多種鉆孔工藝在基坑支護樁中的應用

張威 曹汝義

(中冶集團武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

1 工程概況

航天首府一期深基坑工程位于湖北武漢，該基坑緊鄰“萬里長江第一隧”武漢長江隧道。場地地貌屬長江南岸一級階地，地下水豐富。地下室為2層，基坑開挖深度8.9 m～11.2 m，形狀呈不規則矩形，長約226 m，寬約165 m，開挖面積約為28500 m2。

該基坑支護設計采用鉆孔灌注樁+雙圓環內支撐+樁間攪拌樁止水的支護方案，其中支護樁576根，立柱樁134根，樁徑有1000 mm和1200 mm兩種，樁心間距1500 mm，樁長20 m～24 m不等。

2 成樁設備及工藝選型

基坑支護樁設計采用鉆孔灌注樁，并未明確采取何種成孔工藝。進場前工程樁正在同時施工(8臺GPS-15回轉鉆機，2臺靜壓樁機)，場內網電容量600 kVA，已無富余。基坑周邊較平整，鑒于工期緊，柴油發電成本又過高，綜合考慮采用2臺SR250型旋挖鉆機施工支護樁。施工到近一半時，隨著雨季的到來，場地泥濘不堪，雖多次鋪填磚渣硬化道路，但收效甚微。加上工程樁施工完后遺留的泥漿坑未清理徹底，立柱樁樁位較分散，旋挖鉆機施工需要大面積修建臨時道路，勢必使成本增加，不得已將旋挖鉆機退場換成5臺GPS-15型回轉鉆機繼續施工，克服了場地陷機和交叉施工的影響。

工程所在地以前是一所學校，拆遷時未對建筑物基礎進行清理。施工中回轉鉆和旋挖鉆都碰到了埋深較深的不明障礙物，嘗試用反鏟開挖清除無法奏效，只能采用CK1500型沖擊鉆強行往下砸穿透地障到達設計孔深成孔(事后開挖基坑揭示不明地障是成片的老建筑物的鋼筋混凝土樁基礎，埋深在－5 m以下)。

通過三種成孔工藝的組合圓滿完成了支護樁和立柱樁的施工，其中旋挖鉆施工379根樁，回轉鉆施工267根樁，沖擊鉆施工64根樁。

3 各成孔工藝的特點

旋挖鉆、回轉鉆、沖擊鉆這三種鉆孔灌注樁除成孔工藝不同外，其他工藝如鉆孔定位、護筒埋設、泥漿制作、清孔、鋼筋籠制作安裝、混凝土灌注基本完全相同。

3.1 旋挖鉆施工特點

3.1.1 優點

1)工效高。旋挖樁機靠帶有活門的筒式鉆頭回轉破碎巖土，將其裝入鉆斗內提升運至地面，無需將巖土攪碎靠泥漿返出孔外，施工效率在適合的地層同比鉆、沖孔樁機可提高5倍～6倍甚至更高。2)自動化程度高。采用履帶式底盤，可自行行走，移機方便。通過機身電腦控制樁位、深度、垂直度、鉆壓，不需要人工進行鉆桿的拆除和組裝，可降低工人的勞動強度，提高作業精度。3)噪聲小。旋挖樁機施工的噪聲主要來自機身發動機的聲音和鉆筒倒渣時的活門撞擊聲。4)排漿少，環保效果明顯。旋挖樁機施工泥漿用量比較少，施工過程中泥漿的主要作用在于增加孔壁的穩定性，大大減少了泥漿的排放，同時節省了泥漿外運的成本。5)無需提供動力電源。旋挖樁機大部分都采用機身柴油發動機提供動力，在野外線路和市政工程等不適合鋪設電纜的現場尤其適用。6)人員配置少，易于管理。同比鉆、沖孔樁施工過程中所需機械和人員大大減少，易于管理。

3.1.2 缺點

1)設備昂貴。國產旋挖樁機的售價都在400萬元以上，一次性投入比較大，且運營、維修保養等費用較高。2)自重大，對場地要求比較嚴格。特別在填土地區，如果地表沒有進行硬化或換填處理，旋挖樁機移機就位非常困難，容易發生孔斜超標的質量問題，嚴重的甚至導致鉆機傾覆的安全事故。3)孔壁護壁差。特別在填土和軟土地層，容易發生塌孔和縮徑，要合理控制轉速，盡量多轉少鉆，達到護壁的要求，進尺不宜太大。4)軟土地層充盈系數大。旋挖樁機鉆筒與土體接觸面比較大，鉆斗提升過程容易產生負壓，產生“活塞效應”，增大旋挖樁機體上拔負重的同時易形成孔壁縮徑，下一個鉆進取土回次中又對縮徑處的土進行切割，如此往復造成擴孔率增大，灌注時浪費混凝土。

3.2 正循環回轉鉆施工特點

3.2.1 優點

1)適應性廣，既可在陸地，又可在水域進行。對場地條件要求不高，既可在曠野山地，又可在城市建筑密集區。成孔直徑0.3 m ～4.0 m，樁長30 m ～70 m。

2)回轉鉆打軟土和砂層較快。正循環回轉用高壓泥漿通過鉆機的空心鉆桿，從鉆桿底部射出，同時鉆頭鉆進，將土層攪松成為鉆渣，被泥漿包裹浮懸，隨著泥漿上升而溢出流到井外的泥漿溜槽，經過沉淀池凈化，泥漿再循環使用。鉆進與排渣同時連續進行，成孔速度較快。

3)造價低。設備一次性投入較少，工藝簡單成熟，人工和機械費用折合成單方造價和旋挖鉆、沖擊鉆相比一般最低。

4)泥漿指標可控度高，沉渣清理干凈，孔壁圓滑，充盈系數較好控制，節省混凝土材料。3.2.2 缺點

1)泥漿量較大，不利環保。施工現場圍護不當造成漿液四處滿溢，場內泥濘影響吊車等機械配合作業，同時泥漿傾倒場占用大量土地，環保性差。

2)對深度較大的鉆孔垂直度控制不好。地表土長期浸泡在泥漿中逐漸沉降下陷，枕木如不及時糾正，極易引起鉆機底座歪斜，鉆桿長久的偏心旋轉易造成斷裂，機械停機維修誤工費時。

3)操作人員勞動強度高，危險系數大。回轉鉆的鉆桿通常3 m左右一節，鉆桿的拆除和組裝都要人工進行，稍有不慎就會發生傷人事故，勞動強度和危險都較大。

3.3 沖擊鉆施工特點

3.3.1 優點

1)沖擊鉆嵌巖尤其是破碎有裂隙的堅硬卵礫石功效好。

2)設備簡單，鉆機參數易掌握，操作方便，不受場地條件限制，移動靈活，機械故障較少。

3)鉆進時孔內泥漿由于懸浮作用，鉆渣循環至地表泥漿坑中及時排除，保持了孔壁穩定，泥漿用量少。

4)噪聲比回轉鉆略小，無振動影響。

3.3.2 缺點

1)沖進速度較低。沖擊鉆掏渣土置換泥漿和提升鉆頭沖擊不可同步進行，停鉆掏渣時間相對較長，功效損失大。

2)由于沖錘上下往復運動，隨著鋼絲繩的旋轉帶動沖錘擺動容易造成樁孔不圓，擴孔率較高，帶來混凝土充盈系數增大，材料浪費多。

3)遇地層不均勻，特別是巖溶地區容易出現卡錘、掉錘、斜孔等事故。

4)孔深和孔徑受沖擊能限制均比回轉鉆施工的適應性小。

4 效果檢驗

施工完成后對所有支護樁均進行了小應變檢測，從結果來看三種成孔工藝均能使樁身質量合格，滿足設計要求。區別更多在于外觀上，填土較厚區段尤為明顯。旋挖鉆和沖擊鉆施工的樁型很不規則，特別在護筒底部“鼓肚”現象最明顯，混凝土擴散比較大，局部樁為滿足地下室外墻施工用風鎬進行了多余混凝土鑿除。回轉鉆施工的樁身圓滑規整，比較美觀。旋挖、回轉、沖擊三種成孔工藝的混凝土充盈系數經統計分別為1.14，1.09，1.25。

5 經驗和體會

在本基坑工程支護樁施工前期場地硬化條件好，無網電情況下，旋挖樁機還是發揮出了工效高，移動方便，無需動力電源的優勢，但是在軟土地區施工會有充盈系數比較大，混凝土浪費較多的弊端。回轉鉆雖作為傳統鉆孔工藝產生泥漿多，不利環保，但是也有適應性廣，各類地層均發揮穩定，充盈系數最容易控制的優點。沖擊鉆成孔雖然慢，但是其善于攻堅，啃“硬骨頭”，對嵌巖深或回填區障礙物多的地層可以發揮用武之地，其他樁型無法比擬。所以實際應用當中，應該就樁的性質、地層特點經過仔細比對，科學的取舍尋求最適合的成樁方式，才能既滿足質量要求，又達到較好的工期和經濟效益。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［2］劉俊巖.深基坑工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［3］趙金祥.淺析旋挖樁機施工的優缺點［J］.西部探礦工程，2010(4):104-105.