易塌孔地層長護筒+沖抓+旋挖鉆孔灌注樁施工工法

賈欣媛, 岳大昌, 李 明, 唐延貴

(成都四海巖土工程有限公司， 四川成都 610094)

近年來，隨著城市化進程的不斷加快，土地資源日益緊缺，為解決這一矛盾，地下空間的開發和利用逐漸成為發展的新趨勢。高層建筑、地下管廊、下沉廣場等應勢而生，此類建筑對地基基礎設計的承載力、沉降及抗拔要求較高，需采用具有更高承載力的樁基礎將荷載傳至深部土層或巖層，以滿足更多結構的設計要求。

然而，西南地區地下水較為豐富，地基土類型和特征復雜多變，往往給工程樁的施工帶來諸多難題，特別是對于新近填土、含塊石填土、軟塑黏性土、淤泥、松散粉土、厚層松散砂土及卵石土、軟塑等地層，以及含水量高采用泥漿護壁成孔較困難的地層，旋挖成孔時易出現塌孔、流砂、縮頸、填塊石難以穿越等問題，既易造成大量混凝土的浪費，也易導致樁身質量存在缺陷進而影響樁身承載力。

解決上述問題的方法一般為采用泥漿或鋼護筒護壁，但泥漿護壁難以徹底解決這類深厚地層存在的縮頸、流砂、塊石鉆進困難等問題，而且泥漿濃度及產生的泥皮對工程樁的性質有一定影響；而鋼護筒護壁受旋挖機動力頭提升高度的限制，難以完成長護筒的埋設以及從長護筒內的取土施工。

因此，基于以上背景提出了在易塌孔地層中采用長護筒+沖抓配合旋挖鉆孔的灌注樁施工的新工法，該工法結合旋挖鉆孔、振動錘埋設鋼護筒護壁及沖抓錐沖抓取土三種施工方法的優點，可以很好解決上述地層中成孔和灌注混凝土時存在的諸多問題，經過在實際工程中不斷摸索以及對施工經驗進行不斷總結，逐步形成了易塌孔地層長護筒+沖抓+旋挖鉆孔灌注樁施工工法。相對于傳統單一的旋挖施工方法，本工法能夠提高在該類地層中旋挖成孔的施工效率、縮短施工工期、降低施工成本、減少灌注樁施工質量缺陷。

1 工作原理

易塌孔地層長護筒+沖抓+旋挖鉆孔灌注樁施工工法工作原理分析如下。

1.1 振動錘埋設長護筒

場地平整、孔位測放等準備工作就緒后，采用旋挖機預先鉆孔，根據土層特征、孔壁穩定性選擇泥漿護壁或短護筒護壁，旋挖鉆至一定深度時采用振動錘下沉長護筒，液壓振動錘是通過電動機驅動激振器回轉，從而實現振動箱內每組成對的偏心輪以相同的角速度反向旋轉；這兩個偏心輪旋轉產生的離心力，在轉軸中心連線方向的分量在同一時間內相互抵消，而在轉軸中心連線垂直方向的分量則相互疊加并最終形成鋼護筒的激振力，順利把護筒擊沉。

1.2 沖抓錐沖抓取土

當振動錘錘擊停止后，若鋼護筒超出地面以上的高度大于旋挖鉆機動力頭最大提升高度時，則采用履帶式吊車將沖抓錐下放至孔內，沖抓錐錐頭葉瓣張開，沖抓錐自由落入孔底沖擊，破碎塊石，使錐瓣切入地層土石中；然后通過鋼絲繩提升沖抓錐時，切入地層的錐瓣收攏并抓取土石，提出沖抓錐，卸去土石。

1.3 三種設備配合施工

旋挖鉆孔、長護筒護壁、沖抓取土配合施工在該類地層區域旋挖成孔時，采用鋼護筒護壁，鋼護筒長度一般為6～15 m，甚至大于20 m，利用旋挖鉆機預成孔3～5 m，然后采用履帶式吊車將鋼護筒下放至預成孔深度時，隨即采用振動錘錘擊護筒，使護筒繼續下沉，當護筒下沉至一定深度，振動錘擊難以使護筒繼續下沉時，停止錘擊，但是由于旋挖鉆機動力頭提升高度低于地面以上鋼護筒剩余長度，此時需要采用沖抓錐下放至護筒中進行沖抓取土，取土后繼續下沉護筒，三種設備協調配合，多次循環作業成孔。

2 適用范圍

(1)適用地層：本工法適用于新近填土、含塊石填土、軟塑黏性土、淤泥、松散粉土、厚層松散砂土及卵石土、軟塑等地層，以及含水量高采用泥漿護壁成孔較困難的地層。

(2)適用條件：當上述軟弱地層較厚或埋置較深、普通吊車卷揚長度無法滿足護筒下放時，適用本工法。

(3)適用工程類型：本工法適用于樁徑800～2 000 mm的支擋結構樁、地基基礎樁等。

3施工工藝流程

本工法施工工藝流程見圖1：①施工準備→②場地平整→③孔位測量→④旋挖預鉆孔→⑤振動錘埋設鋼護筒→⑥沖抓錐沖抓取土→⑦重復⑤、⑥直至將護筒下放至穩定地層→⑧旋挖鉆進直至終孔及清渣→⑨下放鋼筋籠→⑩二次清孔→澆筑混凝土→振動錘拔護筒。

圖1 施工工藝流程

4 操作要點

4.1 鉆機進場通道及鉆機作業平臺處理

由于旋挖鉆機及吊車設備均為履帶底盤，機動靈活，對進出通道及作業平臺沒有特殊要求，適合于各種施工現場。施工前，將場地平整至樁頂標高位置以上(保護樁長頂)，清除空中、地下影響施工作業的管線及其他障礙物，確保施工機械設備擁有足夠的施工工作面，為灌注樁施工順利地進行創造基本條件。其中：

(1) 鋼筋加工作業面：樁徑2倍，樁長1.5倍且不小于1.5 m×20 m場地范圍。

(2) 寬通道進出口≥5 m，用于運輸進出及架安吊車。

(3) 臨時出土場≥50 m2。

4.2 鉆孔定位

首先對設計圖紙提供的坐標、高程等有關數據進行認真復核，確認無誤后采用全站儀進行樁位放樣，樁中心放樣完畢后，沿樁中心拉十字線至1.5樁徑以外并作好護樁標記。

4.3 開孔

完成樁孔定位后即可進行開孔和埋設鋼護筒。

(1)開孔：鉆機設備就位、升舉鉆桿、安裝鉆斗、調整鉆桿垂直度、對準樁孔中心，然后開機進行旋挖取土開孔為鋼護筒埋置作準備。開孔采用干式鉆頭進行，開孔大小為設計樁徑。

(2)高程標注：鋼護筒安裝完成后用測量水準儀測出護筒頂面高程并予以標注，用于鉆孔深度及混凝土澆筑高度的輔助測定。

4.4 旋挖鉆進成孔

(1)鉆進取土。將鉆機鉆桿回轉到樁孔位置后將鉆斗垂直放下并開始轉動取土，依據鉆桿下將高度及檢驗判斷鉆斗裝滿土多少，起斗卸土前應先反向旋轉2周利用摩擦將活動底板關閉進料口，之后方可緩緩將鉆斗提升并移出護筒卸土。升降速度不宜太快，應保持在0.4 m/s左右。卸土依靠土體自重和旋轉擺動鉆斗時土體慣性作用排出鉆斗。

(2)下沉長鋼護筒。為保證鋼護筒與鉆孔的同心度以及護筒的垂直度，采用具有液壓雙夾的振動錘將鋼護筒逐漸擊入土中，當護筒貫入速度明顯較慢時(例如：每10 s貫入深度小于50 cm)停止錘擊。振動錘下放護筒期間，同時利用十字交叉線控制其平面位置，采用吊垂線控制其垂直度。

(3)沖抓錐沖抓取土。振動錘移開后，長鋼護筒超出地面以上的高度大于旋挖鉆機動力頭最大提升高度時，用履帶式吊車起吊沖抓錐進行沖抓取土，履帶式吊車起吊最大重量不小于35 t，吊車具有雙吊鉤和雙卷揚機，卷揚機應具有快速釋放機構，能保證沖抓錐下落時處于自由狀態。

當未達到軟弱土層前，可超前一定深度取土，再用振動錘錘擊下放護筒；當到達軟弱土層時，在每一次的沖抓取土重，沖抓深度不應超過護筒下端深度，完成本次取土后移開沖抓吊車，繼續用振動錘錘擊護筒入土，護筒下放方法和停止錘擊時機同步驟(3)，停止錘擊護筒后，重復沖抓取土作業。

重復振動錘貫入護筒和沖抓取土的循環作業，直到將護筒下放進入穩定土層中，再用旋挖機繼續鉆孔施工至終孔。

4.5 鋼筋籠制作、吊裝及混凝土澆筑

鋼筋制作采用現場加工制作，按設計和施工驗收規范進行施工。對鋼筋制作加工、綁扎、安裝各個環節加以質量控制。

4.6 截樁頭及樁質量檢測

(1)在完成混凝土澆注后24 h后應即時進行截樁頭，截除掉高于設計樁頂的多余混凝土部分并將樁頂上部鋼筋表面進行清理。

(2)樁施工完成強度達到后，采用聲波法和小應變法對樁的混凝土澆筑質量進行檢測，確定樁基質量滿足設計及規范要求。

4.7 常見問題

在沖抓錐沖抓取土施工過程中，經常遇見的問題及解決辦法如下：

(1)當遇到強度較高、體積較大的塊石，正常沖抓作業無法取土時，可將沖抓錐閉合，提高沖抓錐落距以破碎塊石，然后再沖抓取出。

(2)當遇到粘性較高的土體，抓斗卸土困難，可將抓斗碰撞地面，加大振蕩外力，以卸出土體，另外，也可考慮向孔內注水解決土體與抓斗粘結問題。

(3)當鋼繩斷裂，抓斗掉入孔內時，可采用另一沖抓錐對抓斗進行打撈。當采用另一沖抓錐仍然無法打撈時，可排干孔內積水，下人輔助系鋼絲繩將沖抓錐打撈出來。

5 工程應用

5.1 工程概況

天府創新中心項目配套公寓及商業樁基礎工程位于四川省天府新區興隆鎮鹿溪河附近，興隆湖北岸，主要由多棟16～33F高層住宅、1～2F純地下室組成，主樓采用剪力墻結構，基礎形式為旋挖鉆孔灌注樁基礎，樁徑為0.8 m，裙樓及純地下室采用框架結構，基礎為柱下獨立基礎及墻下條形基礎。

5.2 地質條件

場地地貌單元屬岷江水系III級階地，場地內由第四系全新統人工填土(Q4ml)、第四系中下更新統冰水沉積(Q1+2fgl)黏土、粉質黏土及卵石、白堊系上統夾關組基巖(K1j)組成。其中，人工填土按主要成分和狀態分為下述三層：

素填土①-1:紫紅色、土黃色，松散，稍濕。以強風化砂巖、泥巖碎塊及少量中等風化砂巖、泥巖碎塊為主，粒徑在2～100 cm不等，成分較為混雜，硬雜質含量約占65 %左右，局部含少量黏性土，堆填時間小于1年。層厚2.50～13.10 m。

素填土①-2:褐色、黃褐色，松散，稍濕，以黏性土為主，含植物根莖，局部含少量風化巖屑，粒徑在2～10 cm，硬雜質含量約占30 %左右。該層堆填時間一般在3～5 a，甚至更長。層厚0.40～4.40 m。

淤泥質填土①-3:灰褐色、灰黑色，飽和，以黏性土為主，含腐殖質，有輕微臭味。層厚0.50～1.00 m。

場地地下水主要為賦存于地勢低洼地帶、少量賦存于場地內填土層、粘性土層中的上層滯水、卵石中的孔隙性潛水和基巖裂隙水。靜止水位為1.1～5.5 m，相應標高為456.22～459.39 m，地下水水位變化幅度為0.5～2.0 m。

5.3 施工重點、難點

施工重點：鉆孔孔位、孔徑、鉆孔垂直度、孔底沉渣、灌注樁樁身完整性、單樁承載力滿足設計和規范要求。

施工難點：孔深范圍內填土厚、填土成分復雜(回填黏性土、泥巖塊石及淤泥質填土)、力學性質差(易縮頸、易塌孔等)，旋挖成孔時護壁難度大、成本高、工期緊。

施工前期采用短護筒+泥漿護壁的方法進行旋挖鉆進，出現了嚴重垮孔現象，施工進展緩慢，效率低，混凝土超灌量大，針對該情況進行了分析研究，決定采用旋挖鉆成孔+振動錘埋設長護筒+護筒內沖抓取土配套工法進行施工，配備2臺旋挖鉆機、1臺振動錘吊車、1臺沖抓錐吊車完成103根灌注樁施工，共用時15 d，提前完成基礎樁施工。施工過程和施工后的檢查和檢測結果表明，灌注樁樁位、樁徑、垂直度偏差均符合規范，樁身完整性和單樁承載力均滿足設計和規范要求。

6 結束語

隨著城鎮化建設的不斷發展，特殊土地基工程越來越多，常規單一的旋挖鉆孔施工工藝難以滿足實際需要，采用旋挖、長護筒、沖抓配套成孔施工工法能將幾種工程機械的優勢互補，施工時各種機械在時間上和空間上協調配合，最大限度提高施工效率，有效防止成孔過程中孔壁縮頸、坍塌、流砂等現象，在確保成孔質量偏差滿足設計和規范要求時，可最大限度減少混凝土超灌量和樁身質量問題，應用于地質環境較復雜或土層性質較特殊的灌注樁工程中，能有效縮短工期、降低工程成本、創造較高的經濟效益，至少能節約整個工程造價的25 %。

將該工法應用于實踐工程中，可以解決復雜地層中成孔易出現的塌孔、流砂等問題以及埋設長護筒的困難，有利于建設工程施工技術的突破和發展。同時，減少護壁泥漿使用，降低了對環境的污染，施工現場環境保護、文明施工優勢明顯，也能降低勞動強度、保證成孔質量、灌注樁質量滿足設計和規范要求。