超深巨厚砂層中咬合樁施工關鍵技術

李恒寶，朱琳

（江蘇省地質礦產局第五地質大隊，江蘇徐州221004）

隨著我國城鎮化進程的進一步加快，受土地資源缺乏及地面空間發展的制約越加突出，必將促進對地下空間的深度開發利用。特別在大江大河或沿海城市，在地下空間開發利用過程中，涉及富水性連通性透水性好的中密—密實、超深、巨厚砂層進行深基坑支護工程很多。而本文針對全回轉全套管咬合樁在超深巨厚砂層中因套管鉆進阻力大、管內突涌等原因無法成孔的問題，改進傳統的咬合樁施工工藝，創新地運用了注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法咬合樁施工關鍵技術，成功解決了超深巨厚砂層中咬合樁施工難以成樁的問題，擴大了咬合樁的適用范圍。

1 工程概況

如東海上風電陸上電纜段隧道項目頂管工作井全套管鉆孔咬合樁深基坑支護工程，設計采用全套管鉆孔咬合樁+三層鋼筋混凝土梁作為支護結構型式，坑內采用高壓旋噴樁封底，在地下形成封閉止水空間和整體支護體系，基坑開挖深度18.80m，基坑側壁安全等級為一級，基坑重要性系數為1.10。K1井為圓形結構頂管始發井，設計?1200mm@850鋼筋混凝土樁及素混凝土樁各24根，樁長33.2m；K2井為圓形結構頂管接收井，設計?1200mm@850鋼筋混凝土樁及素混凝土樁各23根，樁長35.2m。

2 工程地質條件

沿線區域地貌分區屬于蘇北濱海平原區，地貌單元為濱海平原，地基巖土主要由第四系全新統海積成因的粉砂夾粉土、淤泥質粉質粘土夾粉土、粉砂、粉土夾粉砂及粉質粘土等組成，砂層中密—密實、層底埋深大于28.7m,砂層厚達22.4m,場區穩定水位埋深0.5m，基坑工程由淺入深，將分別遇到深厚軟土中的上層滯水和下部多層粉砂、粉土組成的層間弱承壓含水層，含水層具有承壓性，套管易抱死，管底易發生管涌、突涌或流土現象。

3 試成孔及存在的問題

本項目設備進場后，先采用傳統咬合樁施工工藝在坑外進行試成孔一根，利用轉動液壓裝置，邊轉動邊壓入套管，沖抓斗從套管內取土，一邊抓土一邊繼續下壓套管，待第一節全部壓入后檢測垂直度，合格后，接第二節套管，如此循環，當套管鉆進施工至地面下13.5m處阻力逐漸加大進尺緩慢，沖抓取土量稀少，當鉆進取土至孔深15.0m時管底出現“流土”現象，現場迅速停止繼續挖土，研究決定改用注水反壓套管超前鉆進施工工藝，遂向套管孔內注水至地下水位以上1.0m，以減小鋼套管與土層間的摩阻力，同時對地層產生反壓，阻止“流土”現象發生，并改用旋挖鉆機取土，邊壓入套管邊旋挖取土，按傳統工藝要求始終保持套管超前挖土面不小于2.5m，造成一段“瓶塞”，阻止素樁的超緩凝砼的涌入。現場雖然采取了以上諸多措施，由于砂層超深巨厚，套管鉆進阻力大，出現油管頭多次損毀、全套管被壓變形，試成孔失敗。

4 施工技術措施

經公司技術人員的充分論證，研究決定在該項目采用“全套管全回轉沖抓取土+注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法取土”成孔組合技術方案。通過兩根試樁，總結出砼緩凝時間、注水反壓旋挖鉆機超前鉆進深度等施工參數，確定注水反壓旋挖鉆機超前鉆進于第三節套管施工之前進行（即孔深12.8m），優化調整了施工順序，并下發了作業指導書，從而使咬合樁施工走向正常化，有效地解決了在超深巨厚砂層中咬合樁的施工難題。

4.1 主要技術內容

（1）在套管進入地下水位下的中密—密實砂層前，考慮工勘揭露上部雜填土含有塊石，采用傳統的全回轉全套管咬合樁施工工藝，其工藝原理為：采用全回轉套管鉆機的液壓轉動裝置并輔以加壓，使套管進行360°回轉切割、壓入，從而較大幅度地減少套管與上部土層間的摩阻力，套管始終應超前挖土面大于250cm，造成一段“瓶塞”，阻止素樁的超緩凝砼的涌入；同時沖抓斗不間斷的取土，如此鉆至預設注水反壓深度（試成孔確定孔深12.8m）。

（2）在套管進入地下水位下的中密—密實砂層（孔深12.8m）時，采用注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法施工咬合樁技術。鉆孔深度達到試成孔預設注水反壓深度時向套管孔內注入清水，通過注水使套管內水位始終高于地下水位，以保持對地層產生反壓維持孔壁穩定，后移走沖抓斗吊機改用旋挖鉆機取土，保持旋挖鉆機取土超前于套管鉆進一定深度（本項目現場試驗確定不超過1個鉆頭），使鋼套管與砂層間的摩阻力大大減少，邊旋挖邊跟管鉆進；旋挖鉆機針對地層情況選用鉆頭挖掘取土，如此循環直至設計孔深。

（3）在鋼筋砼樁成孔過程中因素砼樁的超緩凝砼尚處于流動狀態，超緩凝砼有可能從素砼樁與鋼筋砼樁相交處涌入鋼筋砼樁孔內，形成“串孔”。傳統工藝是在施工段的端頭設置一根砂樁，因砂樁施工處不可避免產生施工縫,開挖后會出現滲水現象，為此項目部通過試驗精準計算出素樁與葷樁施工時間差，優化調整了施工順序，取消了端頭砂樁的施工，將原本設計的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調整為“素素素葷素葷……”，解決了砂樁施工縫滲水的問題，有效地防止了施工過程中“串孔”現象的發生，為注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法的順利實施提供了可靠的技術保障。

4.2 工藝原理

鉆孔深度達到試成孔預設注水反壓深度時向套管孔內注入清水，通過注水使套管內水位始終高于地下水位，以保持對復雜地層產生反壓維持孔壁穩定，后移走沖抓斗吊機改用旋挖鉆機取土，邊旋挖邊跟管鉆進，保持旋挖取土始終超前于套管鉆進一定深度，大大減少了鋼套管與砂層間的摩阻力；旋挖鉆機針對地層情況選用鉆頭挖掘取土，如此循環直至樁端持力層為止，經檢驗合格后立即將鋼筋籠放入（素樁不放鋼筋籠），灌注水下混凝土（素樁為超緩凝砼）成樁。最終通過素樁與鋼筋砼樁相互咬合連成深基坑圍護結構樁墻。

4.3 工藝流程

導墻施工→鉆機就位對中→吊放并壓入第一節套管、校對垂直度、沖抓取土→吊放并壓入第二節套管、沖抓取土→注水反壓、吊放第三節套管、旋挖鉆機超前鉆進取土→終孔檢查→（B樁吊放鋼筋籠）→安裝砼導管→灌注水下砼→樁機移位（重復上述工序）。

4.4 施工順序

通過試驗精準計算出素樁與葷樁施工時間差，優化調整了施工順序，取消了端頭施工一根砂樁的傳統工藝要求，將原本設計的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調整為“素素素葷素葷……”，改進后成樁順序為：B1→B2→B3→A1→B4→A2→B5→A3→B6→A4……，如此循環如圖1所示。

圖1 同排樁施工順序圖

通過施工順序的合理調整，不僅保證了注水反壓 超前鉆進法施工過程中孔壁穩定，還解決了砂樁施工縫滲水的問題，有效地防止了施工過程中“串孔”現象的發生。

由于施工端頭未預留咬合企口，施工末端A24樁無法切割B1樁成孔。采用末端樁位平移單側咬合+旋噴樁外側封堵施工技術，即將B24樁附近導墻破除，在B24樁不移動位置的情況下，先保證A24樁與B1樁相切，并在它們相切處外側施工一根高壓旋噴樁進行封堵。該方法也可以用于施工流水作業中斷接頭樁處理。施工方法如圖2所示。

圖2 平移樁位單側咬合示意圖

4.5 施工要點

（1）導墻施工：為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部設砼導墻。導墻寬4.0m、厚度為0.4m；定位孔直徑比樁徑大2cm；導墻頂高出地面不小于30cm，以防止地表水流入。

（2）鉆機就位對中：導墻砼達到強度后，重新定位咬合樁中心位置，將點位反到導墻面上，作為鉆機定位控制點；移動套管鉆機至正確位置，使套管鉆機抱管器中心對應咬合樁樁位中心。

（3）吊放并壓入第一節套管（8.0m）、校對垂直度、沖抓取土：鉆機就位后，將第一節管吊裝在樁機鉗口中，找正套管垂直度后，磨樁下壓套管，壓入深度4.8m，然后用沖抓斗從套管內取土，一邊抓土、一邊下壓套管，保持套管底口超過開挖面的深度不小于2.5m。

第一節套管全部壓入土中后（套管高出機臺頂面0.7m，便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏調整，如合格則安裝第二節套管繼續下壓取土。

（4）吊放并壓入第二節套管（8.0m）、沖抓取土：將第二節管吊裝套接在第一節管頂部，磨樁下壓套管，壓入深度8.0m，然后用沖抓斗從套管內取土，邊抓土邊下壓套管，始終保持套管底口超過開挖面的深度不小于2.5m。

（5）注水反壓、吊放第三節套管、旋挖鉆機超前鉆進取土：套管底距離涌砂面0.7m，為防止出現涌砂，利用套管接節提前向管內注水反壓，保持套管內外水土壓力平衡，后移走沖抓斗吊機改用旋挖鉆機取土，邊旋挖邊壓入套管，并不斷向套管內補水，始終保持旋挖鉆機超前鉆進不超過一個鉆頭，并保持管內水面始終高于地下水位不少于1.0m，如此循環，直至挖至設計孔底標高。

（6）終孔檢查：將孔底的虛土全部清除，然后測量孔深、垂直度，直至滿足設計要求。

（7）灌注水下砼：終孔檢查合格后（A樁須吊放鋼筋籠），然后安裝?250mm導管進行水下砼澆灌；澆筑時檢查每車砼類型與標號、坍落度情況，以免素樁與鋼筋樁砼混用或發生灌注事故；每根樁制取一組試件，監測其緩凝時間及強度；施工時邊澆注砼邊拔管，但始終保持套管底低于砼面不小于2.5m。

5 施工效果

含水砂層由于富水性連通性透水性好，傳統的全回轉全套管咬合樁施工工藝多采用注水反壓套管超前鉆進法，但在深厚砂層中，套管鉆進阻力大難以成孔。新技術則采用注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法，通過注水反壓和合理的施工順序調整，有效地防止了施工過程中“管涌”、“串孔”現象的發生，并且大大地減少了套管鉆進的摩阻力，徹底解決了深厚砂層中咬合樁施工難以成孔的問題，擴大了咬合樁的適用范圍。

通過本項目咬合樁施工過程可知，該咬合樁施工工藝可操作性強，質量控制簡便、可行。經開挖檢驗，在樁身垂直度、樁芯混凝土質量及擋土止水等方面均達到了預期的效果。通過對支護結構的水平及豎向位移監測分析，施工完成的咬合樁環形支護墻結構整體性好，止水效果明顯，達到了預期的效果，具有較高的推廣價值。

6 結論

（1）本項目采用全回轉鉆機+旋挖鉆機組合施工新技術，解決了在復雜地層施工咬合樁挖土困難的問題，提高了施工作業效率，擴大了全回轉鉆機的適用范圍。

（2）在高地下水位時，采用注水反壓工藝，能有效地防止孔內流砂和涌泥；較容易處理孔底虛土，清底效果好；避免了普通鉆孔灌注樁可能發生的縮徑、斷樁及混凝土離析等質量問題，充盈系數小，節約混凝土。

（3）采用末端樁位平移單側咬合+旋噴樁外側封堵止水施工技術，解決了傳統施工工藝預留咬合企口及砂樁施工縫滲水的問題，同時為咬合樁流水作業中斷造成的事故樁處理提供了可靠的技術支撐。

（4）優化調整了施工順序，將原本設計的“素砂素葷素葷……”施工順序合理調整為“素素素葷素葷……”，有效地防止了施工過程中混凝土“串孔”現象的發生。

（5）鋼筋籠采用直螺紋連接、整體安裝的方式，使用直螺紋連接有效地解決了高強度、大直徑鋼筋籠焊接存在的各種問題，并節約了人工及材料施工成本；鋼筋籠采用整體吊裝法，節約了大量井口焊接時間，提高了成樁速度，保證了樁體質量。

（6）首次采用注水反壓旋挖鉆機超前鉆進法施工關鍵技術，通過注水反壓及施工順序的改進，使旋挖鉆機能夠超挖入土一定深度，大大地減少了套管鉆進的摩阻力，保證了全回轉鉆機鉆進的適宜性，徹底解決了深厚砂層中施工咬合樁難以成孔的問題，擴大了咬合樁的適用范圍。