復雜土層承壓水條件下超長旋挖樁施工技術的研究與應用

高春雷

云南建投基礎工程有限責任公司 云南 昆明 650501

旋挖鉆孔灌注是一種常用的鉆孔灌注樁施工方法，其具有成樁質量較好、施工速度快、土層適用能力強等優點[1-4]。國內外旋挖鉆孔灌注樁施工中多采用傳統施工技術，在遇到含有較厚軟弱土的復雜土層、承壓水（水頭高度超過工作面高度）、樁長超長條件下，或放棄使用旋挖鉆孔灌注樁工藝，采用更為傳統的回旋鉆施工方法，或采用成本較高的全護筒施工方法。但此2種工藝均不經濟。

1 工程概況

1.1 項目概況

背景項目位于昆明市西山區日新中路陸家社區片區，為某集團的辦公樓，項目占地面積約2.33 hm2，擬建2棟主塔樓及1棟附樓，工程樁均采用旋挖鉆孔灌注樁，主樓樁徑800 mm，附樓樁徑600 mm。主樓旋挖樁鉆孔深度約51.5 m，鋼筋籠長48.7 m；附樓鉆孔深度約40 m，鋼筋籠長37.6 m。所有旋挖鉆孔灌注樁均埋設2根注漿管，進行后壓漿施工；30%旋挖樁設置2根聲測管，用于成樁質量檢測。

1.2 項目地質情況

項目位于昆明滇池斷陷盆地中部地段，為滇池盆地湖相沉積平原地貌，地基土層主要以厚度較大的第四系湖積相、沼澤相松散堆積層為主，淺部分布有少量人工填土及沖洪積黏性土等。主要土層有淺層雜填土、黏土，深層為泥炭質土和粉土（粉砂）互層，土質較差，成孔難度較大，成樁質量難以保證。

1.3 樁基工程設計概況

本工程主樓建筑為雙塔形式，雙塔之間通過1層屋面平臺相連，雙塔高均為24層、建筑高度99.8 m，±0 m相當于絕對高程1 890.3 m；規劃主樓地上建筑面積79 677.9 m2；附樓位于主樓西側，高9層、建筑高度38.0 m，與主樓通過室外走廊相連，規劃地上建筑面積12 839.8 m2。本工程2棟主塔樓工程樁樁型為φ800 mm旋挖灌注樁，共372根；1棟附樓工程樁樁型為φ600 mm旋挖灌注樁，共162根。所有旋挖樁均進行后注漿施工，注漿量為5 t /根。

2 旋挖樁施工重難點及目標

2.1 施工重難點

本項目針對軟弱土較厚的復雜土層、承壓水等情況下的旋挖樁施工方法進行研究，主要針對以下4個方面進行全面探索：承壓水水頭高于工作面，須降低承壓水水頭；因承壓水的影響，泥漿被稀釋，坍孔現象比較嚴重；土質較差且比較復雜，加上承壓水水頭高、樁長較長（鋼筋籠下放時間較長）等原因，導致沉渣較厚的問題；樁徑較小，且設有注漿管與聲測管，混凝土澆筑過程中導管對注漿管、聲測管的影響。針對以上方面，提出一系列的技術處理措施，來解決本工程及類似工程的施工難題，最大限度地保證施工安全、進度及質量。

2.2 擬達到的目標效果

針對軟弱土較厚的復雜土層、承壓水等類似情況下的旋挖樁施工時存在的問題進行研究，最終達到：降低承壓水水頭，避免承壓水外流，以保證混凝土澆筑質量，同時本項目降承壓水不對周邊環境產生影響；解決泥漿被稀釋的問題，確保泥漿的護壁作用，防止或減少坍孔現象；縮短成孔后鋼筋籠的下放時間，以最短時間下放鋼筋籠、導管，減少沉渣的產生；對含有注漿管、聲測管的φ600 mm旋挖樁鋼筋籠進行改造，最大限度地保證鋼筋籠中部空間，減少導管上下插拔時對注漿管與聲測管的影響。以為類似工程項目提供技術處理措施參考，解決類似工程的施工安全、質量、進度問題。

3 采取的主要技術措施

針對以上技術難題，本項目采取了5項與傳統旋挖樁施工不同的新技術。

3.1 設置全自動泄壓井

1）在不影響工程樁及后期土方開挖、底板施工的前提下，在基坑周邊設置6個φ1 200 mm泄壓井，泄壓井深度為20 m，采用旋挖樁機成孔，孔內放鋼筋籠，鋼筋籠外包φ1.0 mm網孔的8 mm×8 mm鋼絲網，鋼絲網外包土工織物。

2）每個泄壓井設計一個全自動抽水泵，沿周邊設置一圈φ63 mm的PE管，自動抽水泵與PE管連接。

3）水泵抽排地下水至工程樁施工工作面以下1～2 m，以減少涌水造成沉渣超標的情況，同時有利于保證混凝土澆筑質量。

4）水泵抽至工作面以下1～2 m后，自動停止抽排，待水位上漲后自動開始抽排。

5）在泄壓的過程中，通過加強周邊的監測，來判斷是否對基坑周圍有影響。監測方式：通過觀察法，觀察泄壓井周圍有無沉降、開裂現象。若有影響，應立即停止抽排水，采用C25素混凝土進行澆筑封堵。

6）旋挖樁施工完畢后，深層地下水便不用再泄壓，停止抽排水，采用C25水下素混凝土進行澆筑封堵。

通過設置泄壓井，解決了樁孔內地下水外涌問題，減少了坍孔和地下水對泥漿的稀釋以及沉渣的產生，保證了混凝土澆筑質量。

3.2 動態調整泥漿相對密度

在旋挖樁鉆孔時，泥漿起到護壁、抵消水壓力的作用。本工程施工中，存在一定的承壓水，旋挖鉆孔的過程中，泥漿會不斷被稀釋，減弱泥漿的護壁能力。在鉆孔過程中，每10 min測量1次樁孔內的泥漿相對密度，根據泥漿稀釋情況，往樁孔內加入密度較大的泥漿，以補償承壓水對泥漿的稀釋，保證泥漿的護壁能力。施工前將膨潤土、火堿、纖維素加入泥漿池內，提前24 h制作泥漿，泥漿發酵24 h后護壁效果最佳。

動態調整泥漿配比，減少了承壓水對泥漿的稀釋，達到了最佳的護壁效果。

3.3 設置長護筒對接鋼筋籠

因本工程鋼筋籠較長，達48.7 m，一籠起吊整體性、安全性都難以保證。分2節制作時，鋼筋籠在孔口對接時間較長。本項目在非樁位處施工2根長24 m的φ1 m鋼護筒作為對接孔，用于提前對接鋼筋籠。待鋼筋籠對接好后，用履帶吊整體起吊，并立即下放至剛成孔的樁孔中，隨后立即下放導管、澆筑混凝土，減少樁孔擺放時間，以減少坍孔及沉渣的產生。

長護筒的處理：待所有旋挖樁施工完畢后，為防止長護筒成為地下室的漏水通道，采用C25水下混凝土，將長護筒澆筑回填。

在長護筒內提前對接好鋼筋籠，整籠吊放至樁孔內，可節約1.5～2.0 h的鋼筋籠對接時間，減少了坍孔及沉渣的發生概率。

3.4 采用空氣壓縮設備輔助清孔

當沉渣較厚，常規清孔設備無法清至規范要求的厚度以內時，使用20 m3空壓機，配自制的清孔設備（圖1），用鋼軟管將壓縮空氣送入孔中，沉渣隨空氣帶出至沉淀桶內進行沉淀，以達到快速清除沉渣的目的。

圖1 空壓機輔助清孔示意

3.5 改變常規鋼筋籠構造

同時設置聲測管和注漿管的φ600 mm樁，通過改變常規鋼筋籠構造。在加工好的鋼筋籠上，將籠內的所有加勁箍對稱切除2段，將聲測管、注漿管設置在切除段以內，外側加焊一段加勁箍，以節約鋼筋籠中部的空間（圖2），避免澆筑混凝土時，導管的上下插拔使聲測管、注漿管破壞。

圖2 改造后鋼筋籠構造示意

改變常規鋼筋籠構造，增加了鋼筋中部凈空間，有利于導管下放，避免破壞聲測管與注漿管。

4 效益分析

4.1 社會效益

本項目作為云南省重點工程，工期緊、任務重，通過采用5項技術措施，成功地解決了軟弱質土中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。本項目所施工的旋挖工程樁中：抽取了30%進行低應變檢測，其中Ⅰ類樁比例為91%；抽取了10%進行超聲波檢測，全部為Ⅰ類樁，Ⅰ類樁比例為100%。在此種土層復雜、軟弱土較厚的地質條件下，Ⅰ類樁比例仍可以達到優質工程的要求，足以證明本項目所采用的技術措施的作用是顯著的。通過以上幾項技術措施，本項目高效、保質、保量地完成了旋挖工程樁施工任務，是類似地質條件下旋挖樁施工典范，為云南甚至全國類似工程施工提供可以借鑒的施工經驗。同時，該工法也具有非常好的社會效益。

4.2 經濟效益

本項目通過設置自動泄壓井、調整泥漿配比、履帶吊一籠整體吊放鋼筋籠、采用空壓機輔助清沉渣、改變鋼筋籠構造等措施，完美解決了軟弱質土中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。本項目若無法采用旋挖鉆孔灌注樁進行施工，而變更為回旋鉆、沖擊鉆等灌注樁施工工藝，成本更高，工期更長，安全文明施工方面更加難以控制。本項目通過5項技術措施，解決了旋挖樁施工難題，為本項目節約了成本，取得了不錯的經濟效益，同時為本工程節約了工期。

5 結語

昆明市市區東、西、南、北向的地質差別很大，尤其是滇池附近地質條件最差，泥炭土等軟弱質土較厚，樁基施工難度大。

本項目通過采用5項技術創新措施，成功地解決了復雜土層中、承壓水條件下、超長旋挖樁施工難題。樁基檢測結果，驗證了5項技術措施在此區域范圍內實際工程中的應用效果，高效、保質、保量地完成了旋挖工程樁施工，為類似地質條件下旋挖樁施工提供經驗，值得在類似工程中大力推廣和應用。