深厚富水砂卵石復雜地層樁基施工技術

張 鵬，姚 嬌，王 建 昭

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

大明市新區公寓房安置項目二期位于新昌縣大明市黃澤江北側，占地面積為1.9萬m2，總建筑面積為7萬m2。該工程為鋼筋混凝土剪力墻結構，包含7幢、13～18層高層住宅、1～2層配套用房和少量商業用房，項目配套2層地下室，局部為1層。基坑圍護結構為自然放坡+高壓旋噴止水帷幕結構+嵌樁；工程基礎樁采用Ф800鉆孔灌注樁，設計樁數為747根，樁端嵌入持力層為中等風化粉砂巖2.5 m，混凝土設計標號為C30，設計有效樁長為8～14 m，部分樁底擴孔直徑為1.4 m，鋼筋籠統長配置，工程計劃施工工期為70 d。

由于灌注樁施工工藝的特殊性和隱蔽性，樁身易產生斷樁、斜樁、頸縮、離析、夾層、膠結不良等缺陷，加之群樁快速施工和現場多變的地層對現場施工分區、施工順序、施工次序、施工流程等現場施工總體安排和成孔設備性能要求較高，且因富水砂層地質條件極易誘發塌孔，易造成質量和安全事故[1]，因此，質量和安全成為該工程管控的重難點。

現場勘探揭示：在勘察深度范圍內地基土按成因類型和物理力學特征劃分為素填土、圓礫、強風化粉砂巖、中等風化粉砂巖，各土層的巖性特征自上而下描述為：素填土(mlQ4)：黃灰色，松散，其主要成分為黏性土和粗砂，局部含少量3～50 mm粒徑的礫石，本層全場分布，層厚0.2～1.8 m。圓礫(al-plQ4)：灰黃色、灰褐色，稍密-中密，其成分以中等風化石英砂巖、凝灰巖等為主，呈亞圓狀、次圓狀，顆粒間為砂粒及粉、黏粒充填，下部相變為卵石，均勻性一般，屬低壓縮性土，本層全場分布，層厚5.3～8.2 m。強風化粉砂巖(Kc)：紫紅色、棕紅色，原巖組織結構已強烈破壞，巖芯多呈塊狀，少量呈黏土狀，手折易斷，巖體較破碎，本層全場分布，層厚3.5～4.5 m。中等風化粉砂巖(Kc)：紫紅色、棕紅色，具粉砂結構、層狀構造，原巖組織結構部分破壞，巖芯多呈柱狀，少量呈碎塊狀，該層風干后易開裂呈碎塊狀，浸水有軟化現象。巖石天然單軸抗壓強度標準值frk=5.265 MPa,屬軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。本層全場分布，鉆探未能揭穿。

該項目地下水類型主要為淺層孔隙水，水位埋深4.4～6 m，水量較大。場地主要含水層為圓礫，孔隙較大，滲透性好，為強透水層，是地下水貯存和徑流的良好空間與通道。地下水主要受大氣降水滲入和南側黃澤江江水的滲入補給，水位隨季節和氣候動態影響變化較大，年變化幅度為5 m左右。

2 施工方案優選

施工前，項目部對擬采取的沖擊鉆+泥漿護壁、旋挖鉆+短鋼護筒施工、旋挖鉆+長鋼護筒施工三種施工工藝措施進行了論證和試驗分析[2]。

2.1 沖擊鉆+泥漿護壁

沖擊鉆+泥漿護壁工藝雖然可以適用各種地層，但考慮到該工藝設備笨重、設備配置類型較多且場內的中等風化粉砂巖層浸水、軟化；同時，泥漿護壁和懸浮顆粒出渣所需的泥漿對現場和周圍環境易造成污染，不符合環境保護和文明施工的需求，且占用了較大的施工場地、配置泥漿制運設備、修建泥漿池等臨建設施，基于以上原因，新昌江北二期公寓房項目工程基礎樁施工未采用該工藝。

2.2 旋挖鉆+短鋼護筒施工

該項目的樁基前期采用2臺300型旋挖鉆機施工，鉆孔7根(其中塌孔4根，成孔3根)，平均成孔率為42.9%。經分析，短護筒僅能起到樁孔定位、保護孔口和防止地面石塊掉入孔內等作用，未達到防孔壁坍塌的作用；從現場鉆渣看，地層均為圓卵石砂礫層，原有3 m長鋼護筒不能適應現場地層鉆孔施工需要。

2.3 旋挖鉆+長鋼護筒施工

采用旋挖鉆機鉆孔、增加護筒跟進設備施工。由于該項目地表以下5～8 m深大部分為砂卵石層，故有針對性地選擇長度為9 m的鋼護筒直接穿透砂卵石層、至少嵌入基巖1 m。長鋼護筒的特點是可以防止貫通樁基的砂卵石層造成土層及孔樁護壁的塌孔，同時，通過長護筒的作用可以阻隔地下水流入樁孔內。

新昌江北二期公寓房項目的實際地質情況及實踐證明：采用9 m鋼護筒樁基施工法未出現塌孔情況，提高了工作效率。

3 施工工藝

3.1 旋挖鉆+長鋼護筒施工流程

群樁快速施工的現場施工分區、順序、次序、流程等現場施工總體安排主要考慮了設備和材料進場的入口和撤離出口的交通條件，整體施工順序為：先施工地下室二層基坑內的樁基，后施工地下室一層基坑內的樁基；先施工基坑周邊的樁體，后施工基坑中間的樁體，樁基間隔施工。

旋挖鉆+長鋼護筒施工的主要流程：施工準備→測量放樁位→振動錘設備打設鋼護筒→旋挖鉆機鉆孔施工→樁體混凝土澆筑→拔出鋼護筒[3]。

該施工工藝具有的優點：(1)該工藝屬于干法作業，無需泥漿護壁，塵土泥漿污染少、現場干凈整潔；無需修建泥漿制備臨建設施，臨建占地少，臨建設施費用低。(2)機械化程度高，操作工人勞動強度小，人工配置需求少，設備投入少，人工費用低，現場生產組織和管理較簡單。(3)適用范圍廣。旋挖鉆機可配備筒式取芯鉆頭、螺旋鉆頭、旋挖斗、擴底鉆頭、沖抓錐鉆頭、沖擊鉆頭，可用于巖層、砂層、土層等不同地層的鉆孔。旋挖鉆機可以鉆垂直樁和斜樁。(4)長護筒對孔壁的防護有效地避免了塌孔，成孔速度快，能保證進度與質量。

3.2 主要機械設備

新昌江北二期公寓房項目工程基礎樁施工采用的主要設備見表1。

3.3 施工準備

(1)場地平整、清除雜物，四周開挖排水溝。

(2) 9 m長鋼護筒制作：鋼護筒采用壁厚16 mm的Q235鋼管焊制，護筒外徑與設計樁體直徑一致；鋼護筒分節制造，垂直度偏差不大于3 mm，鋼護筒焊接連接時應保證接頭圓順，同時滿足剛度、強度及防漏要求。

3.4 測量定位

采用全站儀放樣，完成后設置十字型護樁，然后報請監理工程師進行復測檢查。埋設的護樁必須標識明確，鉆機就位前仔細核對樁位。

表1 工程基礎樁主要施工機械設備配置表

3.5 埋設護筒

吊裝：在起重指揮人員的指揮下，液壓振動錘位于兩個鋼護筒吊耳上掛鉤作業，待作業區內沒有其他人員停留后，指揮起重司機吊升鋼護筒，到達一定高度時豎直9 m鋼護筒。

夾管：吊起液壓振動錘，通過液壓振動錘下端的液壓夾持器夾緊鋼護筒頂端。

對位：將夾緊的鋼護筒吊起、移動，使鋼護筒下端對準孔口，先利用自重下沉且保持鋼護筒頂面在同一水平面上。

下沉：下沉時先依靠鋼護筒和振動錘的自重使其沉入土中，待鋼護筒入土達到一定深度后確保鋼護筒的穩定。對于局部大卵石地層，可先對卵石層松挖后再埋設鋼護筒。

振打：啟動振動開關，以10 s為一個振動間隔，每振打10 s測量護筒偏位，在兩個方向設監測點，指揮振動設備操作，鋼護筒需保持垂直狀態下沉入土中。在振沉過程中每3 m用經緯儀檢測一次垂直度，發現有傾斜傾向時立即進行糾正。

埋設鋼護筒時必須測量定位準確，其頂面位置偏差不大于5 cm，傾斜度不大于1%，使護筒中心與樁中心重合；埋設護筒，在其四周回填黏土并分層夯實，護筒高于地面0.2～0.5 m。

3.6 鉆孔施工

鉆孔前，先將鉆斗落在護筒內，對顯示器進行清零操作，記錄鉆頭的起始位置；鉆進過程中，司機通過鉆機的三向垂直控制系統仔細檢查成孔的工作位置、垂直度、每次進尺和孔深位置以確保成孔質量。

旋挖鉆機成孔應采用間隔成樁的施工順序，已完成混凝土澆筑的樁與鄰樁成孔的安全距離應大于4倍樁徑或間隔時間應大于36 h。鉆孔渣土的臨時堆存位置應距離樁孔口大于6 m并及時清運。

針對不同地層選用適宜的鉆具：土層使用旋挖鉆斗；強度不高的巖層使用筒式鉆頭；遇到強度較高的巖層塌孔而旋挖鉆斗無法繼續鉆下時使用錐螺旋鉆頭；設計有擴底樁時，擴底部分使用擴底鉆頭；使用有錐螺旋鉆頭時，巖芯取樣須使用專用的取芯鉆頭；撈渣時使用撈渣鉆頭。

鉆孔過程中，應安排專人將工作內容、樁編號、樁位、鉆進深度、鉆進速度、孔底標高、地質情況等施工信息填寫在《鉆孔記錄表》中并繪制孔樁地質剖面圖。

鉆孔達到設計深度后，將鉆渣與地勘資料進行對照，驗證實際地質情況能否滿足設計要求。若其與地勘資料不符時應及時聯系監理工程師和設計代表確認并進行處理。

3.7 清孔及檢查

為避免樁底沉渣降低樁基的承載力，應采用機械清孔的方式。擴孔底樁采用人工輔助清孔。清孔分兩次進行：第一次清孔是在鉆孔深度達到設計深度、擴孔底作業完成后進行機械清孔；第二次清孔是在樁孔初檢時由人工對孔底浮渣進行清除，應保證孔內沉渣厚度不超過5 cm的規范要求，嚴禁采用加深鉆孔深度的方法代替清孔作業。

3.8 鋼筋籠的制作與安裝

(1)用于鋼筋籠制作的鋼筋必須經檢測合格并準確控制下料長度。

(2)鋼筋籠加工場地應平整，用C15混凝土進行表面硬化處理。

(3)鋼筋籠主筋的連接采用單面焊接，焊接長度≥10d，焊縫寬度不小于0.7d，厚度不小于0.3d，且同一截面接頭數≤50%[4]。

(4)鋼筋籠保護塊為直徑110 mm、中間帶孔的圓餅砂漿保護墊塊，每隔3 m設一組，每組4個，在同一水平面沿鋼筋籠周圍對稱布置，間距均勻。

(5)對成型的鋼筋籠進行逐節驗收，驗收合格的鋼筋籠應水平堆放在平整干凈的地面上，堆放層數不超過2層。

(6)應緩慢平穩下放鋼筋籠，避免其擺動碰撞孔壁、損傷保護層墊塊并造成塌孔。

(7)鋼筋籠的主筋間距、箍筋間距、鋼筋籠直徑允許偏差為±10 mm，鋼筋籠長度的允許偏差為±100 mm。

(8)吊裝作業前，應認真檢查作業環境、防護用品、吊索具等，必須確保吊裝區域無閑散人員，障礙物已清除，吊索具無缺陷，捆綁正確牢固，被吊物與其他物件無連接，確認安全后方可實施吊裝作業。

3.9 灌注混凝土

(1)灌注過程中，應關注導管內混凝土下降和孔口的返水情況，及時量測混凝土頂面標高。每次拆管、提管前，反插1～2次，保證孔內混凝土密實并保持導管埋深2～3 m。

(2)灌注開始后，應保持連續一次完成混凝土灌注，避免先灌注的混凝土初凝后再續灌混凝土的情況出現。

(3)為確保樁體質量，應根據設計要求保證混凝土的超灌量，混凝土的充盈系數不得小于1.1，樁頂混凝土的澆灌面比樁頂設計統一高程高出0.8～1 m。

(4)為避免地下水滲入樁孔內，必須協調好混凝土運輸到場的時間和成孔時間，成孔半小時內必須完成澆筑作業。

3.10 鋼護筒的回收

樁基混凝土灌注后或混凝土初凝之前，及時拔出鋼護筒。鋼護筒的拔出方法是用反鏟掛振錘邊振邊拔。拔管前，應先激振5～10 s后方能起拔，拔管速度控制在1.5 m/min左右，拔管速度應均勻，嚴禁停振拔管。鋼護筒必須垂直拔出以防止樁孔位移。對損壞的鋼護筒及時進行焊接修補，然后進行統一堆存和整齊碼放。

3.11 鑿除樁頭

樁體混凝土強度達到設計強度的70%后進行樁間土開挖。首先，由人工將樁頭四周清理干凈；其次，通過測量確定樁頂標高所在位置，用油漆做好標識，采用手持式切割機沿油漆標記環切，然后由人工使用風鎬將鋼筋從混凝土中剝離出來，鑿除時必須注意掌握深度和鑿除方向，以免損傷鋼筋。鋼筋清理完畢，在樁頂線以上1～2 cm沿樁頭四周每根樁均勻布置10～12個孔位，采用手風鉆打孔，打孔深度為8～10 cm。鉆孔完成后，在環向切割線對稱打入鋼楔子切斷樁頭，最后吊離樁頭，人工手持打磨機對樁頂面進行打磨，準備檢查樁基。

4 結 語

新昌江北二期公寓房項目樁基鉆孔采用旋挖鉆機鉆孔、長鋼護筒跟進施工技術，將鋼護筒穿透砂卵石層，該方法可有效防止塌孔，保證施工進度。該施工工藝設備配置少、簡單、易操作、現場環境干凈、樁基成孔速度快，作業時間大幅度縮減，保證了工期進度。該工藝可供深厚砂礫石地層、砂卵石地層、淤泥層等不良地質條件樁基施工時借鑒。