復(fù)雜地質(zhì)情況下旋挖樁施工技術(shù)探析

鄔俊明

（福建天蒙建設(shè)建設(shè)有限公司，福建 南平 353000）

0 引言

旋挖鉆機(jī)將壓力由動(dòng)力頭裝置傳遞給鉆桿，而鉆桿下端安裝桶式鉆具，在電腦的指令下，鉆具沿著設(shè)計(jì)好的軌跡進(jìn)行回旋，使得土層被切削到鉆具內(nèi)并關(guān)上活門(mén)，接著提升鉆具達(dá)到地面后進(jìn)行孔外卸土，接著再下放鉆具繼續(xù)切土，如此循環(huán)操作直至到達(dá)設(shè)計(jì)高程。根據(jù)土質(zhì)情況成孔方式分為泥漿護(hù)壁作業(yè)和干孔作業(yè)兩種。旋挖樁具有樁機(jī)移位方便、自動(dòng)精準(zhǔn)定位、成孔速度快、環(huán)保、自動(dòng)化程度高和適用土層廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于樁基工程。但是如果遇到中砂層、卵石層和高水位等復(fù)雜地質(zhì)情況，采用常規(guī)方法進(jìn)行旋挖成孔很容易發(fā)生泥漿被稀釋、塌孔、鉆具磨損嚴(yán)重、施工效率低和沉渣厚度大等施工問(wèn)題，因此，在上述復(fù)雜地質(zhì)情況下，采用何種技術(shù)措施能夠保證旋挖樁施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求成為擺在施工管理人員面前的首要問(wèn)題。

1 工程概況

南安市第三小學(xué)位于南安市美林街道莊頂村，地上5層，地下室為1層，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)四周開(kāi)闊，原始地面標(biāo)高為15.39~23.06m，場(chǎng)地高差較大。教學(xué)樓部分1~4 層為標(biāo)準(zhǔn)教室，5 層為會(huì)議室和行政辦公室，主體建筑高度為19.8m，地下室主要功能為設(shè)備用房和停車(chē)庫(kù)。該工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度。該工程基礎(chǔ)采用旋挖樁，樁長(zhǎng)為18~32m，樁徑為800mm，水下混凝土強(qiáng)度為C30，樁端要求全截面進(jìn)入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖1.6m。

2 地質(zhì)條件

該工程旋挖樁施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件如表1 所示，根據(jù)勘探孔水位高程得知該工程地下水埋深為1.20~2.50m，地下水相對(duì)比較豐富。

表1 旋挖樁施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件

3 旋挖樁施工面臨的難點(diǎn)

（1）施工場(chǎng)地東側(cè)約5m 為市政道路，北側(cè)約10m為5層高的建筑，南側(cè)約15m為內(nèi)部道路，西側(cè)為空地，周邊環(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地較為狹窄，施工工期較為緊張，應(yīng)采取妥當(dāng)?shù)氖┕げ渴稹?/p>

（2）地層中存在中砂層和卵石層，地下水豐富情況下，該類(lèi)土層容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，中砂不容易清孔，孔底沉渣厚度很容易超過(guò)設(shè)計(jì)要求。另外，常規(guī)旋挖鉆具在該類(lèi)土層中磨損較大，工程造價(jià)較高，應(yīng)選擇合適的鉆具。

（3）鑒于地下水埋深很淺，雜填土的地耐力無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)械行走的要求，施工場(chǎng)地需要進(jìn)行加固處理，常規(guī)在樁基邊上開(kāi)挖泥漿池將會(huì)出現(xiàn)地下水滲出現(xiàn)象，泥漿將會(huì)受到稀釋?zhuān)酀{的性能將無(wú)法滿(mǎn)足護(hù)壁的需求，需要合理地設(shè)置泥漿池。

4 旋挖樁施工技術(shù)要點(diǎn)

針對(duì)案例工程旋挖樁施工面臨的難題，在施工各相關(guān)環(huán)節(jié)加強(qiáng)了技術(shù)要點(diǎn)的把控和針對(duì)性對(duì)策的實(shí)施，比如加鋪石粉，制備優(yōu)質(zhì)泥漿，選用鋼制泥漿池，將卵石層鉆具更換成雙錐雙螺鉆頭，采用泵吸反循環(huán)清孔方法等。

4.1 施工準(zhǔn)備

經(jīng)過(guò)計(jì)算后得知，該工程施工場(chǎng)地內(nèi)鋪設(shè)0.5m 厚的石粉即可滿(mǎn)足旋挖鉆機(jī)行走的地耐力要求，石粉滿(mǎn)鋪后應(yīng)采用壓路機(jī)碾壓數(shù)遍。根據(jù)旋挖樁的布置情況，將所有樁位全部測(cè)放出來(lái)，在樁心處插上短鋼筋，并系上紅色塑料繩，樁位軸線偏差應(yīng)及時(shí)復(fù)核，要求樁位偏差≤50mm[1]。樁徑800mm 對(duì)應(yīng)的鋼護(hù)筒內(nèi)徑為1000mm，鋼護(hù)筒高度為1.5m，鋼板厚度為8mm，鋼護(hù)筒埋設(shè)時(shí)要求護(hù)筒中心應(yīng)保持與樁心一致，護(hù)筒頂部露出地坪高度為0.3m，鋼護(hù)筒軸線偏差≤50mm，鋼護(hù)筒應(yīng)埋設(shè)牢固與可靠。

4.2 泥漿池設(shè)置

由于施工場(chǎng)地相對(duì)狹窄，地下水埋深很淺，常規(guī)的泥漿池設(shè)置方法就是在樁基承臺(tái)邊上開(kāi)挖小泥漿池，泥漿池開(kāi)挖后地下水馬上滲出，根本無(wú)法制備泥漿，即使泥漿制備好了也會(huì)被稀釋?zhuān)瑢?dǎo)致泥漿比重和黏度無(wú)法滿(mǎn)足護(hù)壁的需求，因此，該工程選用鋼制泥漿池。根據(jù)旋挖樁的長(zhǎng)度和樁徑計(jì)算出泥漿的容量，泥漿池均為工廠定制，采用壓型鋼板圍焊而成，鋼板厚度為10mm，泥漿池的尺寸為8m×4m×2.5m，在泥漿池置放的底部應(yīng)鋪設(shè)塑料彩條布，為了防止泥漿溢出，在泥漿池四周采用塑料彩條布圍住[2]，泥漿池設(shè)置3 個(gè)。水下混凝土灌注時(shí)產(chǎn)生大量的泥漿，因此在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置尺寸為14m×10m×2.5m 的泥漿池2 個(gè)，多余的泥漿采用專(zhuān)用泥漿車(chē)運(yùn)到指定的卸漿點(diǎn)。泥漿在泥漿池中循環(huán)使用，泥漿中的巖渣沉淀下來(lái)，泥漿可以回收重新使用，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

4.3 泥漿制備

由于地下水較為豐富，無(wú)法采取干孔作業(yè)的方法，該工程泥漿采用膨潤(rùn)土+純堿進(jìn)行制備，該泥漿的泥皮相對(duì)致密，可以防止泥漿失水和減壓現(xiàn)象，有效地保證中砂層和卵石層的護(hù)壁需求。雜填土和粉質(zhì)黏土層的旋挖作業(yè)時(shí)，泥漿比重為1.4；待旋挖至中砂層和卵石層時(shí)，泥漿比重調(diào)整為1.5，泥漿黏度調(diào)整為30s；旋挖至殘積黏性土和全風(fēng)化花崗巖，泥漿比重調(diào)整為1.4；旋挖至砂土狀和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí)，泥漿比重調(diào)整為1.3。根據(jù)不同巖土層地質(zhì)情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整泥漿性能，確?？妆诎踩訹3]。

4.4 旋挖成孔

旋挖機(jī)能夠自動(dòng)行走，樁架為全液壓升降，移機(jī)和就位十分靈活。旋挖機(jī)就位后將鉆具中心與樁位對(duì)齊后，校正鉆桿的垂直度滿(mǎn)足施工規(guī)范要求后即可進(jìn)行旋挖鉆進(jìn)，剛開(kāi)始應(yīng)輕壓慢鉆，緩慢鉆進(jìn)，待鉆至粉質(zhì)黏土層時(shí)即可適當(dāng)加快旋挖速度。待旋挖至中砂層時(shí)，注入調(diào)整好泥漿比重的優(yōu)質(zhì)泥漿，放慢鉆進(jìn)速度，適當(dāng)?shù)卦黾訏呖状螖?shù)，防止中砂層出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。鑒于卵石層的粒徑較小，旋挖至卵石層時(shí)，將鉆具更換成雙錐雙螺鉆頭，適當(dāng)?shù)胤怕@進(jìn)速度，調(diào)整泥漿的黏度，避免出現(xiàn)塌孔和卡鉆現(xiàn)象[4]。旋挖至殘積黏性土和全風(fēng)化花崗巖更換成常規(guī)的鉆具繼續(xù)鉆進(jìn)，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖則可以采用雙錐雙螺鉆頭進(jìn)行旋挖，當(dāng)旋挖至碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí)，及時(shí)通知監(jiān)理工程師對(duì)巖渣的性質(zhì)進(jìn)行鑒定后確認(rèn)進(jìn)入持力層，繼續(xù)向下旋挖1.6m即可終孔。為了避免孔底沉渣厚度超過(guò)規(guī)定值，采用雙層底旋挖鉆斗撈取孔底沉渣。成孔后按照規(guī)定檢查孔壁垂直度、樁位、孔徑和孔深等數(shù)據(jù)，檢查合格后即可進(jìn)行清孔。

4.5 清孔

根據(jù)該工程旋挖樁的特點(diǎn)和地質(zhì)情況，選用泵吸反循環(huán)清孔方法，清孔分2 次，第一次清孔后下放鋼筋籠和導(dǎo)管，第二次清孔后即可灌注水下混凝土，泥漿清孔后的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

4.6 鋼筋籠安裝

鑒于施工場(chǎng)地相對(duì)狹窄，該工程旋挖樁的所有鋼筋籠均在施工場(chǎng)地外的預(yù)制廠里加工完成后再運(yùn)輸?shù)綐犊孜恢?。采用?zhuān)用的模具來(lái)加工鋼筋籠，鋼筋的規(guī)格和長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，該工程主筋接長(zhǎng)采用單面焊形式，主筋預(yù)留的搭接長(zhǎng)度為10d，在鋼筋籠接頭位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)50%，接頭處的錯(cuò)開(kāi)距離為≥500mm 且≥35d，一般情況下，螺旋箍筋與主筋的連接采用點(diǎn)焊，加勁箍每2m 設(shè)置1 道，每4m 設(shè)置十字撐1 道。在鋼筋籠上每隔4m 均分設(shè)置4 個(gè)圓形砂漿塊，從而達(dá)到控制鋼筋保護(hù)層厚度的目的[5]。注漿管選用直徑25mm 的鋼管，采用鋼絲將注漿管對(duì)稱(chēng)地固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，注漿管的下部應(yīng)采用膠帶纏繞密封，上部露出地面約0.5m，并戴上塑料帽，注漿管的接長(zhǎng)采用套管進(jìn)行焊接，焊接應(yīng)牢固無(wú)滲漏，鋼筋籠下放完成后注漿管內(nèi)應(yīng)注滿(mǎn)清水，管口應(yīng)戴上塑料帽。第一次清孔完成后，采用專(zhuān)用拖車(chē)將鋼筋籠運(yùn)至承臺(tái)邊，采用25t 汽車(chē)吊來(lái)下放鋼筋籠，鋼筋籠起吊應(yīng)緩慢，對(duì)準(zhǔn)樁心緩緩地下放，下放到接頭位置，采用槽鋼將鋼筋籠架設(shè)在鋼護(hù)筒上，待主筋接長(zhǎng)完成后，焊縫質(zhì)量檢查合格，待焊縫自然冷卻后即可下放到設(shè)計(jì)高程。鋼筋籠的軸線和高程經(jīng)復(fù)核與設(shè)計(jì)相符時(shí)即可將吊筋掛設(shè)在鋼護(hù)筒上，為了防止鋼筋籠上浮，吊筋與鋼護(hù)筒應(yīng)點(diǎn)焊固定。

4.7 水下混凝土灌注

鋼導(dǎo)管在下放之前應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行密封性和抗拉強(qiáng)度等項(xiàng)目試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，導(dǎo)管無(wú)滲漏。該工程鋼導(dǎo)管的連接形式選用螺紋快速接頭，兩節(jié)導(dǎo)管在連接時(shí)應(yīng)按照規(guī)定在節(jié)間放置O 形密封圈，從而防止外面空氣進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)，保證導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差[6]。為了防止出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，導(dǎo)管最下節(jié)選用7m 長(zhǎng)的導(dǎo)管，導(dǎo)管的底部距離孔底0.4m。在混凝土灌注前，應(yīng)做好相應(yīng)的施工部署，比如混凝土卸料平臺(tái)搭設(shè)、運(yùn)輸車(chē)數(shù)量和行走路線等，保證混凝土供應(yīng)連續(xù)和及時(shí)，確?；炷凉嘧①|(zhì)量。由于水下混凝土的坍落度對(duì)樁基質(zhì)量影響較大，太大則容易離析，太小則容易出現(xiàn)堵管和鋼筋籠上浮現(xiàn)象，嚴(yán)格控制混凝土坍落度為180～220mm，進(jìn)場(chǎng)的混凝土不得出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，如果混凝土質(zhì)量不符合要求則應(yīng)立即責(zé)令退場(chǎng)并做好相關(guān)記錄。根據(jù)首灌的計(jì)算公式算出第一斗混凝土的方量，該工程選用料斗規(guī)格為2m3，為了確保導(dǎo)管埋入混凝土深度滿(mǎn)足規(guī)范要求，在剪斷隔水球時(shí)往料斗里快速卸混凝土，直至泥漿溢出鋼護(hù)筒?；炷凉嘧⑦^(guò)程中應(yīng)做好相關(guān)記錄，尤其是拆管后應(yīng)保證導(dǎo)管埋入混凝土深度≥4m，該措施能夠有效地防止拆管過(guò)多出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。在等待下一車(chē)混凝土的期間，應(yīng)隔幾分鐘上下插拔導(dǎo)管，該措施能夠擠密混凝土和有效防止出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。該工程按照設(shè)計(jì)要求超灌0.5m。

4.8 注漿施工

為了防止注漿管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，成樁1d 后即可清水開(kāi)塞。待成樁7d 后即可用水泥漿進(jìn)行注漿，水灰比為0.5，水泥漿從2根注漿管同時(shí)等量進(jìn)行注入，開(kāi)始注漿時(shí)壓力為1.5MPa，水泥漿從樁底往樁側(cè)上泛，注漿速度≤75L/min，該工程設(shè)計(jì)注漿量為1.2t，當(dāng)注漿量滿(mǎn)足1.2t即可停止注漿[7]，如果注漿量未滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而注漿壓力達(dá)到3MPa 時(shí)，如果注漿量與設(shè)計(jì)值相差不大時(shí)，則穩(wěn)壓持續(xù)注漿3min 即可停止注漿，如果注漿量與設(shè)計(jì)值相差較大時(shí)，則采取間歇注漿的方法，確保樁底注漿質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

案例工程成樁28d 后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行取芯、超聲波檢測(cè)和靜載試驗(yàn)，芯樣完整連續(xù)，芯樣強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，超聲波檢測(cè)I類(lèi)樁占94%，無(wú)Ⅲ和Ⅳ樁，靜載試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。樁徑、樁位和垂直度等偏差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，該工程旋挖樁的施工質(zhì)量評(píng)定為優(yōu)良。實(shí)踐表明，存在中砂層、卵石層和高水位等地質(zhì)情況下，本文所采取的旋挖樁施工技術(shù)是正確和合理的，為類(lèi)似項(xiàng)目積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。