超厚淤泥層、軟弱層等復(fù)雜地質(zhì)下旋挖灌注樁施工技術(shù)

孟乾文 鄒明君 方偉名 冉雪琴

旋挖灌注樁因其高效、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、橋梁和房屋建筑基礎(chǔ)樁施工中，是一種成熟可靠的施工工藝。但因各工程中地質(zhì)情況差異性較大，成孔質(zhì)量不易控制，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下作業(yè)時(shí)，容易出現(xiàn)塌孔，縮頸，擴(kuò)孔等問題，影響后期樁身質(zhì)量。針對在復(fù)雜地層下的旋挖灌注樁施工時(shí)出現(xiàn)塌孔、縮頸等問題的處理方法進(jìn)行探討。

旋挖灌注樁； 塌孔； 縮頸； 高壓旋噴樁

TU473.1+4 B

［定稿日期］2022-12-27

［作者簡介］孟乾文（1990—），男，本科，工程師，主要從事項(xiàng)目施工生產(chǎn)管理工作；鄒明君（1977—），男，本科，高級工程師，主要從事施工生產(chǎn)管理工作；方偉名（1995—），男，本科，助理工程師，主要從事質(zhì)理管理工作；冉雪琴（1974—），女，本科，高級工程師，主要從事技術(shù)管理工作。

成都天府機(jī)場項(xiàng)目占地面積大，場地場貌及地層情況復(fù)雜，本文結(jié)合成都天府國際機(jī)場旋挖灌注樁施工過程中各種問題的處理方法進(jìn)行探究。

1 工程概況

成都天府國際機(jī)場場址位于簡陽市蘆葭鎮(zhèn)，距成都市中心天府廣場約51.5 km。本期新建T1航站樓、T2航站樓和綜合交通換乘中心（GTC），大鐵、地鐵、APM從下方穿越。T2航站樓東西總長度約1 283 m，南北總長度約520 m，地下1層，地上主體4層，局部有4層上夾層，屋面最高點(diǎn)44.85 m，建筑面積約31.59萬m2。根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分為A指廊、B指廊、C指廊、D區(qū)大廳、APM捷運(yùn)系統(tǒng)、大鐵（成都至自貢高鐵線）?；A(chǔ)類型為柱下獨(dú)立柱基或挖孔灌注樁基礎(chǔ)，其中樁基采用大直徑旋挖鉆孔灌注樁，干作業(yè)法成孔，主要樁徑為1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2 m，樁長為6.0～25.25 m不等，以中風(fēng)化基巖做為樁端持力層。

工程質(zhì)量目標(biāo)為確保魯班獎，一類樁比例不低于95%，杜絕出現(xiàn)三類、四類樁。

2 地質(zhì)情況

2.1 地下水位情況

根據(jù)巖土勘察報(bào)告，地下水形態(tài)類型主要為上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水，抗浮設(shè)計(jì)水位為440.900 m。地下水和場地土對混凝土具有微腐蝕性，對混凝土內(nèi)鋼筋具有微腐蝕性。

2.2 地層情況

整個(gè)航站樓，分為挖方區(qū)和填方區(qū)。挖方區(qū)主要存在于A、C指廊端部，大鐵區(qū)域，其它部位為填方區(qū)，如圖1所示。

根據(jù)航站樓地勘揭露顯示，航站樓范圍內(nèi)地層主要構(gòu)成為第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系全新統(tǒng)植物土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組。

2.3 復(fù)雜地層情況

原場地場貌復(fù)雜，丘陵、魚塘、農(nóng)田、林地各種交替，局部位置為房屋，后經(jīng)場地大土方平整，丘陵位置被開挖，魚塘、農(nóng)田等位置回填，根據(jù)地勘資料顯示，存在軟弱土層和膨脹土層區(qū)域等不良地層，具體分布如圖2所示。

2.4 地基處理概況

前期航站區(qū)在進(jìn)行場地平整時(shí)，地基處理主要采用6種處理方式：①碎石樁+排水板（間距1.8 m）；②3 000 kN·m強(qiáng)夯置換；③換填；④CFG樁；⑤不插板預(yù)壓；⑥排水板處理。各區(qū)域分布如圖3所示。

3 樁基施工過程中遇到的問題

（1）樁基施工區(qū)域存在大面積7～9 m深、直徑0.6 m的碎石樁+0.5 m厚排水板（排水板在-5 m左右），排水板層地下水豐富，碎石樁+排水板區(qū)域，樁成孔過程中穿過排水板，并且大部分同碎石樁相交，地下水豐富，且水位較高，出現(xiàn)孔壁大量垮塌，影響樁身質(zhì)量（圖4）。

（2）在樁基施工過程中，現(xiàn)場旋挖出大量的淤泥層，淤泥層厚度從5～11 m不等。樁在淤泥層中成孔，出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，局部出現(xiàn)縮頸和擴(kuò)孔現(xiàn)象現(xiàn)象，部分樁在混凝土澆筑完成后出現(xiàn)了回沉現(xiàn)象，回沉高達(dá)1.5 m（圖5、圖6）。

（3）旋挖灌注樁在膨脹土層成孔時(shí)，上部容易出現(xiàn)大面積塌孔（圖7）。

（4）根據(jù)統(tǒng)計(jì)，前期復(fù)雜地層區(qū)域樁施工158根，其中塌孔46根，比例高達(dá)30%；樁成孔過程中明顯縮頸14根，澆筑后混凝土回沉1根，加上塌孔整個(gè)比例接近40%。

4 原因分析

根據(jù)JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》要求：對于填土建筑場地，宜先填土并保證土的密實(shí)性，軟土場地填土前應(yīng)采取設(shè)塑料排水板等措施，待填土地基沉降基本穩(wěn)定后方可成樁［1］。根據(jù)地勘單位提供的數(shù)據(jù)，場地沉降周期至少要一年以上，由于整個(gè)機(jī)場建設(shè)工期緊張，場地沒有按規(guī)范要求時(shí)間進(jìn)行沉降，場地平整完后即航站樓樁基施工，按規(guī)范要求上述區(qū)域根本就不符合成樁的條件。

在土質(zhì)較軟的土層上，由于快速回填厚度很大的填土層，下部軟弱土層中地下水無法及時(shí)排出，在填土的作用下，形成超孔隙水壓力，在超孔隙水壓力作用下，當(dāng)旋挖灌注樁在軟弱土層中成孔時(shí)，土體將側(cè)向擠出出現(xiàn)縮徑，甚至塌孔情況。尤其是有水條件下軟弱土層厚度達(dá)到3 m及3 m以上時(shí)塌孔現(xiàn)象較為嚴(yán)重，極大影響了樁身質(zhì)量。

5 處理方法

（1）針對在膨脹土層樁成孔或是在碎石樁+排水板地基處理過的位置旋挖灌注樁成孔，表現(xiàn)為一般性塌孔，采用C15早強(qiáng)混凝土回填，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行旋挖成孔，塌孔處形成混凝土護(hù)壁，阻止塌孔加劇，具體步驟：①旋挖鉆機(jī)旋挖過程中發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，繼續(xù)旋挖直至明顯塌孔下部1～2 m，觀察塌孔深度未繼續(xù)擴(kuò)大，停止鉆進(jìn)；②迅速清除已輕微塌孔的泥土、石子，及時(shí)采用灌注C15早強(qiáng)混凝土，回填至塌孔頂部0.5～1.5 m［2］；③待C15早強(qiáng)混凝土回填一段時(shí)間，再進(jìn)行旋挖成孔，此時(shí)混凝土已填充塌孔部分，旋挖機(jī)掏出其中間部分，剩余部分形成混凝土護(hù)壁阻止塌孔。

（2）針對多次回灌仍不能處理的旋挖灌注樁，先行采用黏土回填壓實(shí)后，再采用高壓旋噴樁進(jìn)行加固；對于軟弱地層且未開始成孔的旋挖灌注樁，直接進(jìn)行高壓旋噴樁加固，再進(jìn)行旋挖灌注樁成孔。

（3）針對參照地勘資料顯示需穿過不良地層（淤泥層或膨脹土層）成孔的旋挖灌注樁時(shí)，對于已塌孔的樁孔先采用黏土回填壓實(shí)后，再進(jìn)行高壓旋噴樁加固，對于未開始成孔的旋挖灌注樁，直接進(jìn)行高壓旋噴樁加固，再進(jìn)行旋挖灌注樁成孔。

若出現(xiàn)塌孔回灌后仍反復(fù)塌孔，混凝土回灌無法處理時(shí)，不僅嚴(yán)重浪費(fèi)施工時(shí)間，且無法保證后期樁施工質(zhì)量。

旋挖灌注樁成孔遇軟弱層時(shí)，成孔后即使未立即出現(xiàn)塌孔或是縮頸，但在澆筑混凝土過程中，若出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，肉眼無法察覺，極易出現(xiàn)斷樁和夾渣現(xiàn)象等質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響樁身質(zhì)量。

為保證施工質(zhì)量及施工時(shí)間，經(jīng)過針對復(fù)雜地層位置樁施工。結(jié)合工程實(shí)際情況，樁徑樁長規(guī)格多且工期緊張等因素，通過對混凝土回灌方法、擴(kuò)大樁徑成孔方法、高壓旋噴樁做加固處理方法以及使用全鋼護(hù)筒的方法4種施工方案進(jìn)行比選，選用高壓旋噴樁做加固處理，既能保證樁身施工質(zhì)量，又能滿足本工程施工進(jìn)度特殊要求。表1為各種方法對應(yīng)的工期、質(zhì)量效果對比。

6 高壓旋噴樁加固處理

采用高壓旋噴樁對旋挖灌注樁周圍不良土層進(jìn)行加固，加固方式即在工程樁周圍設(shè)置一圈直徑600 mm高壓旋噴樁，高壓旋噴樁上部同土層搭接2 m，下部同土層搭接1 m。高壓旋噴樁中心點(diǎn)在樁圓周上，高壓旋噴樁相互搭接100 mm且均勻排布。加固后約5天后可以開始旋挖灌注樁施工，不同旋挖灌注樁樁徑高壓旋噴樁加固布置如圖8所示。

噴射注漿采用單管法，具體施工參數(shù)見表2。

根據(jù)地勘資料，針對A、D區(qū)不良地層旋挖灌注樁施工時(shí)，前期未施工的做高壓旋噴樁加固的，塌孔嚴(yán)重，局部位置出現(xiàn)了明顯縮頸或擴(kuò)孔現(xiàn)象。但后期先行施工高壓旋噴樁做加固處理后，再進(jìn)行旋挖灌注樁施工，成孔過程中未出現(xiàn)塌孔及縮頸等其他問題，且經(jīng)過后期樁檢測，樁身質(zhì)量良好，共計(jì)244根樁，全為一類樁。

7 結(jié)束語

綜上所述，在地質(zhì)條件復(fù)雜情況下進(jìn)行旋挖灌注樁施工時(shí)，需提前根據(jù)地勘資料，及時(shí)進(jìn)行預(yù)判，可先行在不良地層區(qū)域先行施工做樣板，若出現(xiàn)塌孔，縮頸或擴(kuò)孔等問題時(shí)，需及時(shí)結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行方案選取。采用高壓旋噴樁作圍護(hù)，對不良地層進(jìn)行加固處理，可有效避免旋挖灌注樁成孔過程中出現(xiàn)的塌孔、縮頸、擴(kuò)孔等情況，同時(shí)高壓旋噴樁施工工藝成熟簡單，原材料易購買，施工周期短，對旋挖灌注樁施工影響小，經(jīng)加固處理后完成的旋挖灌注樁樁身質(zhì)量良好，效果明顯。

參考文獻(xiàn)

［1］ 建筑樁基技術(shù)規(guī)范： JGJ94-2008［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］ 王曉亮.淺述旋挖鉆機(jī)成孔塌孔抑制方法［J］. 中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2013（8）.