海相沉積軟土地質(zhì)條件下長護筒旋挖樁施工技術分析

陳建珍

（福建省莆田市荔城區(qū)新度鎮(zhèn)鄉(xiāng)村振興發(fā)展中心，福建 莆田 351100）

0 引言

我國沿海地區(qū)廣泛存在海相沉積軟土，該類軟土具有強度低、觸變性靈敏、含水率大和壓縮性大等特點，還具有與淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土和砂層交互疊加的特征，土層穩(wěn)定性較差，再加上地下水的沖刷作用，若采用傳統(tǒng)的泥漿護壁灌注樁成孔工藝，施工時容易出現(xiàn)縮頸、塌孔、地陷、埋錘和漏漿等質(zhì)量問題，成孔難度較大，施工效率低，塌孔處理比較麻煩，灌注樁充盈系數(shù)變大，施工成本大幅增加，工期不可避免地出現(xiàn)延誤，工程造價和工期均無法得到良好保障。因此，針對此類地質(zhì)情況，提出采用鋼質(zhì)長護筒輔助穿越軟土層進行成孔，可以有效保證孔壁安全，充分利用旋挖鉆機移機靈活和旋挖鉆進速度快的優(yōu)點，加快樁基成孔速度，確保樁基質(zhì)量和工期滿足合同約定要求。

1 工程概況

莆田玉湖新城白埕片區(qū)安置房工程位于莆田市荔城區(qū)新度鎮(zhèn)，總建筑面積約為84080.316m2，共有7 棟建筑物，其中1#和2#樓均為地上33層，3#和4#樓均為地上31層，5#樓為地上5層，6#樓為地上1層，7#樓為地上2層，地下室為1層。1#～4#樓的結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，5#～7#樓的結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，地下建筑面積為11586.766m2?；A選用樁基礎，選用樁徑為800mm的灌注樁，樁型為端承樁，樁端嵌入持力層深度為1.0m，持力層為中風化花崗巖，巖質(zhì)較為堅硬，樁身混凝土強度為C30，樁長為22～30m。

2 地質(zhì)條件

工程所處區(qū)域土層地質(zhì)條件見表1所示，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)溶洞、地下管道、古墓等情況。地下水為孔隙水，較為豐富，水位埋深為3.50～4.10m。施工場地內(nèi)細砂層為強透水層，地下水滲透性良好，為徑流滲透提供良好的通道。地下水主要接受東側(cè)玉湖支流的滲透補給和大氣降水的滲透補給，水位伴隨著當?shù)貧夂蚝图竟?jié)性變化的影響而出現(xiàn)變化，年最大變化幅度約為2m。

3 施工難點剖析

（1）地層中存在深厚的淤泥層，而地下水受玉湖支流滲透影響，水量較大，淤泥在承壓水作用下觸變性靈敏，灌注樁成孔時容易產(chǎn)生塌孔、漏漿、地陷和埋錘等質(zhì)量問題，施工效率低。

（2）細砂層密實程度為松散—稍密，在地下水沖刷作用下，容易形成流砂地質(zhì)，灌注樁在流砂地質(zhì)條件下經(jīng)常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，混凝土灌注時充盈系數(shù)較大，施工成本增加較多。

（3）灌注樁在海相沉積軟土和細砂地質(zhì)中成孔時，樁孔垂直度控制難度較大，經(jīng)常出現(xiàn)縮頸或者斜孔現(xiàn)象。

（4）持力層為中風化花崗巖，設計要求嵌巖1.0m，巖質(zhì)堅硬，進尺困難，應選擇妥當?shù)姆椒ㄟM行處理。

（5）該工程樁基數(shù)量多，灌注樁工藝復雜，工期緊張，應認真做好樁基各項施工部署。

4 施工方案比選

4.1 泥漿護壁+沖擊鉆機

該方案適用于各種地質(zhì)條件，但是沖擊鉆機設備配件多，移機較慢，還需要布設電纜等電力配套系統(tǒng)。雖然沖擊破碎巖土效果較好，耗能低[1]，但是該工程存在淤泥和細砂等不良地質(zhì)，在承壓水沖刷下，泥漿很容易被稀釋，泥漿護壁效果不佳。另外持力層巖質(zhì)堅硬，砍巖時振動較大，不僅容易對孔壁造成不良影響，導致塌孔事件發(fā)生，還產(chǎn)生一定的噪音污染，對周邊居民日常生活造成一定影響。該方案完成一根樁所需時間約6～8d，成孔效率較低。

4.2 泥漿護壁+旋挖鉆機

該方案適用于粉質(zhì)黏土、風化巖層、砂土、卵石層、粉土和填土等地質(zhì)條件[2]，旋挖鉆機自帶動力，步履式行走靈活，施工速度快。根據(jù)土質(zhì)情況可以采取干孔和泥漿護壁兩種成孔方法，根據(jù)巖土層性質(zhì)選用相應的鉆具，施工噪音小，環(huán)保效果好。但采用泥漿護壁工藝成孔，在地下水沖刷下，孔壁無法保持穩(wěn)定狀態(tài)，塌孔嚴重。該方案完成一根樁所需時間約為4～6d，成孔效率不高。

4.3 長護筒+旋挖鉆機

該方案適用于各種地質(zhì)條件，長鋼護筒能夠有效地阻擋淤泥和細砂等易塌土層，消除承壓地下水的沖刷影響，有效地保證孔壁安全和成樁質(zhì)量。旋挖鉆機自動化程度高，定位精準，垂直度和孔深均能自動糾偏與量測，成孔質(zhì)量較好，該方案完成一根樁所需時間約為1～2d，成孔效率高。

4.4 方案的確定

綜合成樁質(zhì)量、施工工期、地質(zhì)條件和對周邊環(huán)境影響等因素考慮，該工程灌注樁選用長護筒+旋挖鉆機的施工方案。旋挖鉆機選用徐工XR360E，該鉆機最大成孔深度為92m，最大輸出扭矩為360kN·m，最大鉆孔直徑為2.5m，工作壓力為33MPa，轉(zhuǎn)速為6～27r/min，功率為345kW，旋挖鉆機各項性能滿足樁基施工要求。

5 海相沉積軟土地質(zhì)條件下長護筒旋挖樁施工要點

5.1 施工準備

由于表層雜填土較為松散，而旋挖鉆機自重較大，若不進行地基處理，可能出現(xiàn)鉆機陷在場地的情況。因此，在已平整過的場地上鋪設0.4m厚的石粉，采用10t的壓路機碾壓數(shù)遍，使得場地的承載力能夠滿足旋挖鉆機的正常行走需求。將樁位坐標匯總后，采用全站儀對每個樁位進行測量定位，樁位測量放線精度應符合規(guī)范要求，軸線偏差≤50mm，應在樁位周圍做好4個控制樁，以便后續(xù)樁位復核[3]。

5.2 埋設長護筒

鋼護筒內(nèi)徑比樁徑大100mm，內(nèi)徑為900mm，壁厚為12mm，鋼護筒在工廠定制生產(chǎn)。護筒上下口1m范圍應加焊鋼板進行加固處理，防止護筒上下口出現(xiàn)變形現(xiàn)象，并在距離護筒上下約15cm位置對稱設置直徑為8cm的吊裝孔，護筒標準節(jié)長度為8～12m。護筒埋設前應在樁位上開挖深度為1.0m左右的淺坑，采用履帶式吊車吊運鋼護筒至樁位上方約0.3m，由樁位四周控制樁拉線交叉定出樁心，操作人員扶住鋼護筒進行定位，使鋼護筒中心與樁心處于同一直線上。在平面上呈90°方向架設2臺經(jīng)緯儀對鋼護筒垂直度進行校正，鋼護筒應緩慢下放平穩(wěn)，垂直度偏差≤1%。采用液壓振動錘輔助下沉，剛開始利用振動錘和鋼護筒的自重進行下沉，待鋼護筒穩(wěn)定后即可開啟振動開關進行振動下沉，每2m采用經(jīng)緯儀對鋼護筒的垂直度進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)傾斜馬上采取措施進行糾正，使鋼護筒垂直度符合規(guī)范要求[4]。鋼護筒下沉過程中，如果發(fā)現(xiàn)下沉速度瞬間變小，應立即停止下沉，用吊車將護筒拔起0.5m后再下沉，如果依然無法下沉，則可以判斷地下存在孤石等障礙物，用吊車將鋼護筒拔起，處理障礙物后再重新開始鋼護筒下沉。第一節(jié)鋼護筒上口距離地面約1.0m時，將加長鋼護筒下口與第一節(jié)護筒對齊后進行焊接，由2 名持證焊工從兩邊對稱施焊，采用寬度為200mm的鋼板在焊縫位置進行外包焊接，確保護筒間連接牢固。鋼護筒須等自然冷卻≥8min后再下沉。根據(jù)鋼護筒下沉速度和巖土層地質(zhì)情況來判斷鋼護筒是否有效穿過軟土層，要求鋼護筒下口沉入粉質(zhì)黏土層≥1.0m，鋼護筒下沉后其上口應露出地面0.5m。

5.3 旋挖成孔

旋挖鉆機移機就位后，利用自身定位裝置使鉆桿與樁心處于同一直線，自動校正鉆桿垂直度達到規(guī)范要求，剛開始鉆進時應輕壓慢鉆。不同地層選用對應的鉆具，粉質(zhì)黏土層及以上土層均選用常規(guī)旋挖鉆斗，利用斗齒將土層切削回旋進入轉(zhuǎn)斗，再提升到地面進行棄土；全風化花崗巖和碎塊狀強風化花崗巖選用雙錐雙螺鉆具，加快鉆進速度，孔內(nèi)巖渣用旋挖鉆斗撈出；中風化花崗巖選用取芯筒式鉆具，加大扭矩慢速鉆進，由于巖層硬度較大，將子彈頭截齒的刃前角調(diào)整為30°，有利于截齒削巖[5]，鉆進巖層0.5m后將其掰斷，接著再鉆進0.5m并扭斷巖芯。該工程持力層巖面傾斜，為了讓鉆具垂直鉆入巖體，利用卷揚機將鉆桿牢牢地吊著，取消鉆桿浮動，減小壓力緩慢鉆進，直至入巖穩(wěn)定后再正?？硯r。一旦傾斜巖面無法順利鉆入，則應下導管灌注混凝土至傾斜面頂部，待混凝土強度達到施工條件后，再按照上述取芯方法進行操作。終孔后應將孔底的細砂和巖屑全部撈出，確保沉渣厚度滿足設計要求。

5.4 混凝土灌注

水下混凝土的坍落度為180～220mm，由于混凝土質(zhì)量好壞關乎到樁身混凝土質(zhì)量，因此，進場的每車混凝土質(zhì)量必須檢查，檢查合格方可投入使用。該工程首灌用的料斗方量為2m3，一切準備就緒后，料斗裝滿混凝土，拉起隔水鋼板時候，罐車內(nèi)的混凝土進入樁孔內(nèi)，確保首灌成功，導管埋入混凝土長度≥1m。每車混凝土灌注后應對混凝土面上升高度進行量測，計算出埋管深度，埋管深度為2～6m，為了防止拆管過多導致斷樁事故發(fā)生，該工程埋管深度以4m進行控制?？紤]到護筒拔出后混凝土可能還會出現(xiàn)回落現(xiàn)象，因此，該工程混凝土樁頂高程要求超出設計值1.0m，從而保證旋挖樁的混凝土質(zhì)量。

5.5 長護筒拔出

長護筒拔出時間極大地影響混凝土質(zhì)量，拔出過早，混凝土容易出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，拔出過晚，拔起困難導致混凝土容易被拉裂或者拉斷。因此，該工程長護筒拔出時間以2個指標進行控制，即混凝土初凝時間和灌注完成時間。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，以混凝土裝車后5h和混凝土灌注后0.5～1h（視氣溫而定）作為長護筒拔出時間[6]。將護筒周邊浮漿清理干凈，用液壓振動錘將護筒上口夾住并振動2～5min，將護筒四周泥土振松，吊車應采用鋼絲繩將鋼護筒吊住，接著緩慢向上拔起，拔出約3m時應繼續(xù)振動2～3min，接著再向上拔起，如此循環(huán)振動和拔起，直至長護筒拔出地面。在長護筒拔出過程中應重點復測護筒垂直度，要求其實測值≤1%。長護筒拔出將不可避免地引起護筒內(nèi)混凝土回落的問題，因此，每拔出1.5m應觀察護筒內(nèi)空位高度，及時補灌混凝土后再繼續(xù)振拔鋼護筒，確保樁身混凝土質(zhì)量。

5.6 樁端后注漿

該工程旋挖樁成樁后1d即可開塞，用高壓水疏通注漿管，成樁7d后即可開始樁端后注漿施工。漿液采用水灰比為0.55的純水泥漿，從外圍的旋挖樁開始注漿，往中間旋挖樁推進，注漿壓力為4MPa，注漿應對稱同時等量操作，確保注漿量穩(wěn)定。該工程以注漿量為1.3t對注漿質(zhì)量進行控制，如果發(fā)現(xiàn)注漿中有冒漿等異?，F(xiàn)象發(fā)生時，應上報技術負責人，建議注漿方法改為間歇注漿法，間歇1h再繼續(xù)注漿。

6 結(jié)束語

旋挖樁成樁后按照規(guī)定進行超聲波檢測、取芯和靜載試驗，各項數(shù)據(jù)表明，旋挖樁施工質(zhì)量合格。實踐表明，針對海相沉積軟土地質(zhì)采用長護筒+旋挖鉆機的施工方案是合理可行的。采用長護筒旋挖樁施工技術不僅可以解決淤泥和細砂地層塌孔和縮頸等施工難題，還有效地保證樁身混凝土質(zhì)量，確保樁基按期保質(zhì)完成，取得良好施工效果。