欠固結土條件下樁基成孔措施

王永

（中鐵二十四局集團西南建設有限公司，四川成都 610066）

欠固結土是指在現(xiàn)有自重壓力作用下尚未完全固結的土，多為新近沉積黏土或人工填土。在欠固結土條件下進行鉆孔灌注樁施工時在鉆進過程中孔壁極易坍塌，從而造成工期延誤和經(jīng)濟上的重大損失。本文針對欠固結土條件下的鉆孔樁施工措施進行分析，希望通過本文的分析能夠為類似條件下的鉆孔樁施工提供有效的借鑒。

1 工程概況

1.1 項目概況

朝陽溪暗涵（十三中~二十八中）改造工程改造暗涵上游起點為二十八中，下游至現(xiàn)況十三中暗涵出口閘，屬于朝陽溪河道整治中的上下游河段，全長約3km。該工程沿現(xiàn)況雙孔暗涵新增一孔暗涵，暗涵尺寸為6.0m×4.3m，全長3000m。按照防洪排澇標準進行暗涵擴建，使防洪標準由原來的20 年一遇（P=5%）的標準提高到50 年一遇（P=2%）的標準。

本工程暗涵、管線及相關附屬設施主要采用鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐進行支護。樁徑800mm（A 型樁）、1000mm（B 型樁）、1200mm（C 型樁），樁間距1500mm，樁底嵌固深度5.0m~6.0m（以A 型樁為主，跨市政道路等少量區(qū)域布置有B 型樁和C 型樁）。因施工范圍內(nèi)地下水豐富，在遠離既有暗涵一側的支護樁的樁間或樁后設置高壓旋噴樁，樁與樁之間咬合在平面上形成閉合的帷幕。隔水帷幕伸入坑底以下相對不透水層，旋噴樁樁徑1000mm。靠近既有現(xiàn)況暗涵一側的支護樁外側設計則利用既有現(xiàn)況暗涵進行阻水。

1.2 工程地質條件和水文地質情況

根據(jù)《朝陽溪暗涵（十三中～二十八中）改造工程項目巖土工程詳細勘察報告》，場地內(nèi)的巖土層主要為填土、淤泥、第四系沖、洪積相的黏性土、碎石土以及古近系泥巖等，其中填土、淤泥及具脹縮性的黏性土、泥巖為特殊性巖土。

在勘察深度范圍內(nèi)，場地內(nèi)有三層地下水，即上層滯水、孔隙潛水、孔隙承壓水。

1.3 工程基坑特點

（1）基坑深度范圍內(nèi)雜填土和軟土不均勻，壓縮性較強，抗剪強度低，地基承載力弱。

（2）勘察報告的提供的地下水位變化幅度較大，為5～8m。

（3）基坑兩側有不明基礎形式的建筑物，且分布較密集。

（4）基坑一側為既有雙孔方涵，頂部覆土較淺，基坑開挖雙孔方涵不滿足抗滑移要求，需要提供反力來平衡。

（5）沿線基坑深度為6.8～9.7m。

2 現(xiàn)場施工難點及原因分析

2.1 施工難點

按該工程項目部的工期計劃本應在2019 年12 月31 日前完成已有工作面的所有鉆孔灌注樁施工，但現(xiàn)場實際進度有所滯后，主要是因為既有暗涵側的鉆孔灌注樁鉆孔過程中極易塌孔、成孔困難，導致支護樁施工的節(jié)點工期滯后較嚴重。

2.2 原因分析

該工程暗涵工程支護樁既有現(xiàn)況暗涵一側位置的地質基本為原舊涵回填的雜填土，厚0.8～9.0m，主要成分為泥巖棄土及黏性土，混填磚渣、建筑垃圾和有機質等，回填壓實度明顯不滿足。且回填時間10～20 年，未完成自重固結，屬于欠固結土，具有高壓縮性及濕陷性，孔隙多且較大，本身結構不穩(wěn)定，受擾動易坍塌。另外雜填土內(nèi)上層滯水較豐富，主要來自3 個方面：大氣降水、周邊密集居民生活廢水入滲、舊暗涵沉降縫處的滲水。

所以靠既有現(xiàn)況暗涵側雜因填土固結差、滲水豐富，造成塌孔嚴重，使鉆孔樁成孔困難，如圖1、圖2 所示。

圖1 既有暗涵側均為松散的雜填土、極易坍塌

圖2 孔內(nèi)地下水豐富

3 解決措施

在考慮解決措施時，在少量基坑周邊無建筑物的開闊地帶，項目部將鉆孔灌注樁變更為拉森鋼板樁，加快了工期也降低了施工費用。但大部分區(qū)域因房屋緊鄰基坑或基坑深度過深，拉森鋼板樁支護無法通過安全系數(shù)驗算，所以必須采用鉆孔灌注樁進行支護。

因暗涵樁基數(shù)量多（總數(shù)為4481 根），工期緊，施工場地非常狹小，只有旋挖鉆機才能滿足施工進度要求，所以不考慮其他鉆機類型。

而換填法、預壓法、壓實法和強夯法等欠固結土常用的處理措施，也因工期不允許、工程量巨大造成費用過高、場地條件限制等因素無法予以實施。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況考慮，該工程鉆孔灌注樁為預防塌孔，采取以下三項措施進行了試驗比較：第一種是采用濃泥漿護壁、第二種是采用鋼護筒跟進、第三種易塌方土層采用高壓旋噴注漿預加固。

該工程項目部在現(xiàn)場先后對這三種施工工藝進行了試驗，試驗結果如下。

3.1 采用濃泥漿護壁的方式

由于支護灌注樁距既有暗涵只有0.8m，離既有暗涵太近，且是欠固結雜填土，灌注樁采用泥漿護壁成孔時出現(xiàn)嚴重泥漿流失，該工程項目部在試樁時不斷增加泥漿濃度，泥漿濃度最高已接近1.4，但依然發(fā)生塌孔，導致灌注樁無法成孔。

另外雜填土下方有粉砂層，在鉆孔時粉砂不斷流出，導致進尺困難，如果強行鉆孔時，可能會導致舊暗涵底部的粉砂層被掏空，對舊暗涵的安全形成危害。

3.2 采用鋼護筒跟進施工

在泥漿護壁試驗未成功后，為保證施工進度該工程項目部一工區(qū)和二工區(qū)先后共定制了十余條8~12m 長的鋼護筒進場施工，但在鋼護筒跟進施工中也發(fā)現(xiàn)以下4 點問題。

（1）采用鋼護筒全跟進施工時，由于雜填土中有磚渣、建筑垃圾，鋼護筒需先引孔才能插打下去，而在引孔的過程中已造成周邊的土體撓動，在抽拔護筒時極易出現(xiàn)塌孔，造成已灌好的混凝土面下降，且孔壁坍塌的土方易進入樁身混凝土，會導致灌注樁出現(xiàn)質量缺陷。如果等樁身混凝土達到一定強度再拔出護筒時，因護筒過長，便會導致護筒無法拔出，而且采用震動鉗強行拔出時，也會對初凝后的樁身混凝結構土產(chǎn)生破壞，如圖3 所示。

圖3 采用鋼護筒跟進施工時，灌注混凝土時的情況以及拔出鋼護筒后混凝土面下降嚴重且孔壁塌方的情況

（2）鋼護筒跟進施工的成樁速度比較慢，因為鋼護筒的埋設及拔出均需耗費較多時間，使用幾根樁后鋼護筒還需整修，嚴重影響了鉆孔灌注樁的施工進度。

該工程項目部二工區(qū)兩臺旋挖鉆機采用鋼護筒跟進施工每天的成樁數(shù)量只有5~6 根，速度太慢，而且礫石層分布在6m 左右，分布較淺，鋼護筒壓入礫石層非常困難，加大了成孔難度。

（3）鋼護筒跟進施工，用鋼量大、費用高。因為地層情況不同，需定制不同規(guī)格鋼護筒，周轉使用率低，為保證進度，需定制大量鋼護筒，使用時還需租用專門的振動錘進行插拔。另外為了保證鉆頭順利鉆孔，80cm 直徑的鉆頭需要的護筒直徑一般為100cm，這樣造成混凝土超方嚴重。鋼護筒長度如果超過10m，打入后一般很難再拔出重復使用。以上因素造成使用鋼護筒跟進施工缺乏經(jīng)濟性。

（4）在采用震動鉗打進鋼護筒時，造成的噪聲和震動非常大，對周邊環(huán)境造成很大影響。因工地緊鄰居民區(qū)、學校、醫(yī)院，現(xiàn)場在打進鋼護筒時經(jīng)常接到周邊居民的投訴，并有居民以房屋被震壞為由進行索賠。

3.3 對易塌方的欠固結土層采用高壓旋噴注漿預加固

因鋼護筒跟進施工中的種種缺陷，該工程項目部考慮對易塌方的欠固結土層采取了預加固的措施，因雜填土內(nèi)混填磚渣、鋼筋混凝土塊等建筑垃圾、所以無法采用水泥攪拌樁進行加固。而采用雙液壓漿方式又因為雜填土縫隙太大、漏漿嚴重，無法保證效果。且現(xiàn)場暗涵另一側支護樁外側有高壓旋噴樁正在施工，所以該工程項目部決定在采用高壓旋噴注漿加固的措施。

高壓旋噴樁分為單重管、二重管、三重管高壓旋噴樁。單重管高壓旋噴因成樁直徑太小（≤0.6m），所以不適用于該工程。二重管、三重管高壓旋噴樁成樁效果均能滿足現(xiàn)場要求，因三重管高壓旋噴樁的費用高于二重管高壓旋噴樁，所以該工程項目部采用二重管的高壓旋噴鉆機進行施工，即采用二重注漿管將水泥漿液和壓縮空氣注入土體，使水泥漿液和土體混合并固結，如圖4 所示。

圖4 現(xiàn)場高壓旋噴樁預加固區(qū)域

高壓旋噴注漿加固針對本工程有以下優(yōu)點。

（1）可以對松散土層進行固結，使之不再塌孔。

（2）原設計既有暗涵側無高壓旋噴樁止水，設計意圖是：靠既有暗涵的涵體本身來起到擋水作用，而實際情況是既有暗涵經(jīng)過近20 年的使用，橡膠止水帶已老化失效，沉降縫處已出現(xiàn)漏水。既有暗涵側采用注漿預加固還可以起到止水的作用，這對加快暗涵施工的施工進度非常有利。

（3）因支護樁距離既有現(xiàn)況暗涵只有0.8m，后續(xù)開挖過程中極易造成樁后及樁間的土方流失，這樣在基坑內(nèi)支撐施工時，既有暗涵支護樁因樁后無土方，在樁身受力時就無法提供反力，極大地增加了深基坑施工的危險性，甚至導致舊涵的破壞。采用高壓旋噴注漿后使支護樁與既有暗涵之間的土體固結，有效地避免了樁后及樁間的土體流失。

（4）高壓旋噴注漿加固不影響工期，注漿加固施工速度快，而且可以先于灌注樁進行施工，工序銜接合理，可保證連續(xù)施工。在注漿加固后，旋挖樁施工時可以干孔成樁，省去了泥漿護壁所需的時間和費用，成樁速度也很快，對保證工期極為有利。經(jīng)統(tǒng)計高壓旋噴注漿加固，二工區(qū)的兩臺旋挖鉆機每天的成樁數(shù)量均不少于10 根，是采取其他措施時的2 倍成樁速度。

（5）經(jīng)綜合測算，高壓旋噴樁注漿加固的總體費用明顯低于采用鋼護筒跟進施工。舉例如下：設計樁長15m、樁徑0.8m、欠固結土深度為8m。根據(jù)上述條件可知。①采用高壓旋噴樁增加費用如下：長度為8m，1m 直徑的高壓旋噴樁價格為150 元/m（投標清單價）。采用高壓旋噴樁增加費用為150×8=1200 元。②而采用鋼護筒跟進施工增加的費用如下：a.混凝土超出費用（樁徑0.8m，護筒直徑至少為1m，所以護筒長度內(nèi)成孔直徑也為1m）：0.5×0.5×3.14×8-0.4×0.4×3.14×8=2.26m3采用鋼護筒跟進施工后混凝土多使用2.26m3，C30 水下混凝土當時的價格為360 元/m3。2.26×360=813.6 元。b.震動鉗整機的租金為150000 元/月，采用鋼護筒跟進施工每月不超過200 根樁（二工區(qū)數(shù)據(jù)），震動鉗整機的租金攤銷到每根樁的費用至少為750 元。c.采用鋼護筒跟進施工每根樁至少增加成本：813.6+750=1563.6 元，其中還不含鋼護筒本身的攤銷費用和整修費用。③采用高壓旋噴樁施工比采用鋼護筒跟進施工，每根樁至少減少1563.6-1200=363.6 元的措施費用。④采用高壓旋噴樁加固后極大地節(jié)約了工期、還大幅降低了各項管理費用。

（6）采用高壓旋噴樁注漿加固及止水有利于順利辦理變更手續(xù)。該項目如果僅以土質易塌方，導致成孔困難的理由辦理設計變更，增加鋼護筒或者高壓旋噴樁預加固的措施費，則較難通過相關各方的審批。但因為設計利用既有現(xiàn)況暗涵進行阻水的意圖因既有現(xiàn)況暗涵本身漏水而未能實現(xiàn)，該工程項目部以高壓旋噴樁注漿形成止水帷幕進行止水和防止塌孔兩個理由同時辦理變更，則容易得到相關各方的理解和支持，有利于順利辦理設計變更手續(xù)，如圖5 所示。

圖5 采用高壓旋噴樁注漿加固后，成孔效果很好

4 結論

綜合上述，該項目項目部在和參建各方充分溝通后，通過變更，在靠舊涵側易塌孔地段的支護樁施工中采用高壓水泥旋噴注漿預先加固再進行鉆孔灌注樁成孔的施工措施，保證了樁基的成孔質量和施工進度、并且起到了基坑止水及防止開挖過程中樁間土流失的作用。

最終項目部按期完成建設單位的工期節(jié)點要求，并得到了建設單位和南寧市政府相關部門的表揚。