軟土復(fù)合地層中旋噴鉆機(jī)與旋挖鉆機(jī)組合灌注樁成孔技術(shù)

袁 敬

(珠海君豪巖土科技有限公司，廣東 珠海 519090)

1 概述

隨著我國(guó)工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，樁基礎(chǔ)在橋梁、港口碼頭、高層建筑物等大型工程中大量采用，已成為我國(guó)工程建設(shè)中最重要的一種基礎(chǔ)形式。特別是鉆孔灌注樁因使用機(jī)械鉆孔，不擾動(dòng)周圍土層，承載力高，適應(yīng)性強(qiáng)，承載力計(jì)算清晰等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外大型工程基礎(chǔ)中最常用的樁型，且樁徑、樁長(zhǎng)也在不斷增大。

鉆孔灌注樁施工包括以下幾個(gè)主要步驟：成孔、鋼筋籠制作安放、清孔、灌注混凝土、成樁質(zhì)量檢測(cè)。其中，成孔是鉆孔灌注樁施工的第一步。成孔的機(jī)械設(shè)備或方式有很多，如機(jī)械回旋鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、全液壓鉆機(jī)及人工開挖等，各種機(jī)械設(shè)備或方式有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)[1-6]。

機(jī)械回旋鉆機(jī)因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、施工工藝易掌握、對(duì)場(chǎng)地承載力要求不高、施工成本低等原因，在土層中鉆孔灌注樁通常采用機(jī)械回旋鉆機(jī)成孔[7]；但當(dāng)遇到巖層時(shí)，受機(jī)械回旋鉆機(jī)扭矩、合金切削齒硬度等限制，機(jī)械回旋鉆機(jī)穿越巖層工效低甚至無法穿越。旋挖鉆機(jī)因?yàn)樽詣?dòng)化程度高，成孔工效高，對(duì)環(huán)境污染少，適應(yīng)土層、巖層、綜合經(jīng)濟(jì)好等優(yōu)點(diǎn)，成為成孔的常用機(jī)械設(shè)備[8，9]，但旋挖鉆機(jī)也有明顯的缺點(diǎn)，表現(xiàn)為自身重量大，對(duì)場(chǎng)地承載力要求高。

對(duì)場(chǎng)地上覆地層為軟弱土層、下伏地層為巖層的軟土復(fù)合地層來說，使用施工成本低的機(jī)械回旋鉆機(jī)，能穿越土層，但穿越巖層成孔工效低，或不可能穿越巖層成孔。如果用綜合經(jīng)濟(jì)性好的旋挖鉆機(jī)，盡管能穿越軟土復(fù)合地層成孔，但因?yàn)樯细曹浫跬翆映休d力低，或不允許旋挖鉆機(jī)進(jìn)入場(chǎng)地，自然也談不上旋挖鉆機(jī)穿越軟土復(fù)合地層成孔，或旋挖鉆機(jī)能進(jìn)場(chǎng)施工，在旋挖鉆機(jī)重量作用下，可能引起軟弱土層中鉆孔灌注樁縮徑、塌孔等樁身質(zhì)量事故或擴(kuò)徑引起的混凝土浪費(fèi)。巖土工程中，軟弱土層、巖層組合的軟土復(fù)合地層十分常見，因此，在不增加施工成本的前提下，盡可能發(fā)揮成孔機(jī)械設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，順利穿越軟土復(fù)合地層成孔是一個(gè)值得研究的問題。

2 工程案例

2.1 工程概況

某C地塊樁基及基坑支護(hù)工程占地面積22 560.92 m2，總建筑面積約75 999.91 m2。地上建筑物為小高層、高層、超市、幼兒園等，計(jì)容面積為58 657.15 m2，地下面積為17 348.99 m2。C地塊位于南方地方的某市，西側(cè)為熱河南路，南側(cè)為D地塊(見圖1)。

2.2 地層結(jié)構(gòu)分布特征

C地塊內(nèi)地層結(jié)構(gòu)分布特征如表1所示。

基坑?xùn)|側(cè)KLM段支護(hù)結(jié)構(gòu)樣式為雙排φ780@1 000鉆孔灌注樁+φ700@500雙軸深攪樁，支護(hù)樁為鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)14.85 m。KLM段地層從上至下：①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1強(qiáng)風(fēng)化砂巖、④2中風(fēng)化砂巖。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)分布特征，結(jié)合支護(hù)樁樁長(zhǎng)，鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)范圍內(nèi)要穿越承載力低的軟弱土層——①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1強(qiáng)風(fēng)化砂巖總共厚度6 m～8 m，進(jìn)入承載力高的巖層——巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度13.28 MPa、巖面起伏不平的中風(fēng)化砂巖7 m～9 m。該基坑支護(hù)樁在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)要穿越典型的軟土復(fù)合地層。

2.3 鉆孔灌注樁成孔難點(diǎn)及解決措施

如果用機(jī)械回旋鉆機(jī)進(jìn)行KLM段雙排樁的鉆孔灌注樁成孔，因?yàn)棰?中風(fēng)化砂巖的巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)到13.28 MPa，機(jī)械回旋鉆機(jī)穿越巖層工效低。選擇重量大的旋挖鉆機(jī)，當(dāng)穿越軟弱土層——①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土?xí)r，由于土層承載力低，可能引起鉆孔灌注樁縮徑、塌孔和擴(kuò)徑等，導(dǎo)致樁身質(zhì)量事故、混凝土充盈系數(shù)過高引起混凝土浪費(fèi)等問題。

表1 C地塊地層結(jié)構(gòu)分布特征表

為了保證旋挖鉆機(jī)順利穿越軟土復(fù)合地層，施工中采取以下措施：

1)先用高壓旋噴鉆機(jī)對(duì)鉆孔灌注樁樁周軟弱土層進(jìn)行加固處理(見圖2)；

2)5 d后，用旋挖鉆機(jī)在鉆孔灌注樁樁位處穿越軟弱土層后進(jìn)入巖層成孔；

3)旋挖鉆機(jī)作業(yè)時(shí)，在保持孔內(nèi)泥漿面高于地下水位1 m以上的基礎(chǔ)上，控制泥漿性能指標(biāo)參數(shù)及檢測(cè)泥漿性能指標(biāo)參數(shù)，確保孔壁穩(wěn)定，保證順利成孔。采取上述措施后，沒有發(fā)生樁身質(zhì)量事故，混凝土充盈系數(shù)也符合要求，為后續(xù)施工奠定了基礎(chǔ)，保證了C地塊整個(gè)工程在工期內(nèi)完成。

3 結(jié)語

1)針對(duì)軟土復(fù)合地層中灌注樁高效經(jīng)濟(jì)成孔施工的要求，先用高壓旋噴鉆機(jī)加固鉆孔灌注樁樁周軟弱土層，然后用旋挖鉆機(jī)在鉆孔灌注樁樁位處穿越軟弱土層后進(jìn)入巖層成孔。

2)借助于旋挖鉆機(jī)自動(dòng)化集成度高的裝備技術(shù)，旋噴鉆機(jī)與旋挖鉆機(jī)組合在軟土復(fù)合地層中灌注樁成孔施工工藝可提高鉆孔灌注樁施工效率高，綜合成本低。