濱海及高地下水位地區(qū)旋挖鉆機(jī)全護(hù)筒樁施工技術(shù)應(yīng)用

王秉磊，王守美，曹雪，王震震

[摘要]為確保鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，在濱海及高地下水位地區(qū)，由于鉆機(jī)在成孔過(guò)程中易出現(xiàn)坍孔、沉渣回流及難以成孔等不利因素，因而開(kāi)發(fā)了全護(hù)筒施工技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)鋼套筒邊旋轉(zhuǎn)邊壓入地面，而后在套筒內(nèi)取土，再放入鋼筋籠，澆筑混凝土的方法，研究了該施工技術(shù)的創(chuàng)新性與可行性，實(shí)踐結(jié)果表明，該種施工方式不僅能保證旋挖抗浮樁的施工質(zhì)量，成樁速度快、質(zhì)量好，操作工藝簡(jiǎn)便快捷且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[關(guān)鍵詞]高地下水位； 抗浮； 旋挖；全護(hù)筒樁； 質(zhì)量； 經(jīng)濟(jì)效益

[中國(guó)分類(lèi)號(hào)]TU753.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，全護(hù)筒旋挖灌注樁施工技術(shù)以其施工速度快，樁位控制精準(zhǔn)，垂直度能夠得到有效確保，在樁澆筑過(guò)程中，能及時(shí)拔起護(hù)筒及導(dǎo)管，因而在高地下水位及濱海地區(qū)避免了塌孔，成樁質(zhì)量?jī)?yōu)良。

1工程概況

山東大學(xué)青島藍(lán)谷健康產(chǎn)業(yè)園工程，位于青島藍(lán)谷鰲山衛(wèi)辦事處山大路以南、鳳凰山以北，總建筑面積100 546.25 m2，其中地上建筑面積76 910 m2，地下23 636.25 m2，地上建筑為門(mén)診醫(yī)技/心血管中心綜合樓、康復(fù)中心、腫瘤中心、生殖中心/后勤辦公，共4個(gè)單體，并由4個(gè)平臺(tái)連廊相連。地下除獨(dú)立地下車(chē)庫(kù)外，門(mén)診醫(yī)技/心血管綜合樓、康復(fù)中心、腫瘤中心下設(shè)1層地下室并連為一體，局部為人防地下室。

本工程樁基采用抗浮樁，樁基總數(shù)共計(jì)127根，為600 mm、800 mm、1 000 mm的灌注樁，樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，設(shè)計(jì)以中風(fēng)化花崗巖或中風(fēng)化煌斑巖作為樁端持力層，樁底端進(jìn)入持力層深度不小于1倍樁直徑，且有效樁長(zhǎng)不小于設(shè)計(jì)要求。

2樁基施工技術(shù)要點(diǎn)

通過(guò)鉆機(jī)提供的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，旋轉(zhuǎn)壓入鋼護(hù)套管，再利用旋挖鉆機(jī)在護(hù)筒內(nèi)取土，直至鋼護(hù)筒壓至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高，待下壓過(guò)程結(jié)束后迅速進(jìn)行孔深測(cè)量，而后會(huì)同設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位確定樁端持力層，清除基底殘?jiān)?，吊放鋼筋籠，并將混凝土注漿導(dǎo)管豎立在鉆孔中心位置，澆筑混凝土成樁，其特點(diǎn)有：

（1）旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制，且鉆機(jī)操作手在駕駛室內(nèi)作業(yè)，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大大改善。

（2）旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)動(dòng)力由液壓提供，其特點(diǎn)：功率大，鉆進(jìn)速度快且在施工過(guò)程中，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)糾偏桅桿傾斜角度，使鉆孔的傾斜度控制在0.8%之內(nèi)，確保成孔質(zhì)量。

（3）全護(hù)筒成孔樁由于能循環(huán)重復(fù)利用，相應(yīng)降低了基礎(chǔ)工程施工造價(jià)，成孔便捷可靠。

（4）在成孔過(guò)程中，由于采用全過(guò)程鋼護(hù)套管護(hù)壁，避免了灌注樁縮頸等施工質(zhì)量事故且低噪音、無(wú)振動(dòng)，安全性能高。

（5）該施工技術(shù)應(yīng)用于濱海地區(qū)及地下水位較高等地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地層但不適用于較硬巖層的施工。

3工藝原理

3.1鉆機(jī)全護(hù)筒工作原理

鉆機(jī)的動(dòng)力頭護(hù)筒驅(qū)動(dòng)裝置與鋼護(hù)筒端頭連接，鋼護(hù)筒由8～10 mm厚鋼板卷制焊接制作，長(zhǎng)度為1.8～2.2 m，上、下護(hù)筒采用平頭螺栓連接，通過(guò)回轉(zhuǎn)與搖動(dòng)機(jī)構(gòu)將鋼護(hù)筒壓入地下，在第一節(jié)護(hù)筒上安裝護(hù)筒靴頭，靴頭是由碳化鎢鋼制作而成，這樣便于穿透堅(jiān)硬地下土層［1］。

當(dāng)鋼護(hù)筒在旋壓地下之后，逐節(jié)連接鋼護(hù)套筒，直至鉆孔完畢，成孔結(jié)束后，要迅速進(jìn)行樁底清渣，驗(yàn)收合格后及時(shí)灌注混凝土，而后順序拔出鋼護(hù)筒，轉(zhuǎn)入后續(xù)樁位施工。

3.2鉆機(jī)鉆孔作業(yè)原理

旋挖鉆機(jī)按施工圖紙就位后，先對(duì)桅桿傾斜度進(jìn)行修正，在鉆機(jī)上落下鉆頭至地面10 cm左右，然后開(kāi)動(dòng)液壓機(jī)提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，使鉆機(jī)開(kāi)鉆，當(dāng)鉆頭深入土層一定深度后，提升鉆頭，進(jìn)入排渣施工程序，當(dāng)旋轉(zhuǎn)下來(lái)的巖土在充滿鉆頭80%左右的空隙時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)排渣，排渣結(jié)束后，轉(zhuǎn)盤(pán)回歸原位置，進(jìn)行下一步鉆進(jìn)循環(huán)，用挖掘機(jī)配合自卸渣土車(chē)完成土方外運(yùn)。

4工藝流程和操作要點(diǎn)

4.1工藝流程

為確保旋挖抗浮護(hù)筒灌注樁施工質(zhì)量［2］，需嚴(yán)格按照已獲總包、監(jiān)理單位批準(zhǔn)的專(zhuān)項(xiàng)施工方案進(jìn)行施工，施工工藝流程如圖1所示。

4.2操作要點(diǎn)

4.2.1施工準(zhǔn)備

該旋挖鉆機(jī)屬重型機(jī)械設(shè)備，工作時(shí)總重95 t，全高23.23 m，履帶展開(kāi)寬度4.4 m，該鉆機(jī)場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，由于重量大且重心偏高，桅桿需直立，不能折疊，因而對(duì)場(chǎng)地道路平整度要求較高，且堅(jiān)實(shí)可靠，場(chǎng)內(nèi)施工區(qū)域所有架空電線均要求清理完畢，無(wú)妨礙鉆機(jī)移動(dòng)等不利因素，鉆機(jī)開(kāi)行線路方向，道路寬度要保證不小于6.0 m，如有坡度角度不大于12°，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還需布置好渣土外運(yùn)車(chē)輛的臨時(shí)施工道路，該道路要求堅(jiān)實(shí)可靠，否則渣土車(chē)易出現(xiàn)側(cè)翻事故［3］。

4.2.2樁位布設(shè)

根據(jù)施工圖紙的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)和樁位平面圖，使用全站儀對(duì)樁孔進(jìn)行定位放線，并作出顯著標(biāo)志，由監(jiān)理（建設(shè)）及相關(guān)單位復(fù)核驗(yàn)線［4］。

樁基施工中要做好對(duì)中心樁的保護(hù)，護(hù)樁設(shè)4個(gè)，圍繞中心樁在縱、橫2個(gè)方向上布設(shè)，以有利于司機(jī)從車(chē)上觀測(cè)樁位定位，護(hù)樁離中心樁距離相等，直徑1 m的樁可取2.5 m，將小鐵釘釘在打入地面的木樁上，做精確標(biāo)志。

4.2.3鉆機(jī)就位

鉆機(jī)入場(chǎng)前，先要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行大致平整，如場(chǎng)地不夠堅(jiān)硬，可在鉆機(jī)行進(jìn)方向鋪設(shè)厚鋼板，要確保鉆機(jī)不能產(chǎn)生移位和傾斜，同時(shí)注意鉆機(jī)鉆進(jìn)方向要平行于車(chē)體履帶方向，嚴(yán)禁垂直布設(shè)。

由施工總承包單位會(huì)同業(yè)主、監(jiān)理、樁基公司技術(shù)人員共同對(duì)樁位中心線進(jìn)行檢測(cè)，樁位誤差不能大于5 mm，并簽字認(rèn)可，而后方可開(kāi)始施工作業(yè)。

4.2.4首節(jié)護(hù)筒布置

待首節(jié)護(hù)筒旋轉(zhuǎn)壓入地面以下15 cm左右時(shí)，要及時(shí)檢查護(hù)筒的傾斜度，用全站儀校核垂直度，如不滿足要求，要及時(shí)修正處理。

4.2.5連接護(hù)筒

護(hù)筒入場(chǎng)后，要放置在距離孔口不遠(yuǎn)的地方，以利于鋼護(hù)套筒對(duì)接作業(yè)，當(dāng)首節(jié)護(hù)筒壓入地面一定深度后，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)再提升第二節(jié)護(hù)筒，用平頭螺栓對(duì)接，而后開(kāi)啟護(hù)筒驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，將兩節(jié)護(hù)筒旋壓入土，護(hù)筒頂部要高于地面50～70 cm，避免地面塌孔。

4.2.6清渣

鉆機(jī)在施工時(shí)，會(huì)源源不斷產(chǎn)生渣土，要及時(shí)進(jìn)行清運(yùn)，否則會(huì)影響鉆機(jī)的正常工作，應(yīng)配置一臺(tái)挖掘機(jī)配合倒運(yùn)渣土，在不同的地質(zhì)地區(qū)，由于土質(zhì)堅(jiān)硬程度不同，鉆進(jìn)速度有快有慢，因而渣土的排渣速度也不同，通常渣土的排放速度在5～10 m3/h之間，在成孔滿足設(shè)計(jì)要求后，要及時(shí)組織技術(shù)人員對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

4.2.7樁位吊放鋼筋籠

鉆孔至設(shè)計(jì)深度并經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后，將綁扎好的鋼筋籠吊起，及時(shí)下放到孔內(nèi)，鋼筋籠的制作及焊接現(xiàn)場(chǎng)要考慮在孔口較近的地方進(jìn)行，考慮的因素主要有：抗浮樁的上部鋼筋長(zhǎng)度要確保符合施工圖紙要求且不影響起吊、不占用鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間及混凝土澆灌時(shí)間，從而有利于加快工程進(jìn)度。

如遇樁長(zhǎng)超過(guò)吊車(chē)起吊高度的鋼筋籠時(shí)，需在孔口附近分2節(jié)進(jìn)行鋼筋籠焊接接長(zhǎng)作業(yè)，為縮短入孔時(shí)間，可采用多臺(tái)電焊機(jī)單面施焊，降低焊接作業(yè)復(fù)雜性，從而確保焊接質(zhì)量，如圖2所示。

4.2.8導(dǎo)管吊放

鋼筋籠吊放入樁位后，要在樁位孔上方安放固定導(dǎo)管的井字架，其要求是井字架中心居于樁孔中心之上且堅(jiān)固水平，預(yù)先在井口附近拼接好3～5節(jié)導(dǎo)管，這樣有利于縮短鉆機(jī)副卷?yè)P(yáng)機(jī)的吊裝時(shí)間。

導(dǎo)管要提前進(jìn)行密閉性試驗(yàn)，通常試水壓力為0.8～1.2 MPa，目的是檢查導(dǎo)管的密閉性以及法蘭盤(pán)有否變形及漏水，導(dǎo)管采用吊車(chē)安裝人工配合，精準(zhǔn)就位，要避免碰撞鋼筋籠和孔壁，安裝時(shí)用吊車(chē)先將導(dǎo)管放至孔底，待導(dǎo)管放入樁孔底部后，再上提35～55 cm，導(dǎo)管高度確定后，用枕木調(diào)整導(dǎo)管卡盤(pán)高度，用卡盤(pán)將導(dǎo)管卡住，以避免導(dǎo)管在以后提升過(guò)程中導(dǎo)管口掛在鋼筋籠的鋼筋上造成導(dǎo)管無(wú)法提升或鋼筋籠上浮。

4.2.9混凝土的灌注與拔管

對(duì)于孔內(nèi)混凝土的灌注，要提前處理孔內(nèi)沉渣，若沉渣超過(guò)80 mm，要及時(shí)清渣，而后方能開(kāi)始灌注，初次灌注量應(yīng)將漏斗和儲(chǔ)料斗內(nèi)全部盛滿混凝土，以保證灌下后的混凝土頂面能夠掩埋導(dǎo)管1 m以上［5］。

灌注樁開(kāi)始施工后要連續(xù)不停歇施工，嚴(yán)禁發(fā)生初凝現(xiàn)象，同時(shí)注意埋入混凝土的導(dǎo)管深度不小于1.8 m，也不能大于3.5 m，并注意觀察孔內(nèi)返漿情況，若返漿不暢，可適當(dāng)提升導(dǎo)管，但必須保證導(dǎo)管的埋置深度，防止縮頸與斷樁。

導(dǎo)管提升到一定高度后，在保證導(dǎo)管的埋置深度的前提下，拆除1～2節(jié)，以免漏斗太高影響正常灌注。拆除導(dǎo)管的動(dòng)作要快，間歇時(shí)間要盡量短，間斷時(shí)間不宜超過(guò)1 h。

當(dāng)混凝土灌注到離樁設(shè)計(jì)標(biāo)高0.8 m左右時(shí)，控制最后一次灌注量，要使混凝土面標(biāo)高高出樁頂1 m左右，以確保樁頭質(zhì)量［6］。

在澆灌過(guò)程中，要按規(guī)范留置足夠混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，單根樁的混凝土應(yīng)連續(xù)灌注。當(dāng)灌注過(guò)程發(fā)生意外中斷時(shí)，要取得設(shè)計(jì)單位意見(jiàn)后方可后續(xù)施工，在樁施工完畢后，要對(duì)樁頭及時(shí)養(yǎng)護(hù)，并清理現(xiàn)場(chǎng)，保持場(chǎng)地整潔、有序，并做好施工隱蔽驗(yàn)收記錄。

5質(zhì)量控制措施

（1）灌注樁用的原材料和混凝土強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范的規(guī)定。

（2）施工必須確保設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及樁端進(jìn)入持力層的深度，進(jìn)樁以樁端進(jìn)入持力層深度及設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)雙向控制，并保證樁凈長(zhǎng)。

（3）樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，應(yīng)在成孔后、導(dǎo)管安放好后二次清理孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。并應(yīng)立即灌注水下混凝土。實(shí)際澆注混凝土量嚴(yán)禁小于計(jì)算體積。

（4）灌注后的樁頂標(biāo)高及浮漿的處理必須符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范的規(guī)定。

（5）施工允許偏差見(jiàn)表1。

6安全措施

（1）施工前進(jìn)行技術(shù)交底和安全生產(chǎn)教育，旋挖鉆機(jī)使用前，應(yīng)對(duì)操作人員進(jìn)行上崗培訓(xùn)，嚴(yán)禁違章操作。設(shè)備在投入使用前應(yīng)全面檢修，確保設(shè)備狀態(tài)良好。

（2）由于旋挖機(jī)設(shè)備在工作狀態(tài)下重心較高，為防止傾覆事故發(fā)生，除要求操作人員嚴(yán)格按規(guī)程操作外，對(duì)場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)移路徑要有專(zhuān)人指揮及引導(dǎo)。

（3）鉆機(jī)鉆孔結(jié)束后、在孔口混凝土灌注前，要在孔口作出明顯警示標(biāo)志，防止無(wú)關(guān)人員誤墜孔內(nèi)。

（4）在鉆孔施工中，由于吊車(chē)使用較多進(jìn)出頻繁，要求作業(yè)人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè)，并作好安全防護(hù)。

（5）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械施工用電要指定專(zhuān)業(yè)電工嚴(yán)格管理，嚴(yán)禁私拉亂接。

（6）夜間施工必須有良好的照明，遇6級(jí)以上大風(fēng)時(shí)禁止進(jìn)行旋挖鉆孔作業(yè)。

7環(huán)保措施

（1）現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械要選用低噪，廢氣排放達(dá)標(biāo)型，渣土運(yùn)輸過(guò)程中必須全封閉，出場(chǎng)車(chē)輛要在大門(mén)口洗車(chē)臺(tái)進(jìn)行沖洗干凈，防止污染場(chǎng)外環(huán)境。

（2）在生活區(qū)的布置上，要依據(jù)施工作業(yè)人員數(shù)量，合理調(diào)配進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間，盡可能減少生活區(qū)人員規(guī)模，減少對(duì)環(huán)境的破壞。

（3）對(duì)入場(chǎng)人員要進(jìn)行環(huán)保教育，強(qiáng)化施工作業(yè)人員的環(huán)保意識(shí)，在施工現(xiàn)場(chǎng)指定位置設(shè)置垃圾回收裝置，各類(lèi)垃圾要分類(lèi)存放，施工廢水經(jīng)沉淀后可用于場(chǎng)地內(nèi)路面灑水降塵。

8經(jīng)濟(jì)效益分析

旋挖灌注樁：共計(jì)127根，總長(zhǎng)度127×7 m/根=889 m

旋挖機(jī)：施工速度4 根/d，平均7 m/根，總長(zhǎng)28 m/d

施工工期：889 m÷28 m/d=32 d

旋挖灌注樁是沖孔灌注樁施工效率的5倍，若采用沖孔灌注樁，總工期為：32×5=160 d

節(jié)約工期：160-32=128 d

采用旋挖護(hù)筒施工抗浮樁節(jié)約費(fèi)用：3000元/臺(tái)班×3臺(tái)班/d×128 d=115.2萬(wàn)元

9結(jié)束語(yǔ)

旋挖全護(hù)筒抗浮樁施工技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)是：安全性高、低噪音、無(wú)振動(dòng)，在成孔過(guò)程中由于有鋼套管護(hù)壁避免了縮頸及塌孔施工事故，成孔質(zhì)量好，依靠全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)自身強(qiáng)大的扭矩和壓力，施工速度快，成孔垂直度高，由于不使用泥漿，從而避免了泥漿混入混凝土的可能，周邊作業(yè)區(qū)域 干凈，減少了環(huán)境污染，達(dá)到了環(huán)保要求，提高了現(xiàn)場(chǎng)綠色文明施工程度，是一種較理想的施工工藝，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］劉小虎，羅建鵬，宋修平，等.基于靜載試驗(yàn)的樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］. 建筑施工，2018，40（325）：648-649.

［2］王國(guó)慶，潘巍，張雙，等.喀斯特地貌地區(qū)中樁基礎(chǔ)施工技術(shù)應(yīng)用研究［J］. 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2018，45（16）：105-106.

［3］噴擴(kuò)錐臺(tái)壓灌樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：T/CECS 657-2020［S］.

［4］劉其賢.房屋建筑工程質(zhì)量常見(jiàn)問(wèn)題防治措施［M］. 濟(jì)南： 山東科學(xué)技術(shù)出版社， 2020.

［5］建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ94-2008［S］.

［6］建筑地基基礎(chǔ)施工規(guī)范：GB51004-2015［S］.