旋挖鉆進(jìn)穿越深部溶洞成樁精度控制

賀 春 梅

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430000)

巖溶地區(qū)成孔向來都是比較困難的，以往的人工挖孔及沖擊成孔效率低、安全隱患大、成本高、污染大。根據(jù)類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，在溶洞高大于5.0 m的巖溶地層中，通過改進(jìn)鉆具和調(diào)整對(duì)溶洞的穿越方式，采用鋼套管跟進(jìn)配合旋挖鉆進(jìn)施工方法，施工效率較高，施工成本較小。但當(dāng)遇到斜巖面時(shí)，旋挖鉆進(jìn)和鋼套管下置的垂直度控制是樁基施工中成樁精度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 工程概況

武漢某小區(qū)項(xiàng)目，由七幢高層及超高層(32層～54層)組成。我公司承接該工程1號(hào)樓、2號(hào)樓、3號(hào)樓及地下室樁基施工任務(wù)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)情況大致為雜填土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、基巖等?；鶐r為灰?guī)r地層也是本工程的持力層，該場(chǎng)區(qū)巖溶較發(fā)育，見洞率較高，溶洞高度較高，地質(zhì)條件較復(fù)雜，具體詳見表1。

表1 溶洞分布情況表

2 施工工藝的選擇

針對(duì)2號(hào)樓揭露的溶洞情況，見洞率高，且溶洞高度絕大部分超過5 m，最大高度達(dá)到了7.9 m，項(xiàng)目部采用鋼套管跟進(jìn)配合旋挖鉆進(jìn)施工方法，該方法不僅適應(yīng)于干鉆法施工而且也適應(yīng)于泥漿循環(huán)鉆進(jìn)施工，采用該方法的目的是防止坍塌跨孔、埋鉆，防止沖擊半邊巖卡鉆且消耗大量造壁片石，防止灌注時(shí)，可能再次壓裂圍巖及人造孔壁，造成混凝土漏失等。

3 準(zhǔn)備工作

3.1 依據(jù)超前鉆資料分析巖性及溶洞狀態(tài)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告、超前鉆資料以及設(shè)計(jì)要求顯示，該場(chǎng)區(qū)基巖為石灰?guī)r，設(shè)計(jì)定為持力層，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求樁端進(jìn)入完整的中風(fēng)化石灰?guī)r不少于50 cm?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)該區(qū)域地層特點(diǎn)進(jìn)行分析和討論，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育4種情況均存在，而且分布不均勻，屬典型巖溶地區(qū)特征，同時(shí)溶洞內(nèi)伴有充填物呈流塑～軟塑狀，并且溶洞皆為半充填狀態(tài)，特別是2號(hào)樓溶洞高度大，施工難度大。

3.2 設(shè)備選擇

本項(xiàng)目由于溶洞深，石灰?guī)r的硬度比較大，擬選擇大扭矩、大功率的旋挖設(shè)備，配備機(jī)鎖鉆桿，鉆頭選用筒式截齒嵌巖取芯鉆頭，筒式截齒取芯鉆頭雛形為筒式截齒鉆頭，在其內(nèi)部加入內(nèi)置橫向卡齒條可卡取巖芯，同時(shí)兼?zhèn)溟_斗取芯的功能，便于取芯和清理鉆頭，如圖1所示。

通過圖1可以清楚看到鉆齒數(shù)量、角度、內(nèi)部構(gòu)造等。筒式截齒取芯鉆頭鉆進(jìn)特性：由主鉆桿傳遞壓力和扭矩至鉆頭，并由鉆頭邊緣均布相應(yīng)數(shù)量角度的截齒進(jìn)行環(huán)切孔底巖面，使其形成柱狀巖芯，同時(shí)由鉆頭內(nèi)部卡齒侵入并卡取筒內(nèi)巖芯，在鉆機(jī)加大扭矩情況下將其擰斷破碎，以達(dá)到嵌巖取芯目的。該鉆頭在環(huán)切巖石和取芯過程中巖石受力表現(xiàn)為內(nèi)部卡齒侵入巖芯后對(duì)其進(jìn)行外部靜壓、拖動(dòng)剪切作用(在鉆進(jìn)過程中首先采用點(diǎn)浮動(dòng)加壓方式待鉆頭環(huán)切嵌入巖芯后繼而采用點(diǎn)加壓方式)。現(xiàn)場(chǎng)取芯結(jié)果情況見圖2。

3.3 測(cè)量定位

1)接收建設(shè)方提交的紅線圖及有關(guān)基準(zhǔn)點(diǎn)，按要求復(fù)測(cè)后，報(bào)監(jiān)理單位(建設(shè)單位)簽證認(rèn)可。

2)做好控制點(diǎn)的保護(hù)工作。

3)將基準(zhǔn)點(diǎn)引入施工場(chǎng)地內(nèi)，設(shè)置若干控制點(diǎn)，控制點(diǎn)應(yīng)埋在不受施工影響的地方，并建立場(chǎng)內(nèi)測(cè)量控制網(wǎng)，編制測(cè)量成果圖，并報(bào)監(jiān)理單位審核。

4)測(cè)量偏差應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)，樁位偏差不得大于10 mm。室內(nèi)±0.000引測(cè)至現(xiàn)場(chǎng)。

5)保證每根樁測(cè)量放點(diǎn)、護(hù)筒埋設(shè)居中、鉆頭中心對(duì)正三道測(cè)量工序的準(zhǔn)確性。

4 內(nèi)外鋼套管、筒制作及下置

4.1 鋼套管、筒制作

內(nèi)外鋼套管、筒應(yīng)保證為同心圓，外鋼套筒的內(nèi)徑為D=d+400 mm(d為設(shè)計(jì)樁徑)，壁厚δ=12 mm，長(zhǎng)度為2.0 m～3.0 m；內(nèi)鋼套管的內(nèi)徑D′=d+200 mm(d為設(shè)計(jì)樁徑)，采用壁厚δ=12 mm～18 mm的鋼板，每節(jié)長(zhǎng)度為4.5 m～7.5 m。內(nèi)外套管、筒均采用在廠家用機(jī)械集中卷制加工制作，制作好后再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.2 內(nèi)外鋼套管、筒下置

4.2.1外鋼套筒水平位置控制

1)以樁中心為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用旋挖鉆機(jī)埋設(shè)外套筒。

2)根據(jù)地層情況設(shè)計(jì)外鋼套筒高度，并保證埋設(shè)后筒口高出地面100 mm～200 mm，本項(xiàng)目外鋼套高度為2.0 m～3.0 m。準(zhǔn)確測(cè)放樁中心位置，使外鋼套筒中心與樁中心偏差不大于20 mm。

3)采用水平尺及吊錘檢查外鋼套筒的水平度及垂直度，達(dá)到要求后，回填密實(shí)并固定外鋼套筒。

4.2.2內(nèi)鋼套管的下置

外鋼套筒下置后，采用比設(shè)計(jì)樁徑大200 mm的鉆具進(jìn)行成孔鉆進(jìn)，緩慢鉆進(jìn)至溶洞頂板上約1 m處，提鉆停止鉆進(jìn)，采用起吊設(shè)備輔助振動(dòng)錘的方式，將內(nèi)鋼套管分節(jié)對(duì)接并下置至溶洞頂板處。

1)下置過程中通過外部專門支架和預(yù)埋外鋼套筒之間的卡具控制，保證內(nèi)鋼套管頂面的平面位置居中，并用經(jīng)緯儀輔助控制垂直度，如圖3所示。

2)下置過程中應(yīng)防止因振動(dòng)錘偏心而致內(nèi)鋼套管偏斜。

3)內(nèi)鋼套管連接過程中，應(yīng)采用水平尺、測(cè)量?jī)x器監(jiān)測(cè)水平度、垂直度，使水平度、垂直度符合要求。

4)內(nèi)鋼套管下置溶洞頂板后，啟動(dòng)旋挖鉆機(jī)，進(jìn)尺1 m左右，再用上述方法下沉內(nèi)鋼套管，直至鉆穿溶洞頂板。

5)穿越溶洞體階段，視溶洞的充填情況，可采用一次穿越或分段穿越。

6)按上述方法，直至內(nèi)鋼套管進(jìn)入溶洞底板1 m，旋挖鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

7)上述每個(gè)循環(huán)過程中，嚴(yán)格控制好內(nèi)鋼套管的垂直度、同心度，如圖4所示，使其滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

5 溶洞穿越

成孔鉆進(jìn)接近溶洞頂板時(shí)要減小鉆壓，慢速旋轉(zhuǎn)緩慢刻取溶洞頂板巖石，以防加壓過猛，鉆穿頂板后發(fā)生掉鉆事故；同時(shí)還要時(shí)刻觀測(cè)鉆桿垂直度，以防頂板鉆孔傾斜。

開孔前根據(jù)單孔超前鉆資料顯示的溶洞頂板埋深和溶洞高度，選用配有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的斗齒鉆具開孔，以保證鉆孔直徑及垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。加壓盡可能采用底部配重加壓，以保證鉆頭的垂直性。

1)在鉆進(jìn)至溶洞頂板0.5 m時(shí)開始減慢鉆進(jìn)速度并換上特制筒式截齒取芯鉆頭，筒鉆高度2 m以上，并加強(qiáng)導(dǎo)向和扶正作用，同時(shí)采用浮點(diǎn)加壓方式進(jìn)行碾磨鉆進(jìn)。

2)根據(jù)鉆機(jī)浮點(diǎn)加壓方式碾磨揭穿溶洞頂板后停止加壓，關(guān)閉浮動(dòng)，使用主卷揚(yáng)吊著鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，并在洞口進(jìn)行試探式鉆進(jìn)，保證鉆頭契合度。

6 鋼筋籠的吊裝

1)為保證鋼筋籠安裝時(shí)不剮蹭內(nèi)鋼套管，且鋼筋籠居中，在每隔2 m截面上安裝四個(gè)主筋保護(hù)塊。

2)鋼筋籠吊裝之前，應(yīng)對(duì)內(nèi)鋼套管的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，確保鋼筋籠安裝及樁身垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

3)鋼筋籠吊裝時(shí)，確保鋼筋籠中心與內(nèi)鋼套管中心重合。

7 成果檢驗(yàn)

施工完畢后檢測(cè)部門對(duì)20%的樁進(jìn)行了抽芯驗(yàn)證，通過現(xiàn)場(chǎng)芯樣及檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證，處于溶洞區(qū)段的樁樁身混凝土均比較完好，只有個(gè)別樁局部存在輕微缺陷，小應(yīng)變檢測(cè)比例為100%，Ⅰ類樁比例在90%以上，Ⅱ類樁小于10%，無Ⅲ類、Ⅳ類樁。竣工驗(yàn)收結(jié)果顯示，所有樁的樁位偏差均在±5 cm以內(nèi)，樁身垂直度偏差在1%以內(nèi)。

8 結(jié)語

巖溶地區(qū)樁基施工由于其受巖溶地層復(fù)雜的地質(zhì)條件限制，施工中在工藝上還存在著很多問題。為適應(yīng)新的市場(chǎng)趨勢(shì)，抓住新的發(fā)展機(jī)遇，有必要在工程實(shí)踐中，因地制宜，根據(jù)項(xiàng)目的具體地質(zhì)特點(diǎn)，完善相關(guān)的施工工藝，制定與之適用的控制成樁精度的方法，從而提高工程的施工質(zhì)量。