長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣的技術(shù)在泥巖中的應(yīng)用

魏 鵬

（甘肅建投建設(shè)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

本項(xiàng)目長螺旋鉆孔壓灌樁設(shè)計(jì)樁端穿透強(qiáng)風(fēng)化泥巖，進(jìn)入中風(fēng)化泥巖≥3 m；根據(jù)地勘報(bào)告，設(shè)計(jì)樁端進(jìn)入泥巖的深度在6.00~7.10 m。由于泥巖類地層粘粒間粘聚力大，膠結(jié)好，一般呈層狀結(jié)構(gòu)分布，風(fēng)化裂隙發(fā)育，有巖芯，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，強(qiáng)度高等特點(diǎn)。在進(jìn)行長螺旋鉆孔壓灌樁施工時(shí)，往往由于鉆機(jī)型號(hào)和鉆頭選擇不合適，導(dǎo)致鉆頭糊鉆、憋鉆、打滑、不進(jìn)尺等現(xiàn)象發(fā)生，甚至致使鉆機(jī)平臺(tái)錯(cuò)位、螺旋鉆桿接頭松掉、鉆頭磨損嚴(yán)重、掉鉆頭等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和成孔質(zhì)量，同時(shí)泥巖自身不具備造漿功能，鉆進(jìn)成孔時(shí)間長。利用壓縮空氣不斷地向螺旋鉆頭吹風(fēng)的技術(shù)，在泥巖地層鉆進(jìn)速度中取得了良好的成果。

1 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)用地面積約為37 337 m2，位于定西市安定區(qū)南環(huán)路。設(shè)計(jì)共7個(gè)子項(xiàng)，其中地上6個(gè)、地下1個(gè)；地上共計(jì)6棟樓，1#至5#樓為一類高層，地上33層，地下兩層；6#樓為多層公建，地上三層，地下兩層。沿街2#～5#樓的1、2層為商業(yè)，其余為住宅；在2#至5#樓首層設(shè)置物業(yè)等其他配套公共服務(wù)設(shè)施；地下為一層地下車庫，總建筑面積為：176 098 m2。

建筑結(jié)構(gòu)體系：地下車庫、商業(yè)為框架結(jié)構(gòu)，1#至5#樓為剪力墻結(jié)構(gòu)；6#樓為框架結(jié)構(gòu)。

2 設(shè)計(jì)概況簡述

本工程樁基為長螺旋鉆孔壓灌樁，樁端穿透角礫層及強(qiáng)風(fēng)化泥巖層進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層深度為3.0 m。持力層均為<7>層中風(fēng)化泥巖層。

工程樁施工前已經(jīng)進(jìn)行試樁，靜載荷試驗(yàn)確定的樁基承載力詳見《定西市安定區(qū)南環(huán)路棚戶區(qū)改造二期項(xiàng)目基樁靜載試驗(yàn)報(bào)告》，單樁承載力特征值為4 200 kN，樁徑為800 mm。

長螺旋鉆孔壓灌樁的施工應(yīng)滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008第6.4節(jié)關(guān)于長螺旋鉆孔壓灌樁的要求，成樁時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，注意根據(jù)具體條件采取綜合措施控制鋼筋籠的垂直度和保護(hù)層有效厚度，檢驗(yàn)應(yīng)滿足第9.2~9.4節(jié)的要求。

長螺旋鉆孔壓灌樁施工時(shí)，當(dāng)樁間距小于2.4 m時(shí)采用跳挖法間隔施工，待先施工樁混凝土澆注24 h后，再施工相鄰樁。

對(duì)施工完成后的樁基，應(yīng)委托具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行樁身完整性檢驗(yàn)和豎向承載力檢驗(yàn)。樁身完整性檢驗(yàn)宜采用兩種或多種合適的檢驗(yàn)方法進(jìn)行，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20根。豎向承載力檢驗(yàn)采用靜載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)樁數(shù)不得少于同條件下總樁數(shù)的1%，且不得少于3根。

3 場地地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

勘察區(qū)位于東河?xùn)|岸的一級(jí)階地和二級(jí)階地上，相對(duì)高差8.82 m，東南高、西低，地形開闊、較平坦。場地內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)雜填土（Qml），沖洪積形成的黃土狀粉土（Q4al+pl）、粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）、粗砂、細(xì)砂夾層和礫砂（Q4al+pl）等松散堆積物。底部為新進(jìn)系干河溝組泥巖（N2g），場地地質(zhì)主要由如下組成：①雜填土（Q4ml）：雜色，具大孔隙，稍濕，松散，層厚2.00~8.70 m；②黃土狀粉土（Q4）：黃褐色，稍濕～濕，稍密～密實(shí)，硬塑～軟塑，中～高等壓縮性，層厚1.80~13.20 m；③礫砂（Q4al+pl）：雜色，稍密，層厚0.70~2.70 m；④粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）：黃褐色，稍濕～濕，中密～密實(shí)，硬塑～軟塑，中等壓縮性，層厚1.90~6.20 m；⑤礫砂（Q4al+pl）：雜色，中密，飽和，層厚1.40~9.30 m；⑥強(qiáng)風(fēng)化泥巖（N2g）：褐紅色，團(tuán)塊狀，含有小礫石、鈣質(zhì)結(jié)核及錳質(zhì)斑點(diǎn)，屬極軟巖，巖芯破碎，RQD指標(biāo)為10%~30%，層厚3.00~4.10 m；⑦中風(fēng)化泥巖（N2g）：褐紅色，團(tuán)塊狀，含有小礫石、鈣質(zhì)結(jié)核及錳質(zhì)斑點(diǎn)，屬極軟巖，巖芯易破碎，RQD指標(biāo)為30%~45%，本次鉆探未揭穿，最大揭露厚度7.80 m。

場地地下水為第四系黃土狀粉土、粉質(zhì)粘土、礫砂層孔隙潛水，地下水位埋深5.70~13.90 m，含水層厚度6.60~13.10 m，據(jù)以往水文地質(zhì)資料，年水位最大變化幅度1.5 m。地下水主要接受大氣降水、地表徑流和河水補(bǔ)給，自東南向西北方向向下游排泄。單井涌水量100~1 500 m3/d，滲透系數(shù)80~100 m/d。

4 壓縮空氣技術(shù)在泥巖中的應(yīng)用原理

長螺旋鉆孔取土原理是通過連續(xù)切削和輸送方式進(jìn)行取土成孔，鉆出的土一部分被擠壓輸送至地面上，其余部分被送到螺旋葉片上，通過人工邊提鉆邊清理。

螺旋鉆頭常用的鉆齒為斗齒和子彈頭截齒。斗齒適宜土層鉆進(jìn)，齒刃鋒利，切削速度快，不能用于卵石、巖層等硬質(zhì)地層；子彈頭截齒屬于入巖鉆齒，耐磨合金點(diǎn)給巖石提供更大的加壓力，但在泥巖地層中鉆進(jìn)速度較慢，尤其在地下水位以下鉆進(jìn)過程中，地下水通過螺旋鉆桿間葉片流入螺旋鉆頭，由于泥巖類地層粘粒間粘聚力大，膠結(jié)好，致使在鉆進(jìn)過程中鉆頭糊鉆、打滑、憋鉆、不進(jìn)尺等現(xiàn)象發(fā)生。

為了解決上述問題，壓縮空氣技術(shù)的核心在于通過在螺旋鉆桿上及螺旋鉆頭上加裝吹風(fēng)焊管，利用在長螺旋鉆機(jī)加裝的空氣壓縮機(jī)不斷地向鉆頭吹風(fēng)，在鉆機(jī)鉆進(jìn)的過程中，將螺旋鉆頭上膠凝狀泥巖不斷地吹干，以達(dá)到鉆頭不糊鉆、不打滑、不憋鉆、平穩(wěn)鉆進(jìn)的目的，回風(fēng)通過螺旋鉆桿及葉片與孔壁間隙排向地面。

5 壓縮空氣技術(shù)在泥巖中的施工方法

長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣技術(shù)是利用長螺旋鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度，邊鉆進(jìn)邊向鉆頭吹風(fēng)，通過鉆桿芯管將超流態(tài)混凝土壓送至孔底，邊壓送混凝土邊提鉆至樁頂標(biāo)高，提鉆過程中停止吹風(fēng)，再將鋼筋籠植入素混凝土樁體中形成的鋼筋混凝土灌注樁。

5.1 施工準(zhǔn)備

施工場地應(yīng)滿足長螺旋鉆機(jī)安全行走的要求，且作業(yè)面標(biāo)高高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不宜小于500 mm。

施工前，應(yīng)進(jìn)行施工地面標(biāo)高的測量和樁的定位放線，群樁樁位放線允許偏差應(yīng)為20 mm，單排樁樁位放線應(yīng)為10 mm。

設(shè)備組裝過程中應(yīng)設(shè)立隔離區(qū)，由專職安全管理人員負(fù)責(zé)監(jiān)管，由專業(yè)人員按照長螺旋鉆機(jī)使用說明按程序進(jìn)行組裝。

5.2 施工機(jī)具

長螺旋鉆機(jī)的各項(xiàng)性能參數(shù)應(yīng)滿足場地工程地質(zhì)、水文條件及設(shè)計(jì)要求。

混凝土輸送泵的各項(xiàng)性能應(yīng)根據(jù)工程需要選用。配備鋼筋籠下放時(shí)需用的振動(dòng)錘、振動(dòng)錘、汽車吊、鉆機(jī)上加裝的空氣壓縮機(jī)的調(diào)試正常，螺旋鉆桿上加裝的吹風(fēng)焊管通風(fēng)暢通。

5.3 材料

混凝土采用超流態(tài)的預(yù)拌混凝土，初凝時(shí)間宜大于6 h，灌注前的坍落度宜為200±20 mm，粗骨料的最大粒徑不宜大于20 mm。

5.4 成孔

鉆機(jī)的螺旋鉆頭精確對(duì)準(zhǔn)樁位，鉆頭與樁位允許偏差應(yīng)為20 mm，鉆機(jī)塔身的垂直度應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

開鉆前經(jīng)檢查鉆頭閥門應(yīng)開啟靈活，鉆桿下移至鉆頭接觸地面，應(yīng)抽掉鉆頭閥門插銷后方可先慢后快的速度鉆進(jìn)。啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，檢查螺旋鉆頭吹風(fēng)管端頭暢通無誤后方可鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過程中不斷地向螺旋鉆頭吹風(fēng)，回風(fēng)通過螺旋葉片與孔壁間的間隙排除地面。

當(dāng)鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)鉆桿晃動(dòng)或難以鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)低速鉆進(jìn)或停機(jī)，查明原因后繼續(xù)鉆進(jìn)，禁止強(qiáng)行鉆進(jìn)。

鉆機(jī)提鉆過程中派專人同步清理鉆桿螺旋葉片間泥土，不得帶泥渣上提。

5.5 混凝土壓灌

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，泵送混凝土至孔底并加壓后方可提鉆，以利更好地控制樁端沉渣厚度。

混凝土壓灌過程中應(yīng)保持鉆具排氣暢通，同時(shí)鉆桿的提升速度與泵送量向匹配，混凝土泵料斗內(nèi)的混凝土面高于料斗底面的高度不應(yīng)小于400 mm。樁頂超灌高度不應(yīng)小于500 mm，混凝土壓灌充盈系數(shù)應(yīng)大于1.0。

5.6 鋼筋籠制作及植入

鋼筋籠宜整體加工制作，底部應(yīng)制作成錐尖狀，以使振動(dòng)桿有更好地著力點(diǎn)，錐尖主筋合并焊接牢靠，同時(shí)用多道螺旋箍與主筋纏繞點(diǎn)焊，以防鋼筋籠植入過程中錐尖主筋焊縫開裂導(dǎo)致鋼筋籠無法植入。

混凝土壓灌至施工樁頂標(biāo)高后及時(shí)派專人清理樁孔周邊泥土，立即將鋼筋籠對(duì)準(zhǔn)樁孔中心，進(jìn)行植入施工。鋼筋籠植入開始過程中可以靠鋼筋籠、振動(dòng)錘及振動(dòng)桿的自重緩慢植入，當(dāng)無法依靠自重植入時(shí)，可開啟振動(dòng)錘激振，使鋼筋籠下沉至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，斷開振動(dòng)錘與鋼筋籠的連接裝置，連續(xù)緩慢邊拔振動(dòng)桿邊振動(dòng)。

鋼筋籠應(yīng)連續(xù)下沉，中途不宜停頓，并在混凝土初凝前完成鋼筋籠植入工作。

5.7 樁成品保護(hù)

施工前根據(jù)長螺旋鉆機(jī)的外形尺寸確定鉆機(jī)的行走路線，嚴(yán)禁施工過程中碾壓或碰撞已成型的樁。跳打施工時(shí)宜采用樁頂覆土的成品保護(hù)方法。

6 結(jié)論

此次在本項(xiàng)目中長螺旋鉆孔壓灌樁利用壓縮空氣的技術(shù)在泥巖地層中應(yīng)用效果明顯，大大減少了螺旋鉆頭的更換頻率及維修保養(yǎng)次數(shù)，鉆進(jìn)速度明顯提高，極大地降低了施工成本，縮短了工期。