干孔作業(yè)在旋挖鉆孔灌注樁施工上的應(yīng)用

方波 黃安 延偉

武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司 湖北 武漢 434000

引言

近年來(lái)，隨著中國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)的突飛猛進(jìn)，建筑行業(yè)向更快更高的目標(biāo)飛速發(fā)展。樁基工程也迎來(lái)了高速發(fā)展的機(jī)遇。旋挖鉆機(jī)因?yàn)橥ㄓ眯詮V，效率高，成樁質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)在樁基工程中得到大力推廣和應(yīng)用。干孔作業(yè)成孔灌注樁是指不用泥漿或套管護(hù)壁措施而直接將鉆渣排出鉆孔而成孔的灌注樁，適用于在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)的一般黏性土、粉土、黃土及密實(shí)的黏性土、砂土層中使用[1]。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 項(xiàng)目概況

某樁基項(xiàng)目位于黃石市大冶市金山開(kāi)發(fā)區(qū)。設(shè)計(jì)工程樁314根，其中16#樓700mm工程樁78根，有效樁長(zhǎng)19.5m，入持力層6.5m，豎向承載力特征值2800kN；17#酒店800mm工程樁93根，有效樁長(zhǎng)29m，入持力層9.5m，豎向承載力特征值4300kN；18-20#商業(yè)700mm工程樁143根，有效樁長(zhǎng)27m，入持力層7m，豎向承載力特征值3300kN；樁端持力層為（4）-2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，樁端全截面進(jìn)入持力層不小于2～9.5m且樁端全部通過(guò)第（4）-1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層。

1.2 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件

該項(xiàng)目交通便利，場(chǎng)區(qū)地面高程在16～20m之間，場(chǎng)區(qū)略有起伏，局部高差大于4m。本場(chǎng)區(qū)地貌單元屬剝蝕壟崗地貌。場(chǎng)區(qū)原有多個(gè)水塘分布，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前已進(jìn)行回填整平。

根據(jù)地勘報(bào)告將場(chǎng)地內(nèi)地層按其成因、結(jié)構(gòu)特征及強(qiáng)度自上而下共分為4層組8層，各巖土層的地質(zhì)時(shí)代及成因類(lèi)型、頂板埋深、頂板標(biāo)高、厚度、空間分布、巖土特征、工程性質(zhì)分述如下：

①雜填土0.0～7.9m，雜色，松散狀態(tài)，壓縮性高，土體結(jié)構(gòu)松散飽和，主要由黏性土夾少量碎石及植物根系組成，為新近回填堆積，全場(chǎng)分布。②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，1～3.8m，灰黑色，流塑狀態(tài)，壓縮性高，土質(zhì)較均，飽和，含少量黑色腐殖質(zhì)，具腥臭味，干強(qiáng)度低，韌性低，局部分布。③-3粉質(zhì)黏土，1～6.4m，灰褐色，可塑，壓塑性中等，土質(zhì)較均，含少量鐵錳質(zhì)氧化物，干強(qiáng)度中等，韌性中等。刀切面光滑，手搓成條，局部分布。④-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖K-E，6.5～21.6m，紅褐色，強(qiáng)風(fēng)化，壓塑性低，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，手掰易碎，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量分級(jí)劃為Ⅴ級(jí)。該層局部偶含10%～15%石英砂巖角礫，粒徑1～4cm，分布不均，巖層性質(zhì)不均勻，全場(chǎng)分布。⑤-2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖K-E，9.5～28.4m，未揭穿紅褐色，中風(fēng)化，不可壓縮，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體較破碎，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量分級(jí)劃為Ⅴ級(jí)?；鶐r的強(qiáng)度存在一定程度的不均勻性。該層局部偶含約10%～15%石英砂巖角礫，粒徑1～4cm，分布不均，巖層性質(zhì)總體不均勻，全場(chǎng)分布。

1.3 場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育，主要為水塘及局部低洼地積水，水量不大，主要受大氣降水的影響，水塘現(xiàn)多已被回填整平。場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種。上層滯水主要賦存于第①層雜填土中，接受大氣降水和地表積水垂直及側(cè)向的滲透補(bǔ)給，多以蒸發(fā)方式排泄。無(wú)統(tǒng)一自由水面，水位及水量隨大氣降水的影響而波動(dòng)；基巖裂隙水主要賦存于白堊-下第三系泥質(zhì)砂巖風(fēng)化裂隙中，水量較小，主要靠徑流補(bǔ)給和上覆含水層的越流補(bǔ)給，徑流緩慢；排泄以補(bǔ)給相鄰含水層為主[2]。

2 工程特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

工期緊、任務(wù)重，本工程共314根鉆孔灌注樁，合同工期僅30d。

嵌巖深度大，設(shè)計(jì)最大入持力層深度9.5m。

場(chǎng)地條件差，樓棟工區(qū)全部為魚(yú)塘回填基礎(chǔ)，且回填不到位工區(qū)長(zhǎng)期泡在水中。

樓棟工區(qū)分布在不同的位置，附屬設(shè)施后臺(tái)無(wú)法共享，需要遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場(chǎng)施工。

16-17#樓場(chǎng)地狹小，且低于場(chǎng)平標(biāo)高3m，不利于正常作業(yè)；18-20#樓場(chǎng)地面積過(guò)大，樁間距大，平均樁間距5m，需要投入大量人力物力平整機(jī)場(chǎng)。

3 施工工藝

3.1 設(shè)備的選擇

根據(jù)本工程特點(diǎn)和以往類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，擬投入兩臺(tái)（250型以上）旋挖設(shè)備進(jìn)場(chǎng)施工，為確保施工質(zhì)量，提高施工效率，滿足安全文明施工需要，采用干孔作業(yè)成孔施工工藝，選用機(jī)鎖桿鉆桿，配備單底體開(kāi)式鉆頭和雙底截齒鉆頭[3]。（鉆孔灌注樁施工工藝流程詳見(jiàn)圖1所示）

圖1 施工工藝流程圖

3.2 工藝的確定

在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)施工時(shí)，黏性土可利用土層自身的較好的塑性和完整性保持孔壁穩(wěn)定，故可選擇干孔作業(yè)成孔施工工藝施工，具體針對(duì)不同的地層選擇不同的工藝（見(jiàn)表1）。

表1 不同地層工藝參數(shù)的確定

3.3 工藝的特點(diǎn)

3.3.1 泥漿護(hù)壁工藝的特點(diǎn)。泥漿護(hù)壁能快速形成穩(wěn)定的護(hù)壁層防止孔壁坍孔、能有效地?cái)y帶排出鉆渣、能為孔內(nèi)提供水壓支撐平衡土壓力。但是泥漿的副作用也不可小覷。

（1）泥漿制造過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)要求高。需要有固定的泥漿池、回收池、供回漿管路等，占用場(chǎng)地面積大。泥漿有各種指標(biāo)要求，比重、黏度、含砂率、膠體率等。如果漿液指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，容易引發(fā)質(zhì)量事故。

（2）投入成本高。泥漿主要制備原材料是膨潤(rùn)土和燒堿及其他外加劑，一般泥漿護(hù)壁使用量較大，提高了工程造價(jià)。

（3）排放困難、污染環(huán)境。泥漿排放一直是建筑行業(yè)難題，隨意排放會(huì)造成河（管）道堵塞、污染，泥漿回收又很難達(dá)到要求，泥漿在使用一段時(shí)間后性能指標(biāo)達(dá)不到要求就是廢漿，廢漿的產(chǎn)生量較大，一般現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有足夠的設(shè)備設(shè)施儲(chǔ)存，隨意排放容易引起管道堵塞，污染地下水，經(jīng)常面臨環(huán)衛(wèi)城管部門(mén)處罰。利用泥漿處理設(shè)備脫水處理工藝麻煩，處理成本高昂。

3.3.2 干成孔作業(yè)的特點(diǎn)。干成孔工藝簡(jiǎn)單、施工成本低，可以有效提升旋挖剪切破碎效率。但是要注意鉆頭潤(rùn)滑、降溫、磨損過(guò)快和鉆桿振動(dòng)問(wèn)題。

（1）干孔作業(yè)無(wú)須配制泥漿，占用場(chǎng)地小地，完全省去泥漿系統(tǒng)，減少了泥漿材料和水資源的消耗，降低了施工成本。

（2）干孔作業(yè)簡(jiǎn)化了施工程序，降低了技術(shù)要求。干孔作業(yè)減少了對(duì)孔壁的擾動(dòng)，提高了成孔質(zhì)量。

（3）干孔作業(yè)減少了環(huán)境污染，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔，降低了安全隱患，減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染，有利于安全文明施工工作的開(kāi)展。

（4）干孔作業(yè)減少了設(shè)備設(shè)施費(fèi)的投入，干孔作業(yè)產(chǎn)生的鉆渣（特別是巖層鉆渣）是鋪填現(xiàn)場(chǎng)的好材料，鉆渣直接在施工現(xiàn)場(chǎng)消耗掉省去了外運(yùn)的麻煩，提高了施工效率，節(jié)約了成本[4]。

4 實(shí)際施工情況

4.1 單底體開(kāi)式鉆頭干孔鉆進(jìn)施工情況

4.1.1 16#樓工區(qū)全部為魚(yú)塘回填基礎(chǔ)，且回填不到位工區(qū)長(zhǎng)期泡在水中。針對(duì)此種情況先對(duì)場(chǎng)內(nèi)積水進(jìn)行抽排，對(duì)局部稀泥進(jìn)行換填，用挖機(jī)進(jìn)行碾壓以增強(qiáng)土體的承載力，確保旋挖設(shè)備能夠正常行走。為防止上部雜填土及淤泥垮孔，避免混凝土充盈系數(shù)過(guò)大，故上部雜填土及淤泥質(zhì)黏土層選用4m長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁，下部黏土層及強(qiáng)風(fēng)化基巖層采用單底體開(kāi)式鉆頭干孔鉆進(jìn)。

4.1.2 在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆孔無(wú)跨孔縮徑情況發(fā)生，由于黏性土塑性高、膠結(jié)性好，經(jīng)過(guò)鉆頭擠壓后密實(shí)度高，在無(wú)水情況下粘附在斗腔內(nèi)，一般鉆頭很難通過(guò)甩土或蹾土將鉆渣排出鉆頭外，選用單底體開(kāi)式鉆頭，當(dāng)鉆頭提出鉆孔打開(kāi)鉆頭兩瓣筒體，鉆頭內(nèi)鉆渣自動(dòng)掉出斗腔，快速又干凈，避免了不斷的蹾土甩土造成的機(jī)械損傷和噪音污染，加快了卸渣的速度，進(jìn)一步提高了施工效率。

4.2 雙底截齒鉆頭干孔鉆進(jìn)施工情況

在基巖層施工過(guò)程中，由于部分鉆孔中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖原始狀態(tài)下強(qiáng)度高，硬度大，吸水性、黏結(jié)性強(qiáng)，施工過(guò)程中容易打滑，干孔鉆進(jìn)使用單底體開(kāi)式鉆頭負(fù)載較大，切削效率慢，截齒消耗快，通過(guò)不斷地摸索反復(fù)試驗(yàn)，選用雙底截齒鉆頭切削式鉆進(jìn)，通過(guò)在鉆進(jìn)中控制鉆壓和回次進(jìn)尺深度，避免鉆頭在底部空轉(zhuǎn)打滑，提鉆后及時(shí)清理截齒與底板間的鉆屑等手段，解決了鉆進(jìn)打滑進(jìn)尺緩慢的難題，提高了鉆進(jìn)效率[5]。

5 應(yīng)用效果

5.1 施工功效情況

通過(guò)16#樓整體施工情況看，干孔施工鉆進(jìn)效率較高，26m樁從開(kāi)孔到終孔施工時(shí)間僅為1.5h，日平均工作量8根；成孔質(zhì)量良好，鉆孔無(wú)發(fā)生垮孔縮徑情況，鉆孔靜置2h內(nèi)孔底成渣不超過(guò)50mm；移機(jī)清場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)輔助時(shí)間大大縮短，鉆孔排出的鉆渣直接鋪填在現(xiàn)場(chǎng)，提高了渣土利用率，減少了外運(yùn)成本；安全文明施工井然有序，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔，無(wú)安全事故發(fā)生。

5.2 取得的實(shí)際效果

該項(xiàng)目按照干孔工藝施工，在預(yù)定的工期內(nèi)提前完成了施工任務(wù)，樁基在開(kāi)挖過(guò)程中全部樁頭超灌合格，樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，全部判為一類(lèi)樁。一次通過(guò)驗(yàn)收評(píng)審，施工質(zhì)量得到監(jiān)理甲方及監(jiān)管單位的一致好評(píng)[6]。

6 結(jié)束語(yǔ)

鉆孔灌注樁施工工藝多種多樣，且還在不斷更新開(kāi)發(fā)中。在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)采用旋挖干孔作業(yè)施工鉆孔灌注樁，不僅成孔質(zhì)量好、施工效率高、環(huán)境污染小，更符合當(dāng)下環(huán)保和低碳的施工理念。本文通過(guò)干孔作業(yè)鉆孔灌注樁在該項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，并針對(duì)施工中遇到的實(shí)際問(wèn)題做出相應(yīng)處理措施，可為今后類(lèi)似條件的鉆孔灌注樁項(xiàng)目施工提供一定參考和借鑒。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，基礎(chǔ)施工領(lǐng)域施工技術(shù)會(huì)突飛猛進(jìn)，朝著更加多元化精細(xì)化發(fā)展。