深厚欠固結(jié)巖溶強發(fā)育地層樁基成孔施工工藝比選

劉軍安，楊大勇，樂 俊，楊慧齊，楊 浩，宋江文，李玉才

(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

欠固結(jié)土是指在現(xiàn)有自重壓力作用下尚未完全固結(jié)的土，其豎向壓力小于上覆有效壓力，其物理力學性能主要表現(xiàn)為壓縮性大、孔隙比大、松散、欠密實性、抗剪強度低等，其地基承載力低。巖溶強發(fā)育是指以碳酸鈣為主的可溶性巖石地區(qū)，由于較強地表徑流和地下水流對巖石的溶蝕作用和機械破壞作用，在巖體中形成洞穴或在巖層表面形成奇峰異石等獨特地形地貌的現(xiàn)象。

擬建貴陽龍洞堡機場T3航站樓場地上層為拋填土，為新近回填土，自然拋填，未進行夯實。填土平均厚度達27.65m，最厚處高達64.2m，并且其中的大顆粒碎塊石形成較多的架空現(xiàn)象，力學性質(zhì)差，屬于深厚欠固結(jié)土層。場地內(nèi)巖溶見溶洞率為20%以上，巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育，溶洞內(nèi)填充主要由紅黏土、溶蝕碎屑、碎石組成，個別孔洞為空洞，局部區(qū)域溶洞發(fā)育高度達10～31.7m。在該復(fù)雜地形地貌條件下的樁基施工工藝選擇，對確保成樁質(zhì)量、提升成樁效率、減少工期尤為重要。

貴陽龍洞堡機場T3航站樓項目樁基施工前期在場址內(nèi)選取5根理論樁長均約為40m的工程樁，進行全套管管內(nèi)取土成孔(1根)、全套管全回轉(zhuǎn)成孔(1根)、泥漿護壁旋挖濕成孔(1根)、沖擊鉆成孔(2根)工藝比選，選擇最優(yōu)方案，以指導(dǎo)后續(xù)共計690根工程樁高效、高質(zhì)量施工。

1 工程地質(zhì)概況

場址內(nèi)地層(見圖1)按從上到下主要如下。

圖1 工程地質(zhì)概況示意

1)超厚填土層 灰色、褐紅色、灰黑色，松散、稍濕，主要由紅黏土、塊石、碎石塊組成，少量建筑混凝土塊，夾鋼筋混凝土塊，粒徑多在50～200mm，最大達1 000mm，鉆探揭露厚度為2～64.2m，平均厚度27.65m，為新近回填土，自然拋填，未進行夯實。

2)溶洞層 主要由紅黏土、溶蝕碎屑、碎石組成，黏性土呈軟塑～可塑狀態(tài)，個別孔洞為空洞，鉆探揭露溶洞高度為0.6～7.7m，平均高度為2.4m，局部區(qū)域溶洞發(fā)育高度達10～31.7m。

3)強風化灰?guī)r 灰色、灰黑色，零星地段分布，平均厚度為4.63m，局部夾白云質(zhì)灰?guī)r，中厚層狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度一般，節(jié)理、裂隙發(fā)育，質(zhì)軟，風化均勻性差，鉆探巖芯較破碎，呈碎塊、圓餅及少量短柱狀。

4)中等風化灰?guī)r 灰色、灰黑色，局部夾礫屑灰?guī)r及白云巖，中厚層狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較好，節(jié)理、裂隙發(fā)育較少，質(zhì)硬，風化均勻性好，鉆探巖芯完整，呈長柱狀，巖體較完整。

2 深厚欠固結(jié)巖溶強發(fā)育地層樁基成孔工藝比選分析

2.1 全套管管內(nèi)取土(振動式)

全套管管內(nèi)取土(振動式)施工工藝是由1臺旋挖鉆進行鉆進取土，隨鉆進深度增加的同時增加鋼套管直至到達持力層，套管作為成樁過程的鋼護壁，承受全部樁側(cè)壓力，以確保成孔過程中安全。施工套管采用振動錘進行下壓護壁(見圖2)，套管間采用銷釘進行連接。

圖2 振動錘下壓鋼套管

本工程全套管管內(nèi)取土(振動式)施工工藝試驗過程中，振動錘下壓套管過程中阻力巨大，下壓進尺困難，振動錘嘗試多個方向并提高振動功率后，經(jīng)過100min不間斷下壓，套管僅進尺0.5m，有效工效為0.3m/h，無法繼續(xù)進尺，暫停施工。套管拔出后，觀察得知上層回填土內(nèi)含大量大小不均勻的碎石塊、混凝土塊(見圖3)，鋼套管不可避免會壓在石塊上，通過振動錘向下振動，小石塊阻礙區(qū)域能順利向下切進，但較大混凝土塊阻礙鋼套管向下進尺，無法鉆進成孔。

圖3 孔內(nèi)夾雜大量碎石塊、混凝土塊

2.2 泥漿護壁旋挖濕成孔

泥漿護壁旋挖濕成孔施工工藝是旋挖鉆單獨作業(yè)孔內(nèi)取土，旋挖取土前，選用高塑性黏土進行泥漿制備并進行泥漿性能檢測，確保泥漿滿足規(guī)范及現(xiàn)場使用要求，采用泥漿進行有效護壁，保證孔內(nèi)水頭水壓穩(wěn)定。泥漿護壁旋挖濕成孔工藝試驗過程中，旋挖鉆機鉆進前期由于泥漿作用，回填土在旋挖作用下變得松散并能持續(xù)進尺，但當旋挖取土至5m深度時，發(fā)現(xiàn)泥漿面間斷性出現(xiàn)氣泡冒出，同時泥漿面緩慢下降至護筒底口3m范圍內(nèi)，孔壁持續(xù)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，考慮到成孔成樁質(zhì)量風險及塌孔、埋鉆等安全風險，已無法繼續(xù)進尺。

2.3 沖擊鉆成孔

沖擊鉆成孔施工工藝是利用沖擊錘在提升至一定高度后利用自重反復(fù)沖擊孔底進行進尺，全過程采用泥漿進行有效護壁，沖擊進尺過程中控制好沖擊速度、頻率及泥漿品質(zhì)，每鉆進2m或地層變化處，在泥漿槽中撈取鉆渣樣品，查明土類并記錄、對照地質(zhì)勘察資料，及時排除鉆渣并置換泥漿，使鉆錘經(jīng)常沖擊新鮮地層，從而達到持續(xù)沖擊進尺的作用。

沖擊鉆成孔工藝試驗過程中，采用泥漿進行了有效護壁，泥漿密度、黏度根據(jù)本工程回填土的實際情況進行加大處理，有效防止了孔壁塌孔情況，同時由于土體擠壓密實，回填層施工過程中泥漿防滲漏狀況良好，2根試驗樁工效分別為0.27，0.41m/h。但在進入巖層后均出現(xiàn)地質(zhì)勘察報告中未揭露的溶洞或巖溶裂隙，導(dǎo)致泥漿迅速流失，無法繼續(xù)進尺。

2.4 全套管全回轉(zhuǎn)成孔

全套管全回轉(zhuǎn)施工是利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機強大的扭矩及下壓力進行土體及巖層切割并進行套管下壓，大大減少鋼套管與土層間的摩阻力，一邊360°回轉(zhuǎn)一邊壓入鋼護筒，同時采用旋挖鉆機鉆頭在鋼套管內(nèi)取土，取土與套管下壓交替進行，鋼護筒在下壓至巖面后停止，由旋挖鉆機鉆頭繼續(xù)鉆進取巖直至成孔，驗收后進入下一步工序。

全套管全回轉(zhuǎn)成孔工藝試驗過程中，平均鋼套管下壓工效為10m/h，拋填土段鉆進取土工效為4m/h，取巖芯工效為0.44m/h，成樁效率高、工期可控，同時全過程由鋼護筒進行有效護壁，可有效避免塌孔、埋鉆等質(zhì)量風險，成樁質(zhì)量有保障。

3 結(jié)語

貴陽龍洞堡機場T3航站樓項目樁基工程施工前期，通過對全套管管內(nèi)取土成孔(振動式)、泥漿護壁旋挖濕成孔、沖擊鉆成孔、全套管全回轉(zhuǎn)成孔4種工藝進行現(xiàn)場試驗并最終確定全套管全回轉(zhuǎn)施工工藝為該擬建場地內(nèi)深厚欠固結(jié)巖溶強發(fā)育地層唯一可行的施工工藝，貴陽機場T3航站樓共計690根工程樁采用全套管全回轉(zhuǎn)施工工藝。

全套管全回轉(zhuǎn)施工工藝充分發(fā)揮了全回轉(zhuǎn)鉆機強大的扭矩及下壓力進行土體切割并進行套管下壓的優(yōu)勢，同時利用了旋挖鉆機快速取土功能，全過程采用鋼套管進行有效、可靠護壁，避免了使用泥漿對環(huán)境造成污染，施工效率高、成樁質(zhì)量高、工期可控。