鋼護(hù)筒在旋挖樁不穩(wěn)定土層地基中施工的運(yùn)用

于春洲

陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710032

1 工程概況

某電廠擬建設(shè)3臺540t/h超高壓高溫煤粉鍋爐配2臺50MW的抽背式汽輪機(jī)環(huán)保電廠，設(shè)計(jì)建筑物樁基采用旋挖鉆孔灌注樁。樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層為持力層[1]。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)勘測結(jié)果，地基巖土主要由第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖積成因的粉質(zhì)黏土和白堊系泥巖等組成，表層分布人工堆積成因的雜填土。共分為：①填土（）：灰黃色，以黏性土為主；②粉質(zhì)黏土（）：黃褐色，等級中，很濕，可塑；③粉質(zhì)黏土（）：黃褐色，等級中～重，稍濕，流塑～軟塑；④粉質(zhì)黏土（）：黃褐色，等級中～重，稍濕，硬塑；⑤殘積土（K2）：棕紅色，為泥巖殘積形成，主要表現(xiàn)為粉質(zhì)黏土；⑥泥巖（K2）：棕紅色，強(qiáng)風(fēng)化為主，巖芯表現(xiàn)為碎塊狀，粒狀結(jié)構(gòu)；⑦泥巖（K2）：棕紅色，中風(fēng)化，巖芯表現(xiàn)為柱狀，粒狀結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)以⑦泥巖層為持力層，其中③層土為流塑～軟塑狀淤泥，層厚3～7m埋深5～10m。旋挖成孔時(shí)遇該層易塌孔、無法成樁。

3 工藝選擇

因廠區(qū)部分區(qū)域地質(zhì)原因，樁基施工采取旋挖機(jī)預(yù)先鉆孔，鋼護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，鋼護(hù)筒長度根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整。

旋挖機(jī)采用“三一”重工155型旋挖機(jī)，保證能夠進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層。鋼護(hù)筒長度根據(jù)地質(zhì)條件按最不利地質(zhì)條件控制，參照地勘剖面圖和淤泥層厚，鋼護(hù)筒確定鋼護(hù)筒長度在9～15m單節(jié)，鋼護(hù)筒壁厚δ=15mm的鋼板，在廠家用機(jī)械集中卷制加工制作，焊縫全部為雙面坡口，鋼護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大10cm，運(yùn)至現(xiàn)場[2]。

振動(dòng)設(shè)備采用470KW單鉗振動(dòng)錘，起吊高度不小于16m，鋼護(hù)筒起吊、安放由25T汽車吊現(xiàn)場配合。

3.1 旋挖鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工工藝

場地平整、測量定位→旋挖樁孔至淤泥質(zhì)土層→從孔口震動(dòng)沉入鋼護(hù)筒（根據(jù)地質(zhì)情況驗(yàn)算）采用不同長度鋼護(hù)筒→然后旋挖機(jī)重新鉆進(jìn)、下鉆至持力層巖→正常成孔至樁底標(biāo)高清孔、驗(yàn)孔→鋼筋籠安裝→灌注混凝土→震動(dòng)拔起鋼護(hù)筒。

3.2 鋼護(hù)筒埋設(shè)施工

鋼護(hù)筒埋設(shè)前旋挖鉆機(jī)選用比樁徑大10cm的鉆頭鉆至淤泥質(zhì)土層頂部，25T汽車吊配合起吊鋼護(hù)筒，使用震動(dòng)錘將鋼護(hù)筒震入樁孔中。震動(dòng)錘必須平穩(wěn)，并在護(hù)筒頂面的平面位置一定要居中，盡可能避免因偏心造成護(hù)筒偏斜，同時(shí)采用水平尺或采用經(jīng)緯儀控制鋼護(hù)筒垂直度，不得超過規(guī)范要求的1/200，力求鋼護(hù)筒垂直入土。若一旦發(fā)現(xiàn)有偏斜趨勢，馬上進(jìn)行糾正，至偏差允許范圍內(nèi)。

鋼護(hù)筒振動(dòng)插入穿過淤泥層至強(qiáng)風(fēng)化，當(dāng)鋼護(hù)筒外露地面20cm停止，旋挖機(jī)換用設(shè)計(jì)樁徑的鉆頭在鋼護(hù)筒內(nèi)重新再鉆孔至設(shè)計(jì)深度，嵌入巖層深度滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)各方驗(yàn)收后終孔、下鋼筋籠、澆筑混凝土成樁。

鋼護(hù)筒數(shù)量一臺樁機(jī)配5～6個(gè)循環(huán)使用。鋼護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)在白天進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理和校正。

3.3 鋼護(hù)筒起拔

鋼護(hù)筒起拔在混凝土澆筑20～30分鐘內(nèi)，以免混凝土初凝后護(hù)筒拔出困難，利用振動(dòng)錘邊振動(dòng)邊緩慢起拔，拔起速度控制在1.5m/分鐘。

因起拔長護(hù)筒使得樁身直徑發(fā)生改變，會(huì)影響到混凝土頂面標(biāo)高，所以在混凝土澆筑過程中要充分考慮到長護(hù)筒起拔對混凝土澆筑的影響。在護(hù)筒起拔前要先進(jìn)行超灌，彌補(bǔ)護(hù)筒起拔的影響。

Ф800樁按每10m護(hù)筒考慮計(jì)算：

拔護(hù)筒前：

Φ800樁徑（0.9×0.9×3.14÷4）×10=6.358m3

拔護(hù)筒后：

Φ800樁徑（0.93×0.93×3.14÷4）×10×1.1=7.468m3

拔護(hù)筒前后：

Φ800樁徑每10m混凝土相差1.11m3/10m

說明：每10m護(hù)筒，護(hù)筒影響系數(shù)按1.1. 用護(hù)筒實(shí)際樁徑與設(shè)計(jì)樁徑混凝土對比：

長護(hù)筒：φ800，長10m :

長護(hù)筒：（0.9×0.9×3.14÷4）×10=6.358m3

設(shè)計(jì)樁徑：（0.8×0.8×3.14÷4）×10=5.024m3每10m相差：1.334m3

所以使用鋼護(hù)筒工藝對樁身長度越長、樁徑越大耗費(fèi)的混凝土量越多。

4 施工難點(diǎn)以及特點(diǎn)

4.1 穿透夾層

針對施工現(xiàn)場的地勘報(bào)告相關(guān)內(nèi)容，如果住宅建筑當(dāng)中的建筑基礎(chǔ)有夾層，樁端需要穿過全風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖夾層，將較為穩(wěn)定的全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為持力層。全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的富水性較為一般，基坑與樁基實(shí)際開挖中可能會(huì)出現(xiàn)流沙，遵照施工現(xiàn)場地勘報(bào)告內(nèi)容中的柱狀圖以及樁基設(shè)計(jì)方案進(jìn)行推測，明確遇到夾層時(shí)樁基的長度。

4.2 鋼護(hù)筒底部的變形

遵照地勘報(bào)告相關(guān)內(nèi)容以及既有工程施工作業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，所有地質(zhì)層截面實(shí)際上并不平整，甚至了能會(huì)有突變位置。在將鋼護(hù)筒打入到夾層底部的時(shí)候，可能會(huì)由于夾層底部位置的不平整，致使產(chǎn)生錘擊反力差異，而護(hù)筒底口隨之產(chǎn)生了變形，造成無法下鉆、卡鉆等情況[3]。

4.3 斜坡樁、夾層樁位方面存在偏差

很多基坑支護(hù)的位置遵照臨時(shí)支護(hù)實(shí)施全面考量與設(shè)計(jì)，樁基設(shè)計(jì)部門一定要對基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)的載荷傳遞、邊坡穩(wěn)定性等諸多方面進(jìn)行綜合考量，在邊坡位置上的工程樁實(shí)施斜坡樁隔離層方面的設(shè)計(jì)，以此對建筑物載荷在邊坡方面的不良影響消除掉。

4.4 樁底軟化以及沉渣清理

樁基在遇到夾層的時(shí)候，夾層中會(huì)有一些水，如果遭遇連續(xù)降水此種情況會(huì)更為嚴(yán)重。如果樁基長度比較長，穿越過夾層的樁基一般都大于24m，那么鋼筋籠就需要實(shí)施接裝處理。所以，單樁成孔以及成樁的時(shí)間都比較長。如果樁底長時(shí)間暴露，會(huì)致使樁底土質(zhì)出現(xiàn)軟化，沉渣過厚難以進(jìn)行及時(shí)有效的清理處理?；趩螛鹅o荷載抗壓、抗拔實(shí)驗(yàn)以及超聲波投射技術(shù)、低應(yīng)變技術(shù)、鉆芯技術(shù)等實(shí)施檢測。遵照樁基承載力設(shè)計(jì)方面的規(guī)定要求，能夠獲悉其比樁基實(shí)際施工中的旋挖機(jī)以及液壓錘等諸多機(jī)械設(shè)備要大。如果地質(zhì)情況比較復(fù)雜，尤其是土質(zhì)方面較為軟弱，如果不使用合理有效的特殊手段，在靜荷載試驗(yàn)的實(shí)際加載中，會(huì)產(chǎn)生支墩下方地面下沉、鋼梁傾斜等諸多問題，其可能會(huì)產(chǎn)生安全事故，同時(shí)檢測到的相關(guān)數(shù)據(jù)也會(huì)失真[4]。

在靜荷載的抗壓試驗(yàn)當(dāng)中，需要使用挖掘機(jī)將檢測樁半徑范圍之內(nèi)的淤泥、泥漿及堆土等挖出來，并且于上分層進(jìn)行頁巖回填，并且實(shí)施分層碾壓，直到滿足密實(shí)作業(yè)的相關(guān)要求，之后進(jìn)行鋼板鋪設(shè)。在靜荷載試驗(yàn)的加載與卸載中，要求對稱地進(jìn)行過混凝土塊的吊放、轉(zhuǎn)運(yùn)等，要重視附近土體的變化，同時(shí)確保試驗(yàn)過程中堆放的混凝土塊具備平衡性和穩(wěn)定性。靜荷載的抗拔試驗(yàn)過程中，主要基于地面反力來對整個(gè)鋼梁進(jìn)行支撐，基于此為樁基提供向上拔力。在靜荷載試驗(yàn)的實(shí)際開展中，加載、卸載操作一定要嚴(yán)格依據(jù)時(shí)間要求來開展，嚴(yán)禁提前進(jìn)行加載、卸載等，此過程中需要旁站監(jiān)督工作者，確保鋼梁的平衡性與穩(wěn)定性。

4.5 處理復(fù)雜的地基

如果項(xiàng)目工程土質(zhì)的承載力較低，旋挖機(jī)以及汽車式起重機(jī)難以進(jìn)行直接操作，要求及時(shí)于積水區(qū)域附近進(jìn)行集水坑設(shè)置，同時(shí)基于污水泵把積水抽到場外，再通過挖掘機(jī)械將此區(qū)域邊緣淤泥以及表層軟弱土都挖出來，于積水、泥濘區(qū)域基于級配砂卵石等實(shí)施換填。如果淺層存在大體積的硬質(zhì)石塊，需要先使用旋挖機(jī)簡化表層大石塊挖出來，將其換成素土進(jìn)行回填、壓實(shí)，保證旋挖機(jī)以及汽車式起重機(jī)操作的安全性、平穩(wěn)性與可靠性。

4.6 護(hù)筒振入問題的有效解決

基于項(xiàng)目工程的地質(zhì)情況，護(hù)筒由于底部存在堅(jiān)硬石塊，其會(huì)對振入產(chǎn)生阻擋影響，同時(shí)硬質(zhì)石塊突入到鋼護(hù)筒當(dāng)中的距離較短，旋挖機(jī)難以將其鉆碎。遵照現(xiàn)場探索以及反復(fù)多次的試驗(yàn)，鋼護(hù)筒振入受阻，同時(shí)旋挖機(jī)反復(fù)多次鉆進(jìn)難以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)，可把護(hù)筒先取出來，換成更大型號的鋼護(hù)筒，指導(dǎo)旋挖穿越大石塊的夾層，之后將原來的鋼護(hù)筒安裝上，實(shí)施后續(xù)的旋挖作業(yè)。如果鉆孔位置有大石塊夾層，要使用巖石筒鉆頭來進(jìn)行作業(yè)，鉆頭需要小于護(hù)筒。進(jìn)行大石塊層鉆入的時(shí)候，需要先進(jìn)行慢速旋轉(zhuǎn)，以免鉆頭受到損壞，并且可將大石塊鉆碎，以免樁孔之內(nèi)產(chǎn)生大面積坍塌，強(qiáng)化提升成孔的速度、成孔質(zhì)量和減少后期損耗混凝土的數(shù)量?；谝簤哄N對鋼護(hù)筒夾住，緩慢地向上提取，使鋼護(hù)筒附近土石都能夠緩慢地填入到原來的鋼護(hù)筒、小胡同間隙當(dāng)中。將大綱胡同取出來的時(shí)候，一定要規(guī)避同內(nèi)部鋼護(hù)筒之間的碰撞，液壓錘盡量不要和小鋼護(hù)筒產(chǎn)生摩擦碰撞。將大鋼護(hù)筒取出來之后，如果發(fā)現(xiàn)孔和小鋼護(hù)筒的外幣之間存在較大的間隙、孔洞等，需要使用四周既有土實(shí)施回填，以免對后續(xù)混凝土產(chǎn)生大量損耗。

5 施工技術(shù)控制措施

旋挖預(yù)成孔后采用單錘振動(dòng)插入鋼護(hù)筒，避免單錘振動(dòng)式出現(xiàn)的偏樁現(xiàn)象，隨時(shí)準(zhǔn)備水平尺或經(jīng)緯儀跟進(jìn)進(jìn)行90度檢測

根據(jù)地質(zhì)情況分析不穩(wěn)定土層埋深確定插入鋼護(hù)筒的長度，為確保鋼護(hù)筒已穿透不穩(wěn)定土層避免塌孔，鋼護(hù)筒過長外露影響后續(xù)旋挖鉆孔[5]。

組織有經(jīng)驗(yàn)的施工人員進(jìn)行施工，及時(shí)確保鋼護(hù)筒旋挖樁施工工序的銜接，及時(shí)跟進(jìn)。施工順序?yàn)椋簻y量定位→旋挖預(yù)成孔→下鋼護(hù)筒→旋挖成孔→下鋼筋籠→澆混凝土→拔鋼護(hù)筒。

為避免澆灌混凝土?xí)r出現(xiàn)堵管、鋼護(hù)筒不能拔出等現(xiàn)象，及時(shí)與混凝土廠家進(jìn)行溝通，提前預(yù)定好混凝土方量，并待混凝土全部到現(xiàn)場時(shí)才能澆筑，混凝土坍落度宜大于1800mm。

拔出鋼護(hù)筒時(shí)應(yīng)邊振邊拔，為預(yù)防把鋼護(hù)筒過程中混凝土標(biāo)高下沉，提前預(yù)估混凝土下沉量，每根樁多預(yù)計(jì)1～2方混凝土，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

控制振動(dòng)起拔鋼護(hù)筒速率≦1.5m/分鐘，防止因提拔速度過快導(dǎo)致浮籠或鋼筋籠下沉。

6 結(jié)束語

旋挖成孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝解決了因地下不穩(wěn)定土層，特別是流溯狀淤泥土層在鉆進(jìn)過程中塌孔、縮頸等現(xiàn)象。通過先旋挖引孔，解決跟進(jìn)插入鋼護(hù)筒對樁位的對位準(zhǔn)確性和確保鋼護(hù)筒垂直插入，旋挖機(jī)沿鋼護(hù)筒內(nèi)旋挖成孔至設(shè)計(jì)樁長，及時(shí)下鋼筋籠、澆筑混凝土成樁。通過對工藝掌握、施工步驟緊密銜接完成了該電廠600余根因地下淤泥層無法成孔的樁，相比水鉆孔灌注樁即縮短了工期又節(jié)省了投資，解決改電廠設(shè)備基礎(chǔ)樁位不能移動(dòng)的難題。經(jīng)檢測為Ⅰ、Ⅱ類樁符合設(shè)計(jì)要求。對類似地質(zhì)土層采用旋挖樁基施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。