超深巨厚砂層中咬合樁施工關(guān)鍵技術(shù)

李恒寶，朱琳

（江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，江蘇徐州221004）

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，受土地資源缺乏及地面空間發(fā)展的制約越加突出，必將促進(jìn)對(duì)地下空間的深度開(kāi)發(fā)利用。特別在大江大河或沿海城市，在地下空間開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，涉及富水性連通性透水性好的中密—密實(shí)、超深、巨厚砂層進(jìn)行深基坑支護(hù)工程很多。而本文針對(duì)全回轉(zhuǎn)全套管咬合樁在超深巨厚砂層中因套管鉆進(jìn)阻力大、管內(nèi)突涌等原因無(wú)法成孔的問(wèn)題，改進(jìn)傳統(tǒng)的咬合樁施工工藝，創(chuàng)新地運(yùn)用了注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法咬合樁施工關(guān)鍵技術(shù)，成功解決了超深巨厚砂層中咬合樁施工難以成樁的問(wèn)題，擴(kuò)大了咬合樁的適用范圍。

1 工程概況

如東海上風(fēng)電陸上電纜段隧道項(xiàng)目頂管工作井全套管鉆孔咬合樁深基坑支護(hù)工程，設(shè)計(jì)采用全套管鉆孔咬合樁+三層鋼筋混凝土梁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，坑內(nèi)采用高壓旋噴樁封底，在地下形成封閉止水空間和整體支護(hù)體系，基坑開(kāi)挖深度18.80m，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，基坑重要性系數(shù)為1.10。K1井為圓形結(jié)構(gòu)頂管始發(fā)井，設(shè)計(jì)?1200mm@850鋼筋混凝土樁及素混凝土樁各24根，樁長(zhǎng)33.2m；K2井為圓形結(jié)構(gòu)頂管接收井，設(shè)計(jì)?1200mm@850鋼筋混凝土樁及素混凝土樁各23根，樁長(zhǎng)35.2m。

2 工程地質(zhì)條件

沿線區(qū)域地貌分區(qū)屬于蘇北濱海平原區(qū)，地貌單元為濱海平原，地基巖土主要由第四系全新統(tǒng)海積成因的粉砂夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土、粉砂、粉土夾粉砂及粉質(zhì)粘土等組成，砂層中密—密實(shí)、層底埋深大于28.7m,砂層厚達(dá)22.4m,場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定水位埋深0.5m，基坑工程由淺入深，將分別遇到深厚軟土中的上層滯水和下部多層粉砂、粉土組成的層間弱承壓含水層，含水層具有承壓性，套管易抱死，管底易發(fā)生管涌、突涌或流土現(xiàn)象。

3 試成孔及存在的問(wèn)題

本項(xiàng)目設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，先采用傳統(tǒng)咬合樁施工工藝在坑外進(jìn)行試成孔一根，利用轉(zhuǎn)動(dòng)液壓裝置，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊壓入套管，沖抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土一邊繼續(xù)下壓套管，待第一節(jié)全部壓入后檢測(cè)垂直度，合格后，接第二節(jié)套管，如此循環(huán)，當(dāng)套管鉆進(jìn)施工至地面下13.5m處阻力逐漸加大進(jìn)尺緩慢，沖抓取土量稀少，當(dāng)鉆進(jìn)取土至孔深15.0m時(shí)管底出現(xiàn)“流土”現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)迅速停止繼續(xù)挖土，研究決定改用注水反壓套管超前鉆進(jìn)施工工藝，遂向套管孔內(nèi)注水至地下水位以上1.0m，以減小鋼套管與土層間的摩阻力，同時(shí)對(duì)地層產(chǎn)生反壓，阻止“流土”現(xiàn)象發(fā)生，并改用旋挖鉆機(jī)取土，邊壓入套管邊旋挖取土，按傳統(tǒng)工藝要求始終保持套管超前挖土面不小于2.5m，造成一段“瓶塞”，阻止素樁的超緩凝砼的涌入?，F(xiàn)場(chǎng)雖然采取了以上諸多措施，由于砂層超深巨厚，套管鉆進(jìn)阻力大，出現(xiàn)油管頭多次損毀、全套管被壓變形，試成孔失敗。

4 施工技術(shù)措施

經(jīng)公司技術(shù)人員的充分論證，研究決定在該項(xiàng)目采用“全套管全回轉(zhuǎn)沖抓取土+注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法取土”成孔組合技術(shù)方案。通過(guò)兩根試樁，總結(jié)出砼緩凝時(shí)間、注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)深度等施工參數(shù)，確定注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)于第三節(jié)套管施工之前進(jìn)行（即孔深12.8m），優(yōu)化調(diào)整了施工順序，并下發(fā)了作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，從而使咬合樁施工走向正?；?，有效地解決了在超深巨厚砂層中咬合樁的施工難題。

4.1 主要技術(shù)內(nèi)容

（1）在套管進(jìn)入地下水位下的中密—密實(shí)砂層前，考慮工勘揭露上部雜填土含有塊石，采用傳統(tǒng)的全回轉(zhuǎn)全套管咬合樁施工工藝，其工藝原理為：采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)的液壓轉(zhuǎn)動(dòng)裝置并輔以加壓，使套管進(jìn)行360°回轉(zhuǎn)切割、壓入，從而較大幅度地減少套管與上部土層間的摩阻力，套管始終應(yīng)超前挖土面大于250cm，造成一段“瓶塞”，阻止素樁的超緩凝砼的涌入；同時(shí)沖抓斗不間斷的取土，如此鉆至預(yù)設(shè)注水反壓深度（試成孔確定孔深12.8m）。

（2）在套管進(jìn)入地下水位下的中密—密實(shí)砂層（孔深12.8m）時(shí)，采用注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法施工咬合樁技術(shù)。鉆孔深度達(dá)到試成孔預(yù)設(shè)注水反壓深度時(shí)向套管孔內(nèi)注入清水，通過(guò)注水使套管內(nèi)水位始終高于地下水位，以保持對(duì)地層產(chǎn)生反壓維持孔壁穩(wěn)定，后移走沖抓斗吊機(jī)改用旋挖鉆機(jī)取土，保持旋挖鉆機(jī)取土超前于套管鉆進(jìn)一定深度（本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定不超過(guò)1個(gè)鉆頭），使鋼套管與砂層間的摩阻力大大減少，邊旋挖邊跟管鉆進(jìn)；旋挖鉆機(jī)針對(duì)地層情況選用鉆頭挖掘取土，如此循環(huán)直至設(shè)計(jì)孔深。

（3）在鋼筋砼樁成孔過(guò)程中因素砼樁的超緩凝砼尚處于流動(dòng)狀態(tài)，超緩凝砼有可能從素砼樁與鋼筋砼樁相交處涌入鋼筋砼樁孔內(nèi)，形成“串孔”。傳統(tǒng)工藝是在施工段的端頭設(shè)置一根砂樁，因砂樁施工處不可避免產(chǎn)生施工縫,開(kāi)挖后會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，為此項(xiàng)目部通過(guò)試驗(yàn)精準(zhǔn)計(jì)算出素樁與葷樁施工時(shí)間差，優(yōu)化調(diào)整了施工順序，取消了端頭砂樁的施工，將原本設(shè)計(jì)的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調(diào)整為“素素素葷素葷……”，解決了砂樁施工縫滲水的問(wèn)題，有效地防止了施工過(guò)程中“串孔”現(xiàn)象的發(fā)生，為注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法的順利實(shí)施提供了可靠的技術(shù)保障。

4.2 工藝原理

鉆孔深度達(dá)到試成孔預(yù)設(shè)注水反壓深度時(shí)向套管孔內(nèi)注入清水，通過(guò)注水使套管內(nèi)水位始終高于地下水位，以保持對(duì)復(fù)雜地層產(chǎn)生反壓維持孔壁穩(wěn)定，后移走沖抓斗吊機(jī)改用旋挖鉆機(jī)取土，邊旋挖邊跟管鉆進(jìn)，保持旋挖取土始終超前于套管鉆進(jìn)一定深度，大大減少了鋼套管與砂層間的摩阻力；旋挖鉆機(jī)針對(duì)地層情況選用鉆頭挖掘取土，如此循環(huán)直至樁端持力層為止，經(jīng)檢驗(yàn)合格后立即將鋼筋籠放入（素樁不放鋼筋籠），灌注水下混凝土（素樁為超緩凝砼）成樁。最終通過(guò)素樁與鋼筋砼樁相互咬合連成深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁墻。

4.3 工藝流程

導(dǎo)墻施工→鉆機(jī)就位對(duì)中→吊放并壓入第一節(jié)套管、校對(duì)垂直度、沖抓取土→吊放并壓入第二節(jié)套管、沖抓取土→注水反壓、吊放第三節(jié)套管、旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)取土→終孔檢查→（B樁吊放鋼筋籠）→安裝砼導(dǎo)管→灌注水下砼→樁機(jī)移位（重復(fù)上述工序）。

4.4 施工順序

通過(guò)試驗(yàn)精準(zhǔn)計(jì)算出素樁與葷樁施工時(shí)間差，優(yōu)化調(diào)整了施工順序，取消了端頭施工一根砂樁的傳統(tǒng)工藝要求，將原本設(shè)計(jì)的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調(diào)整為“素素素葷素葷……”，改進(jìn)后成樁順序?yàn)椋築1→B2→B3→A1→B4→A2→B5→A3→B6→A4……，如此循環(huán)如圖1所示。

圖1 同排樁施工順序圖

通過(guò)施工順序的合理調(diào)整，不僅保證了注水反壓 超前鉆進(jìn)法施工過(guò)程中孔壁穩(wěn)定，還解決了砂樁施工縫滲水的問(wèn)題，有效地防止了施工過(guò)程中“串孔”現(xiàn)象的發(fā)生。

由于施工端頭未預(yù)留咬合企口，施工末端A24樁無(wú)法切割B1樁成孔。采用末端樁位平移單側(cè)咬合+旋噴樁外側(cè)封堵施工技術(shù)，即將B24樁附近導(dǎo)墻破除，在B24樁不移動(dòng)位置的情況下，先保證A24樁與B1樁相切，并在它們相切處外側(cè)施工一根高壓旋噴樁進(jìn)行封堵。該方法也可以用于施工流水作業(yè)中斷接頭樁處理。施工方法如圖2所示。

圖2 平移樁位單側(cè)咬合示意圖

4.5 施工要點(diǎn)

（1）導(dǎo)墻施工：為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部設(shè)砼導(dǎo)墻。導(dǎo)墻寬4.0m、厚度為0.4m；定位孔直徑比樁徑大2cm；導(dǎo)墻頂高出地面不小于30cm，以防止地表水流入。

（2）鉆機(jī)就位對(duì)中：導(dǎo)墻砼達(dá)到強(qiáng)度后，重新定位咬合樁中心位置，將點(diǎn)位反到導(dǎo)墻面上，作為鉆機(jī)定位控制點(diǎn)；移動(dòng)套管鉆機(jī)至正確位置，使套管鉆機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)咬合樁樁位中心。

（3）吊放并壓入第一節(jié)套管（8.0m）、校對(duì)垂直度、沖抓取土：鉆機(jī)就位后，將第一節(jié)管吊裝在樁機(jī)鉗口中，找正套管垂直度后，磨樁下壓套管，壓入深度4.8m，然后用沖抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊下壓套管，保持套管底口超過(guò)開(kāi)挖面的深度不小于2.5m。

第一節(jié)套管全部壓入土中后（套管高出機(jī)臺(tái)頂面0.7m，便于接管），檢測(cè)垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整，如合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土。

（4）吊放并壓入第二節(jié)套管（8.0m）、沖抓取土：將第二節(jié)管吊裝套接在第一節(jié)管頂部，磨樁下壓套管，壓入深度8.0m，然后用沖抓斗從套管內(nèi)取土，邊抓土邊下壓套管，始終保持套管底口超過(guò)開(kāi)挖面的深度不小于2.5m。

（5）注水反壓、吊放第三節(jié)套管、旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)取土：套管底距離涌砂面0.7m，為防止出現(xiàn)涌砂，利用套管接節(jié)提前向管內(nèi)注水反壓，保持套管內(nèi)外水土壓力平衡，后移走沖抓斗吊機(jī)改用旋挖鉆機(jī)取土，邊旋挖邊壓入套管，并不斷向套管內(nèi)補(bǔ)水，始終保持旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)不超過(guò)一個(gè)鉆頭，并保持管內(nèi)水面始終高于地下水位不少于1.0m，如此循環(huán)，直至挖至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

（6）終孔檢查：將孔底的虛土全部清除，然后測(cè)量孔深、垂直度，直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（7）灌注水下砼：終孔檢查合格后（A樁須吊放鋼筋籠），然后安裝?250mm導(dǎo)管進(jìn)行水下砼澆灌；澆筑時(shí)檢查每車(chē)砼類(lèi)型與標(biāo)號(hào)、坍落度情況，以免素樁與鋼筋樁砼混用或發(fā)生灌注事故；每根樁制取一組試件，監(jiān)測(cè)其緩凝時(shí)間及強(qiáng)度；施工時(shí)邊澆注砼邊拔管，但始終保持套管底低于砼面不小于2.5m。

5 施工效果

含水砂層由于富水性連通性透水性好，傳統(tǒng)的全回轉(zhuǎn)全套管咬合樁施工工藝多采用注水反壓套管超前鉆進(jìn)法，但在深厚砂層中，套管鉆進(jìn)阻力大難以成孔。新技術(shù)則采用注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法，通過(guò)注水反壓和合理的施工順序調(diào)整，有效地防止了施工過(guò)程中“管涌”、“串孔”現(xiàn)象的發(fā)生，并且大大地減少了套管鉆進(jìn)的摩阻力，徹底解決了深厚砂層中咬合樁施工難以成孔的問(wèn)題，擴(kuò)大了咬合樁的適用范圍。

通過(guò)本項(xiàng)目咬合樁施工過(guò)程可知，該咬合樁施工工藝可操作性強(qiáng)，質(zhì)量控制簡(jiǎn)便、可行。經(jīng)開(kāi)挖檢驗(yàn)，在樁身垂直度、樁芯混凝土質(zhì)量及擋土止水等方面均達(dá)到了預(yù)期的效果。通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平及豎向位移監(jiān)測(cè)分析，施工完成的咬合樁環(huán)形支護(hù)墻結(jié)構(gòu)整體性好，止水效果明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果，具有較高的推廣價(jià)值。

6 結(jié)論

（1）本項(xiàng)目采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)組合施工新技術(shù)，解決了在復(fù)雜地層施工咬合樁挖土困難的問(wèn)題，提高了施工作業(yè)效率，擴(kuò)大了全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的適用范圍。

（2）在高地下水位時(shí)，采用注水反壓工藝，能有效地防止孔內(nèi)流砂和涌泥；較容易處理孔底虛土，清底效果好；避免了普通鉆孔灌注樁可能發(fā)生的縮徑、斷樁及混凝土離析等質(zhì)量問(wèn)題，充盈系數(shù)小，節(jié)約混凝土。

（3）采用末端樁位平移單側(cè)咬合+旋噴樁外側(cè)封堵止水施工技術(shù)，解決了傳統(tǒng)施工工藝預(yù)留咬合企口及砂樁施工縫滲水的問(wèn)題，同時(shí)為咬合樁流水作業(yè)中斷造成的事故樁處理提供了可靠的技術(shù)支撐。

（4）優(yōu)化調(diào)整了施工順序，將原本設(shè)計(jì)的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調(diào)整為“素素素葷素葷……”，有效地防止了施工過(guò)程中混凝土“串孔”現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）鋼筋籠采用直螺紋連接、整體安裝的方式，使用直螺紋連接有效地解決了高強(qiáng)度、大直徑鋼筋籠焊接存在的各種問(wèn)題，并節(jié)約了人工及材料施工成本；鋼筋籠采用整體吊裝法，節(jié)約了大量井口焊接時(shí)間，提高了成樁速度，保證了樁體質(zhì)量。

（6）首次采用注水反壓旋挖鉆機(jī)超前鉆進(jìn)法施工關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)注水反壓及施工順序的改進(jìn)，使旋挖鉆機(jī)能夠超挖入土一定深度，大大地減少了套管鉆進(jìn)的摩阻力，保證了全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)的適宜性，徹底解決了深厚砂層中施工咬合樁難以成孔的問(wèn)題，擴(kuò)大了咬合樁的適用范圍。