局部軟塑性土層中樁基礎(chǔ)施工應(yīng)對措施

王英坡

（中煤地質(zhì)集團有限公司, 北京 100040）

1 概述

在樁基礎(chǔ)施工中, 根據(jù)不同的水文地質(zhì)與工程地層情況, 選擇適宜的施工工藝以及合理的護壁措施, 以保證施工的順利進行。而中國幅員遼闊, 各地的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況都又各不相同, 隨著施工的精細化管理, 對施工工效、環(huán)保、質(zhì)量和成本控制的要求也越來越高, 這就要求每個基礎(chǔ)樁工程在施工前, 要針對地層選取更加經(jīng)濟、高效、環(huán)保的施工工藝, 本文針對某種巖溶地區(qū)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況, 采用旋挖鉆機完成鉆進, 針對局部軟塑性粘土層和經(jīng)粘土充填的溶洞, 采取局部加固措施, 實現(xiàn)干成孔施工, 提高了工效, 在保證質(zhì)量的情況下, 加快施工進度、降低施工成本、更加環(huán)保, 取得了良好的效果。

2 處理思路

在部分巖溶地區(qū), 場地地下水埋藏較深, 地層情況上部為灰?guī)r風(fēng)化后的紅土層, 自穩(wěn)性較好, 下部為灰?guī)r。雖然無連續(xù)地下水位, 但由于灰?guī)r面起伏大, 在灰?guī)r和土層結(jié)合面處, 有局部積水, 導(dǎo)致局部為軟塑—流塑狀態(tài)粘土, 同時, 溶洞填充土層松散, 為流塑狀態(tài), 容易出現(xiàn)縮徑或坍塌[1]。而上述出現(xiàn)軟塑—流塑狀態(tài)粘土的區(qū)域, 占全場地的比例不足30%, 同時, 該場地供水不足。無論是采用全套筒施工工藝, 還是傳統(tǒng)的泥漿護壁施工工藝, 在工期、經(jīng)濟性、環(huán)保、場地條件等方面很不科學(xué)。針對上述情況, 采用旋挖鉆機用干成孔施工工藝, 不僅可以避免泥漿護壁的不利之處, 還能發(fā)揮干成孔作業(yè)具有的工藝簡單、快速、環(huán)保、質(zhì)量容易控制等優(yōu)點。對于容易坍塌和縮徑的部位, 采用針對性的處理措施予以解決, 具體措施及解決的問題介紹如下：

（1）軟塑性土層不連續(xù)分布, 主要出現(xiàn)在基巖面起伏情況的低洼處, 以及溶洞內(nèi)的填充物, 且其它地層自穩(wěn)性好, 不需要護壁措施。如采用泥漿護壁措施, 由于不是全部鉆孔都能遇到軟塑性土層, 而所有鉆孔都采用該方法, 護壁措施缺乏針對差。而存在需要護壁措施的軟塑性土層或溶洞充填物的地段, 占所有樁的比例往往不到30%, 且厚度變化大, 該方法經(jīng)濟性也不高。針對該問題, 筆者帶領(lǐng)技術(shù)團隊, 探索并總結(jié)一些針對性措施, 避免普遍采用泥漿護壁成孔方案, 而是遇到軟塑性粘土?xí)r才采用的針對性措施, 從而實現(xiàn)經(jīng)濟性、環(huán)保性、進度保證、質(zhì)量保證等方面更加合理。

（2）采用干成孔施工, 在遇到上述不良地層時, 能及時發(fā)現(xiàn), 啟動應(yīng)對方案。

（3）遇到流塑性粘土層, 立刻用上部硬塑性粘土進行回填, 然后進行擠密。擠密方法為采用螺旋鉆頭進行下壓和旋轉(zhuǎn)擠壓, 該螺旋鉆頭轉(zhuǎn)動是不向上返土, 而是向下和側(cè)壁擠土, 經(jīng)過反復(fù)處理, 對相應(yīng)部位地層進行加固, 繼續(xù)進行鉆進時, 達到地層不再坍塌或縮徑。

（4）對已經(jīng)出現(xiàn)出現(xiàn)坍塌, 且坍塌較嚴重高, 通過擠密方法難以達到效果, 采用混凝土灌注回填或注漿加固處理。

（5）對于坍塌范圍小, 容易穿透的地層, 對坍塌段用低標號混凝土回填, 2d后, 混凝土強度達到其強度的60%以上, 重新鉆孔。

（6）對軟塑性軟土層比較厚, 難以穿過的地層, 采用注漿加固處理方案。

注漿處理為回填后注漿加固, 注漿后靜置7d左右等加固體具有一定強度后再成孔[2]。由于該現(xiàn)象較少, 且需要高壓旋噴鉆機完成, 對此類現(xiàn)象, 先回填, 施工進行到后期時, 集中處理。

回填前最大限度地揭露軟弱層, 為后期注漿施工提供信息, 可采用旋挖鉆機繼續(xù)下挖至其底部, 其底部一般為基巖。對于基巖上部軟土層, 為避免坍塌擴大, 可用擠密鉆頭下壓判斷其底部, 先用上部含水量低的粘土回填至軟土層頂部1m左右, 用擠密鉆頭邊擠密邊下探, 通過攪動可先進行部分置換。對于溶洞, 用旋挖鉆機先將進行鉆孔, 將上部巖層障礙清除, 以保證后期高壓旋噴施工。

注漿加固處理方案, 根據(jù)樁徑大小及預(yù)判的塌孔程度, 布置不同1～3個旋噴樁加固, 高壓旋噴樁徑1000mm, 一般樁徑不大于1000mm且坍塌不嚴重時, 在樁中心布置一個高壓旋噴樁；樁徑大于1000mm或坍塌較嚴重時, 沿孔外圍均勻布置3個高壓旋噴注漿孔。處理溶洞坍塌, 孔位布置注意靠近溶洞側(cè), 并沿早期施工的旋挖孔壁布置以避開巖石。

對未完全充填的溶洞, 揭露后直接采用低標號（C15）混凝土灌注, 待混凝土凝固后, 再采用旋挖干成孔工藝進行施工。

3 工程實例

某樁基礎(chǔ)工程位于昆明市、喀斯特地層區(qū)域, 本工程的樁基礎(chǔ)以風(fēng)化灰?guī)r層作為樁端持力層, 樁端進入持力層不小于2.0d, 本工程共計旋挖成孔灌注樁1200余根, 為嵌巖樁, 樁徑分別800～1200mm。工程工期60d, 工期緊, 施工管理壓力較大, 施工工藝的選取, 對順利完場該工程的施工會有很大影響。

3.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

3.1.1 地下水

勘察期間所有勘探孔均未見明顯的初見地下水位, 僅個別勘探孔中量測到臨時的地下水位, 不能形成穩(wěn)定水位。場區(qū)深部地下水類型主要為巖溶裂隙水, 巖溶裂隙水為徑流補給, 沿灰?guī)r裂隙向低處排泄, 鉆探深度范圍內(nèi)未揭露。

3.1.2 地層土質(zhì)分布

①層素填土：以可塑—硬塑狀態(tài)的粘性土為主, 偶夾風(fēng)化碎石。

②層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點, 屬紅粘土。硬塑狀態(tài)為主, 局部可塑狀態(tài), 中壓縮性為主, 局部高壓縮性。

②1層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點, 屬紅粘土。可塑狀態(tài)為主, 局部軟塑狀態(tài)。高壓縮性。②2層孤石：巖性為中風(fēng)化灰?guī)r。②4層土洞：為空洞, 無充填物。

③層中風(fēng)化灰?guī)r：為場地物理力學(xué)性質(zhì)最好的地基巖土層, 但其起伏變化很大, 給樁長的確定帶來一定困難。

③1層全風(fēng)化泥灰?guī)r。③2層溶洞（隙）、③5層為空洞, 會對基礎(chǔ)的選擇及穩(wěn)定性造成影響。

3.2 施工方案

根據(jù)場地水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件, 決定采用旋挖鉆機干成孔施工方案。

3.2.1 干成孔施工方案的優(yōu)勢

在巖溶地區(qū), 泥漿護壁容易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象, 且本場地供水緊張, 干成孔作業(yè)成功解決了該問題, 同時更加環(huán)保, 響應(yīng)了國家政策, 方便施工管理。

干成孔不會在孔壁形成泥皮, 不會降低樁側(cè)摩阻力, 還有助于控制孔底沉渣, 有利于保證施工質(zhì)量。

干成孔工序減少, 效率高, 容易施工。

所以, 在本項目中, 采用干成孔作業(yè)方法, 綜合考慮了場地條件和周邊環(huán)境, 優(yōu)勢明顯。

3.2.2 旋挖成孔優(yōu)勢

旋挖鉆采用大孔徑旋挖鉆機, 旋挖鉆機具備以下優(yōu)勢：

地層適應(yīng)性強, 既適合土層、砂層, 也可以在基巖中鉆進, 非常適合巖溶地區(qū)嵌巖樁的施工。

成孔速度快, 與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機相比優(yōu)勢明顯, 這樣就有效地保證了工程的進度。

環(huán)保特點突出, 與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機相比, 旋挖鉆機區(qū)別在于可以循環(huán)使用泥漿, 而傳統(tǒng)循環(huán)鉆機是不斷地產(chǎn)生泥漿, 旋挖鉆機更可適用于干成孔作業(yè)。

行走移位方便, 旋挖鉆機的履帶機構(gòu)可將鉆機方便地移動到所要到達的位置。

樁孔對位方便準確, 在對位過程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進的電子設(shè)備就可以精確地實現(xiàn)對位, 使鉆機達到最佳鉆進狀態(tài), 有效地保證了成孔的各項指標。基于旋挖鉆機施工效率高、速度快、施工精度高（全電腦控制）、履帶式行走移位方便的特點, 該工程樁孔的施鉆可采用旋挖鉆機。

鉆機上有車載電腦系統(tǒng), 可以自動顯示和調(diào)節(jié)旋挖鉆機的鉆孔深度、垂直度, 方便司機隨時觀察調(diào)整, 可確保垂直度偏差小于1%, 滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

3.2.3 干作業(yè)成孔法

旋挖成孔過程中, 如果不塌孔、不縮徑, 可以保證施工質(zhì)量時, 直接用旋挖鉆機取土采用干成孔工法。

在局部不良地層中, 鉆進過程中慢放慢提鉆桿, 輕加壓, 低速鉆進, 減少鉆進過程中的振動, 減少塌孔。在成孔過程中如遇少量塌孔, 可繼續(xù)鉆進完成施工, 該方法雖然砼充盈系數(shù)偏高, 但與泥漿護壁或長套筒工藝比較, 仍然更加經(jīng)濟合理。

如遇坍塌嚴重, 無法成孔, 就需要采取相應(yīng)措施, 減少或控制塌孔后, 再進行施工。具體措施如上述的擠密加固、溶洞灌注混凝土、注漿加固后施工等方案。

施工流程：施工準備→鉆機就位→安裝孔口護筒（2m）→取土成孔→塌孔→移機回填（混凝土）→鉆機就位→取土成孔→（遇不良地層時處理→繼續(xù)取土成孔）→檢查、清渣→移機→吊放鋼筋籠→檢查→吊放導(dǎo)管→灌注混凝土→拔護筒。

在巖溶地區(qū), 干成孔作業(yè)首先不用考慮漏漿問題, 同時, 遇到溶洞、軟土縮徑等情況時, 更方便采取措施, 如可以直接灌注砼、回填等。干成孔還有助于控制孔底沉渣、減少對土體性質(zhì)的影響等效果。且干成孔工序減少, 效率高, 容易施工。所以, 在具備條件的情況下, 干成孔優(yōu)勢明顯。

3.2.4 灌注混凝土工藝

考慮孔深及混凝土自由下落高度的要求, 采用導(dǎo)管灌注法, 即水下灌注混凝土的方法, 利用封閉的連接鋼管作為混凝土的輸送通道, 管的下部埋入混凝土適當(dāng)?shù)纳疃? 導(dǎo)管埋入混凝土深度不小于2.0m, 還使從下而上連續(xù)不斷灌入的混凝土, 使樁孔內(nèi)混凝土灌注質(zhì)量得到了保證。

4 效果分析

4.1 施工情況

根據(jù)施工情況, 雖然多處遇到了軟塑塑性粘土或溶洞, 但其中僅80根（約7%）的鉆孔需要處理, 主要通過干土回填擠密的方法進行了處理。軟塑性粘土層厚或溶洞大, 處理困難的孔7個, 采用另外兩種方法處理。

7個難度大的孔中, 2個孔因溶洞造成, 溶洞填充物較松散, 且上部巖層較厚, 經(jīng)過旋挖清理坍塌物后直接用C15混凝土灌注, 待混凝土凝固后繼續(xù)鉆進施工。5個鉆孔坍塌嚴重, 采用素土回填后注漿的方法進行加固處理。

5個高壓旋噴處理的孔, 均采用周邊布置3個注漿孔的方式進行處理, 高壓旋噴樁樁徑為800mm, 注漿加固段為坍塌段及其頂部以上1m。處理時間包括設(shè)備進場及組裝驗3d, 高壓旋噴樁施工時間2d, 共計5d, 等待7d后采用旋挖干成孔的施工工藝完成了該部位的鉆孔施工。

4.2 效果分析

該方案效果明顯, 首先充分發(fā)揮了旋挖鉆機的優(yōu)勢, 且施工方案簡單, 采用干成孔的施工方案, 施工速度快, 成樁質(zhì)量好。

其次最大限度地降低了施工難度, 僅對個別難度大的孔采用了處理措施, 針對性非常強, 提高了工效。通過簡化了施工工序, 明顯加快了施工進度。由于進行處理的孔僅占本工程樁數(shù)的7%, 其它孔均按照最高效的方法施工, 與巖溶地區(qū)常用的施工方法相比, 在工期、環(huán)保、造價、質(zhì)量保證方面優(yōu)勢明顯。

處理方案簡單, 其中填土擠密方案, 就地取材, 隨時處理, 場地上部的粘土是很好的回填材料, 可直接采用施工中取出的上部粘土進行回填, 換上擠密鉆頭即可施工。其它方案也占用時間不多, 發(fā)現(xiàn)塌孔嚴重, 需要注漿加固的, 留到工程后期處理, 基本未影響總進度。

環(huán)保效果明顯, 本方案成功避免了泥漿護壁或全套筒, 與泥漿護壁對比, 減少了泥漿制備、處理等環(huán)節(jié), 不僅降低工作量, 還減少了環(huán)境污染；與全套筒工藝比, 提高了效率, 降低了施工成本。

有利于質(zhì)量保證, 水下灌注有一定的斷樁風(fēng)險, 且護壁泥漿和樁底沉渣對樁的承載力有削弱作用, 本方法很好地解決了該問題。

降低成本, 無論是泥漿護壁成孔, 還是全套筒護壁成孔, 本方案工作量減少很多, 造價低；且泥漿外運處理費用高, 泥漿排放會造成環(huán)境污染性, 該部分費用節(jié)約明顯。處理措施成本低, 除填充混凝土及加固處理的樁外, 擠密法成本主要為擠密過程的時間損失, 且增加時間不多, 實現(xiàn)了最大限度的節(jié)約成本。

占用施工場地小, 配套措施少, 便于安全和文明施工。隨著對環(huán)保和安全要求的提高, 該方面的控制標準、投入情況、監(jiān)督檢查力度等, 都大幅度提高, 這方面不僅投入增加, 對工期的影響也越來越大。該工藝避免了泥漿護壁, 不僅減少了泥漿相關(guān)的費用, 還避免了泥漿池的維護, 場地容易平整管理, 方便進行降塵或覆蓋；施工后的場地進行簡單的平整后, 還可以作為其它場地使用, 這對場地的充分利用也有很大的幫助。

5 結(jié)束語

對于不同水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件, 靈活選擇施工方案, 配以合理的處理預(yù)案, 能發(fā)揮出意想不到的效果。本方案充分理解了場地水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上, 正確的選用了旋挖干成孔的施工方案, 并制定針對性的專項處理預(yù)案, 用專項預(yù)案保證流塑性粘土部位順利成孔, 成功避免了繁瑣的護壁方案, 在工期、工程質(zhì)量、工程造價、環(huán)保上都取得了較好的效果。