適合的施工地面是雜填土和淤泥等地區(qū)。綜上所述，旋挖鉆機(jī)的使用與選擇主要是依靠樁孔直徑和鉆孔深度等[2]。

3.2 沉渣的有關(guān)控制技術(shù)

沉渣的處理是高回填區(qū)旋挖鉆孔灌注樁的重點(diǎn)處理技術(shù)，其處理的好壞將會直接影響到施工的效果，因而對沉渣的處理與控制是極為關(guān)鍵的處理技術(shù)。一般來說，需要控制沉渣的深度在小于等于50mm的施工要求，否則將會影響混凝土與基巖結(jié)合的承載能力。對于回填深度超過21m、樁長超過35m的情況，要達(dá)到沉渣的處理要求十分的困難，因而需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析與控制。一般來說，影響沉渣控制的主要因素包括：鋼筋骨架在吊放時碰刮孔壁的情況，以及清理后的混凝土的澆筑情況等等。除此之外，外部環(huán)境的影響也不容忽視，雨水等自然環(huán)境也將會對沉渣的深度產(chǎn)生影響，還會削弱對機(jī)械的控制，導(dǎo)致難以對沉渣的深度進(jìn)行及時的處理。針對以上的問題，通常需要采取的措施包括：當(dāng)鉆孔鉆探到位之后，用鉆機(jī)重新探測深度，并將殘留的渣土吸收干凈，確保施工的準(zhǔn)確；在鋼筋吊裝完成之后，還要對其進(jìn)行二次清理，一般會采用高壓送風(fēng)的方式進(jìn)行，這樣可以在最大限度上減少沉渣控制不當(dāng)?shù)臓顩r發(fā)生。

3.3 高回填區(qū)域塌孔的有關(guān)控制技術(shù)

高回填區(qū)的施工要求具有較為靈活的施工條件和全方位的控制，否則將會對施工的順利進(jìn)行造成嚴(yán)重的影響。在對土石方進(jìn)行施工的過程中，如果沒有對回填土層進(jìn)行充分的夯實(shí)與碾壓等步驟，在施工的場地中容易造成雨水的聚集和積壓，從而對施工條件造成破壞，不利于進(jìn)一步的施工，還容易導(dǎo)致回填的雜土的含水量過大，進(jìn)而威脅孔壁的安全性。面對這樣的問題，主要的控制手段包括：使用挖土機(jī)及時投入粘度比較高的濕度合適的黏土，并用鉆機(jī)加壓將黏土壓入孔壁，形成致密的又穩(wěn)定的保護(hù)層，對塌孔起到一定的保護(hù)與穩(wěn)定的作用；除此之外，還可以向孔內(nèi)澆筑比較低強(qiáng)度的黏土來進(jìn)行粘合，防治局部集中荷載和機(jī)械的過度振動，以加強(qiáng)高回填區(qū)域的塌孔的控制強(qiáng)度與質(zhì)量[3]。

3.4 漏漿與縮徑的有關(guān)控制技術(shù)

高回填區(qū)的土壤主要是由雜填土、黏土和淤泥質(zhì)土構(gòu)成的，并且十分容易造成結(jié)構(gòu)性的不穩(wěn)定，主要是漏漿和直徑不合理等問題。并且結(jié)構(gòu)性的問題還容易造成土壤結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和混凝土不密實(shí)的問題，從而威脅到整體的施工的安全性。與此同時，由于軟土層的土體流動性比較大，孔壁處的土體在周圍水平土的壓力的作用下，向孔內(nèi)產(chǎn)生一定的位移而引起直徑的減小。針對上述的問題，主要的處理對策包括：配置密度較高的保護(hù)層，保護(hù)層的材質(zhì)主要是水泥漿，這樣可以有效的保障保護(hù)層的厚度，從而產(chǎn)生足夠的泥漿壓力來對抗可能會產(chǎn)生的孔壁上的直徑的縮小的壓力，從而起到防止直徑縮小的作用；除此之外，針對不方便使用泥漿進(jìn)行操作的區(qū)域，還可以采用預(yù)注漿的方式來對減少漏漿和縮徑發(fā)生的可能性，并通過對預(yù)注漿的過程來達(dá)到防范和調(diào)整的作用，進(jìn)而使得施工的穩(wěn)定性大大提高。

3.5 灌注混凝土有關(guān)的施工控制技術(shù)

在進(jìn)行混凝土的灌注之前，要首先在孔口安裝孔口漏斗，這樣可以起到保護(hù)鋼筋骨架的作用，接下來在安裝完鋼筋骨架之后再進(jìn)行導(dǎo)管等設(shè)備的安裝，有助于進(jìn)行檢測與維護(hù)[4]。在具體的混凝土澆筑環(huán)節(jié)，最好應(yīng)當(dāng)保障澆筑的連續(xù)性，這樣不僅可以提高澆筑的工作效率，還能夠起到保障施工質(zhì)量的效果。同時，澆筑的時間不宜過長，保持導(dǎo)管埋入孔內(nèi)的深度不小于1m，當(dāng)灌注的混凝土到達(dá)鋼筋骨架底部時，要逐步的減慢灌注的速度，指導(dǎo)混凝土灌注到四米的時候，再提升導(dǎo)管使其底口高于鋼筋骨架底部兩米以上再恢復(fù)正常的澆筑速度。并且還要注意，在灌注的過程中要時刻關(guān)注速度與深度，確保灌注的過程在可以控制的范圍之內(nèi)，避免發(fā)生混凝土溢出的問題，使得混凝土灌注達(dá)到較好的施工效果。

4 高回填區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工實(shí)例

4.1 工程概況

某市有一處超高層公寓樓要進(jìn)行施工，最大單樁軸力約為6000KN，鋼管混凝土框筒結(jié)構(gòu)，核心筒部分嵌巖鉆孔樁直徑分別為1200mm、1400mm、1500mm等，共140根。單樁極限承載力要求達(dá)到14300KN、19600KN、22500KN。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，樁端嵌巖深度不小于1.0m。據(jù)巖土工程勘察報告分析，此巖層的分布范圍在自然地坪下62~67m范圍內(nèi)，進(jìn)入此層達(dá)到嵌巖要求后，單樁豎向承載力特征值平均可達(dá)到25562KN，滿足設(shè)計(jì)承載力要求[5]。

4.2 導(dǎo)向護(hù)筒埋設(shè)

旋挖樁機(jī)對定位樁中心對中的正確率要求較高，誤差的允許值僅為2cm。因此為確保天車、主動鉆桿中心、樁位三點(diǎn)一線，需首先將定位樁中心用十字線外引，并打入引樁。通過將引樁的十字線進(jìn)行交叉的方式作為護(hù)筒埋設(shè)的中心，并以此為依據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的旋挖機(jī)工作。鐵架的中心，不僅包括以上的旋挖機(jī)確定的中心，還包括根據(jù)旋挖機(jī)斗底面做相同的園鐵架，此鐵架的中心，即為樁中心。在確定中心之后，要進(jìn)行灌水，進(jìn)行導(dǎo)管的鋪設(shè)，在鋪設(shè)的過程中要加強(qiáng)對旋轉(zhuǎn)鉆頭的檢測，確保開孔的尺寸和大小符合設(shè)計(jì)的要求。旋挖機(jī)成孔的導(dǎo)向護(hù)筒比普通鉆機(jī)的護(hù)筒要長，一般約3.5m左右。除此之外，要充分的利用好導(dǎo)向管的定位作用，將導(dǎo)向管的左右兩端進(jìn)行垂直的挖掘，保障施工的精準(zhǔn)程度。在護(hù)筒定位完畢之后，周邊用粘性土回填和分層夯實(shí)，測量筒頂水平面標(biāo)高，并詳細(xì)填寫開工通知書上報監(jiān)理部[6]。

4.3 成孔嵌巖

本工程選用的是國產(chǎn)東明TRM220系列旋挖機(jī)，該鉆機(jī)動力頭扭矩為220KN·M，旋挖速度6~20轉(zhuǎn)/分，加壓力為180KN·M，在轉(zhuǎn)速和扭矩的自適應(yīng)控制、立柱垂直度自動檢測、平臺回轉(zhuǎn)自動對準(zhǔn)、鉆孔深度的自動控制方面均采用了國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)。根據(jù)機(jī)器的特點(diǎn)，在鉆孔過程中，監(jiān)理應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況觀察進(jìn)尺速度，在軟土地層時，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)進(jìn)入硬土層時，要慢速鉆進(jìn)；在易縮徑的粘土層，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)；對中砂層，則采用慢鉆速慢鉆進(jìn)，并適當(dāng)增加穩(wěn)定液的密度和粘度。進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層，監(jiān)理就要求施工方及時取出巖樣，與地質(zhì)勘察圖的鉆孔柱狀圖進(jìn)行比對，并測量孔深[7]。一旦進(jìn)入中風(fēng)化巖，監(jiān)理就在鉆斗卸土中現(xiàn)場取樣，與地質(zhì)勘察隊(duì)放置在現(xiàn)場的鉆孔巖樣進(jìn)行比較，然后測量鉆機(jī)的進(jìn)巖深度，確保每一成孔嵌巖均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與此同時，要防止提升速度過快對孔壁造成的沖突，容易引起坍孔。

5 結(jié)束語

綜上所述，針對高回填區(qū)本身的結(jié)構(gòu)性的特點(diǎn)，在進(jìn)行旋挖鉆孔灌注樁的施工操作時，要注重對于施工工具的選擇以及技術(shù)流程上的規(guī)劃，從多方面綜合保障高回填區(qū)施工的高效進(jìn)行。旋挖樁機(jī)施工主要是以它高效、低噪、環(huán)保、機(jī)械化程度高、成樁質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，近期在我國迅速發(fā)展，但從施工實(shí)踐看，它更適合于軟土層地基。因而對于高回填區(qū)的施工，需要對有關(guān)的施工機(jī)械進(jìn)行靈活的選擇，保障其在在粉土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、中細(xì)沙等土層中進(jìn)行旋挖游刃有余。同時，考慮到旋挖施工的優(yōu)勢，還需要針對施工的過程中可能出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行有針對性的解決與維護(hù)，并不斷對高回填區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行探索與優(yōu)化，推動高回填區(qū)的施工效果與質(zhì)量。