復(fù)雜地質(zhì)條件下小直徑鉆孔樁施工實(shí)踐

李立軍

（安徽巖土工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

天長(zhǎng)恒大湖山半島住宅項(xiàng)目位于安徽天長(zhǎng)市，由13幢7F中高端住宅樓、51幢16F～17F高層住宅樓、2幢21F～22F層住宅樓及配套用房組成。擬建高層建筑基礎(chǔ)多采用PHC管樁基礎(chǔ)形式，多層建筑采用淺基礎(chǔ)形式。其中62#～64#樓部位因地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)形式，3棟樓樁基共設(shè)計(jì)227根灌注樁，樁徑600mm，有效樁長(zhǎng)為 10.5m～16.5m，工程樁樁身C35，試樁樁身C40，設(shè)計(jì)單樁承載力特征值為2900kN，樁端持力層為⑧3層中風(fēng)化花崗巖，樁端進(jìn)入持力層不小于0.5m。樁長(zhǎng)和入巖深度雙控。

2 施工場(chǎng)地工程地質(zhì)情況

62#～64#樓位置為山前坡地，地層分布自上而下依次：①層填土、②層粉質(zhì)粘土、③層含礫粉質(zhì)粘土、⑧1層全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖、⑧2層強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖、⑧3層中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖。全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖含較多石英砂礫，由于花崗巖全風(fēng)化中風(fēng)化不均，常夾有中～強(qiáng)風(fēng)化巖塊，基礎(chǔ)穩(wěn)定性不易滿(mǎn)足規(guī)范要求且采用PHC管樁難以穿越，設(shè)計(jì)擬采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。⑧3層中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖（J）：灰白色夾灰綠色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖性堅(jiān)硬，小刀難刻劃，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，巖石較完整，巖芯呈柱狀，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ類(lèi)，飽和抗壓強(qiáng)度f(wàn)rc最大值48.4MPa、平均值38.38MPa、標(biāo)準(zhǔn)值30MPa，該基巖起伏大，且坡度大于10%，部分基巖埋藏較淺，樁長(zhǎng)不易控制。鉆孔灌注樁典型地層剖面圖見(jiàn)圖1、典型勘探孔巖芯全景圖見(jiàn)圖2。

圖1 鉆孔灌注樁典型地層剖面圖

圖2 典型勘探孔巖芯全景圖

場(chǎng)地地下水可分為二層：上部為上層滯水，主要賦存于第①層填土，含水量不均，總體較小；第②層粉質(zhì)粘土為相對(duì)隔水層，含水量微弱，下部為孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要賦存于第④層粉質(zhì)粘土層（含粉細(xì)砂及風(fēng)化巖碎屑）、第⑧1全風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖中、基巖裂隙水主要賦存第⑧2強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖中，水量較豐富，略具承壓性。

3 鉆孔樁施工技術(shù)方法選擇

根據(jù)本工程工勘資料揭示的復(fù)雜地層特點(diǎn)和已有的施工設(shè)備，試樁之前考慮了3種可選的成孔工藝方法，即沖擊鉆機(jī)成孔工藝、旋挖鉆機(jī)成孔工藝、旋挖鉆機(jī)加沖擊鉆機(jī)組合成孔工藝。

3.1 沖擊鉆成孔工藝

成孔技術(shù)簡(jiǎn)單，對(duì)地層適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)論是對(duì)本工程存在的花崗巖全風(fēng)化中風(fēng)化不均、常夾有中～強(qiáng)風(fēng)化巖塊的地層、還是巖性堅(jiān)硬的中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層（基巖），都可以順利成孔。但該工藝存在的缺點(diǎn)是成孔效率低、影響工程進(jìn)度；樁孔極易擴(kuò)徑、充盈系數(shù)大、導(dǎo)致混凝土超灌（φ600小直徑樁更為明顯）、增加了材料成本。全程采用正循環(huán)泥漿護(hù)壁，需專(zhuān)門(mén)外運(yùn)廢漿、增加文明施工措施費(fèi)和管理難度。

3.2 旋挖鉆機(jī)成孔工藝

施工土層和強(qiáng)風(fēng)化土層成孔速度快、移位快、可以滿(mǎn)足本工程工期緊的要求，自帶的平衡系統(tǒng)可以很好地控制和檢查成孔垂直度，相對(duì)于沖擊鉆成孔工藝、旋挖鉆機(jī)可采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁成孔、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的泥漿污染少、無(wú)需專(zhuān)門(mén)外運(yùn)廢漿。缺點(diǎn)是松散地層、淤泥質(zhì)地層、粉砂層和砂層裸孔鉆進(jìn)易塌孔、縮徑，在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石層時(shí)，鉆進(jìn)變得比較困難，不更換鉆頭，易發(fā)生事故。

3.3 旋挖鉆機(jī)加沖擊鉆機(jī)組合成孔工藝

施工土層和全、強(qiáng)風(fēng)化土層時(shí)采用旋挖鉆機(jī)成孔工藝，施工堅(jiān)硬的中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層（基巖）或風(fēng)化不均的全強(qiáng)風(fēng)化巖層（常夾有中～強(qiáng)風(fēng)化巖塊）時(shí)采用沖擊鉆成孔工藝。

綜合考慮成孔地質(zhì)情況、施工工期、成本、環(huán)保、文明施工和管理難度等因素，根據(jù)以往已有的施工經(jīng)驗(yàn)，擬首選旋挖鉆機(jī)成孔工藝，通過(guò)試樁驗(yàn)證其總體可行性。

4 旋挖樁設(shè)備、機(jī)具配備及施工工藝流程

4.1 旋挖樁設(shè)備、機(jī)具配備

根據(jù)樁基設(shè)計(jì)圖中的樁徑、樁深尺寸，巖土工程勘察報(bào)告中的地層情況及施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況選用合適型號(hào)的旋挖鉆機(jī)及配套設(shè)備。工程樁基主要

機(jī)械設(shè)備及機(jī)具選用如下：SR-200C型旋挖鉆機(jī)（見(jiàn)圖3）、φ600鉆斗（筒式旋挖鉆斗、嵌巖雙底撈砂鉆斗、嵌巖短螺旋鉆頭及筒式取芯鉆頭等）、3PNL泥漿泵、導(dǎo)管、挖掘機(jī)等。

圖3 旋挖鉆機(jī)

4.2 旋挖樁施工工藝流程

旋挖樁施工工藝流程為平整場(chǎng)地→測(cè)量放線→挖埋鋼護(hù)筒（護(hù)筒底部應(yīng)進(jìn)入原狀土）、復(fù)核樁位→旋挖鉆機(jī)就位、校正→造漿、成孔、保持孔內(nèi)泥漿液面高度→旋挖至巖層設(shè)計(jì)標(biāo)高→終孔、一次清孔→移機(jī)→安裝鋼筋籠、下導(dǎo)管二次清孔→澆筑水下商品混凝土。

5 施工中遇到問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

5.1 鉆斗卸土困難處理

φ600小直徑樁在粉質(zhì)粘土層成孔時(shí)，出現(xiàn)了卸土困難，司操工不得不采用動(dòng)力頭快速正反轉(zhuǎn)撞擊鉆桿，過(guò)多地急停強(qiáng)力甩土、蹾土方式卸土，不僅產(chǎn)生巨大噪聲，清渣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且可能造成鉆桿、動(dòng)力頭及旋挖斗過(guò)早疲勞損傷開(kāi)裂。為減輕這些問(wèn)題出現(xiàn)，除了采用兩瓣開(kāi)合的鉆斗外，改變常規(guī)習(xí)慣性操作方式：避免一次進(jìn)尺過(guò)深，造成過(guò)量的黏土在鉆斗內(nèi)互相擠壓，形成整體，增加卸渣難度，同時(shí)按進(jìn)尺20cm～30cm后暫停加壓和旋轉(zhuǎn)，使泥漿可以進(jìn)入黏土和鉆體之間起到潤(rùn)滑作用，之后再循環(huán)加壓鉆進(jìn)。

5.2 全、強(qiáng)風(fēng)化巖層中孤石處理及中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層鉆進(jìn)

全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層成孔，不同程度地鉆遇未完全風(fēng)化的孤（漂）石，多數(shù)情況下采用嵌巖雙底撈砂鉆斗鉆進(jìn)時(shí)，因斗齒具受力不均、出現(xiàn)整機(jī)振動(dòng)劇烈、鉆桿跳躍和偏擺現(xiàn)象，若繼續(xù)強(qiáng)行鉆進(jìn)，會(huì)造成孔斜、孔壁坍塌、卡鉆、鉆齒崩落和鉆桿損傷等，此時(shí)可嘗試更換使用嵌巖短螺旋鉆頭鉆進(jìn)，司操工采用低轉(zhuǎn)速小扭矩、點(diǎn)浮動(dòng)輕加壓操控方式，孤石破碎后再用撈砂斗撈渣，常可撈出大塊石（見(jiàn)圖4）。施工中少部分樁孔出現(xiàn)孤石尺寸大于孔徑φ600的情況，可換用筒式取芯鉆頭慢慢將孤石切斷并取出后，再換回嵌巖雙底撈砂鉆斗正常鉆進(jìn)。中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層鉆進(jìn)采用筒式取芯鉆頭鉆進(jìn)，孔內(nèi)余下的柱狀巖心用嵌巖錐形短螺旋鉆頭進(jìn)行破碎后，再用撈砂斗撈出。

圖4 撈出巖芯和大塊石

嵌巖雙底撈砂鉆斗、嵌巖短螺旋鉆頭及筒式取芯鉆頭組合運(yùn)用處理孤石和中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭（斗）要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，要在鉆頭底部加焊硬質(zhì)合金塊，鑲嵌的鉆齒均為截齒且切削角度一般小于25°，可以保證有足夠的強(qiáng)度擾動(dòng)、破碎孤石和適宜中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層鉆進(jìn)。

5.3 旋挖鉆機(jī)配置的摩阻式鉆桿傳遞鉆壓不足問(wèn)題處理

工程試樁階段，旋挖鉆機(jī)采用的鉆桿是原配套的摩阻式鉆桿，在鉆遇未完全風(fēng)化的孤（漂）石和中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層（基巖）過(guò)程中，出現(xiàn)了鉆桿抖動(dòng)、鉆壓加不上去現(xiàn)象，鉆進(jìn)效率降低非常明顯，甚至4小時(shí)形成不了1根樁，這主要是由于摩阻式鉆桿的各層桿之間是通過(guò)鍵間摩擦力來(lái)傳遞軸壓力，若在回轉(zhuǎn)阻力矩不大的情況下加壓，將由于內(nèi)外鉆桿鍵條接觸面上的正壓力及由此而產(chǎn)生的軸向摩擦力過(guò)小，而使鉆桿柱向上收縮達(dá)不到加壓效果。經(jīng)與設(shè)備廠家溝通，另配一套機(jī)鎖式鉆桿，雖操作相對(duì)復(fù)雜，但各層桿之間是通過(guò)承壓鎖塊傳遞壓力，可以通過(guò)加壓點(diǎn)傳遞較大的壓力，有效地解決了孤（漂）石和中風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層鉆壓加不上去的技術(shù)難題，成孔工效明顯提高，平均單孔僅需2h～3.5h。

5.4 全、強(qiáng)風(fēng)化地層孔壁坍塌處理

鉆孔灌注樁施工過(guò)程中鉆遇到較厚的全、強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖層，因巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)完全被破壞，巖芯呈砂土狀、遇水?dāng)_動(dòng)成流砂，這是成孔時(shí)出現(xiàn)塌孔問(wèn)題的地層原因。其次，旋挖鉆斗外壁和孔壁之間的環(huán)狀間隙偏小，提升鉆斗速度過(guò)快，鉆斗下部泥漿來(lái)不及補(bǔ)充而產(chǎn)生較大負(fù)壓作用，導(dǎo)致提升阻力增大及孔壁抽吸坍塌，這是引起孔壁坍塌問(wèn)題的鉆斗結(jié)構(gòu)和操作原因。對(duì)前者現(xiàn)場(chǎng)則采用優(yōu)質(zhì)靜態(tài)泥漿護(hù)壁措施，造漿選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，并摻入適量的純堿及纖維素，嚴(yán)格控制泥漿的密度、粘度、含砂率等，施工中保持孔內(nèi)水頭高度并及時(shí)調(diào)整泥漿性能。對(duì)后者現(xiàn)場(chǎng)則對(duì)原有鉆斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，適當(dāng)增大鉆頭徑向出刃并加裝側(cè)刀，用于保徑。在鉆斗底部徑向?qū)ΨQ(chēng)地焊接一定厚度的鐵塊，加大鉆斗上下直徑差，以增大過(guò)水面積。優(yōu)化旋挖鉆機(jī)操作方式，在全、強(qiáng)風(fēng)化層孔深段采用緩慢的起下鉆速度，盡可能減輕在鉆斗下部產(chǎn)生負(fù)壓抽吸區(qū)和孔壁沖刷區(qū)，通過(guò)3～4孔的摸索，基本上掌握了不超過(guò)0.5m/s的緩慢升降速度，可減輕孔內(nèi)活塞效應(yīng)所引起的塌孔現(xiàn)象。

5.5 孔內(nèi)沉渣厚度過(guò)大處理

本工程灌注樁為端承樁，設(shè)計(jì)要求控制孔底沉渣厚度不大于50mm。旋挖鉆終孔后換用平底雙門(mén)清渣鉆頭進(jìn)行反復(fù)清查（一次清孔），確?？椎谉o(wú)大塊碎石和泥團(tuán)。鋼筋籠安裝后，采用導(dǎo)管正循環(huán)優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行二次清孔，循環(huán)泥漿攜帶渣土進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)泥漿沉淀池沉淀后，進(jìn)一步處理可重復(fù)使用，二次清孔過(guò)程中常用測(cè)繩量測(cè)沉渣厚度，直到小于50mm方可停止。清孔完畢后立即采用隔水塞和不少于1.5m3混凝土大初灌量開(kāi)盤(pán)，利用混凝土巨大的沖擊力濺除孔底殘余沉渣。

5.6 成孔、成樁工序施工組織

一根樁基從成孔到灌注完畢，需要鋼筋工班、混凝土工班、運(yùn)輸車(chē)輛、灌注工班等多方面的組織與配合。旋挖鉆機(jī)成孔速度快，如因鋼筋籠加工、混凝土供應(yīng)不及時(shí)、組織不力及機(jī)械故障等因素造成已成孔的樁基不能及時(shí)灌注而長(zhǎng)時(shí)間擱置，就容易引發(fā)塌孔等事故。成孔深度到達(dá)設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)盡快進(jìn)行鉆機(jī)移位、終孔驗(yàn)收工作，盡可能縮短清孔停止至混凝土開(kāi)始澆灌間隔時(shí)間，否則應(yīng)重新清孔。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)天長(zhǎng)恒大湖山半島住宅項(xiàng)目鉆孔灌注樁的施工實(shí)踐，獲得了一些復(fù)雜地質(zhì)條件下小直徑鉆孔樁施工技術(shù)及工藝經(jīng)驗(yàn)。

①類(lèi)似本工程復(fù)雜地層，可選用旋挖樁施工技術(shù)及工藝方法，該方法施工效率高、設(shè)備場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)靈活、施工成本低、環(huán)境污染小。

②旋挖樁施工工藝較為復(fù)雜，穿越不同復(fù)雜地層時(shí)必須認(rèn)真分析，采取與之相適應(yīng)的有針對(duì)性技術(shù)工藝措施，并在施工中加以?xún)?yōu)化改進(jìn)，方可充分發(fā)揮功能和效能。

③針對(duì)旋挖樁施工過(guò)程中存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施分析總結(jié)，為今后旋挖鉆孔灌注樁的應(yīng)用提供了施工經(jīng)驗(yàn)借鑒。