富水軟弱地層下長護筒干作業成孔灌注樁施工應用研究

□趙 裴

廣州地鐵十號線廣鋼新城站采用圍護樁+旋噴樁止水帷幕+內支撐的支護型式，結構底部設有抗拔樁。車站地質條件較差，砂層平均厚度5.4m，軟土層平均厚度10.2m。如何通過合理的施工工藝選擇及現場施工管理，在保證成樁質量的同時滿足安全文明施工及周邊環境保護的要求，實現高質量、高效率、環境友好施工，是富水軟弱地層鉆孔灌注樁施工的重點與難點[1]。目前廣州地區鉆孔灌注樁施工基本均采用泥漿護壁成孔，本項目地質條件較差且樁徑較大，泥漿護壁效果不佳，易塌孔，同時泥漿護壁不利于現場文明施工及環境保護[2]。鑒于此，長護筒干作業成孔施工技術對富水軟弱地層下鉆孔灌注樁施工具有借鑒和指導意義[3]。本文以廣州地鐵十號線廣鋼新城站為工程背景，綜合考慮該項目的工程地質條件、質量施工要求、安全文明施工及環境保護要求，通過對長護筒干作業成孔灌注樁施工工藝的研究與實踐，形成了一套安全適用、技術先進、經濟合理的鉆孔灌注樁施工技術，具有重要的實用和推廣價值。

一、工程概況

(一)工程概況。廣州地鐵十號線廣鋼新城站位于廣州市荔灣區，車站為地下兩層雙島四線車站，長392m，寬45.3m，基坑開挖深度20.2m～33.2m。車站主體圍護結構采用φ1000鉆孔灌注樁+φ600旋噴樁止水帷幕+內支撐的支護方式，車站設抗拔樁(兼抗壓)，樁徑為1,600mm、2,000mm。

(二)工程地質情況。廣鋼新城站地形較為平坦，淺表層分布的軟土有淤泥<2-1A>、淤泥質粉細砂<2-2>、粉細砂<3-1>、中粗砂<3-2>，局部分布有粉質黏土<2-4>。砂層平均厚度達5.4m，軟土層平均厚度達10.2m。車站底板位于強風化、中風化地帶，圍護樁嵌固深度：強風化4m，中風化2.5m。

本區段淺表層分布的軟土有淤泥<2-1A>、淤泥質土<2-1B>、淤泥質粉細砂<2-2>、粉質黏土<2-4>；粉細砂層<3-1>、中粗砂層<3-2>；可塑狀粉質黏土<4N-2>，軟土地層厚度為9～13m，其中粉細砂層<3-1>平均厚度3.21m，中粗砂層<3-2>平均厚度2.15m。

圖1 地質縱剖面圖

(三)水文地質情況。廣鋼新城站場地范圍內地表水不發育，地下水位較高，主要分為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水。第四系松散層孔隙水主要賦存于粉細砂層、中粗砂層，富水性中，屬承壓水。基巖裂隙水主要賦存運移于各風化巖層中，在裂隙發育地段，水量較豐富，多具承壓性。

場地范圍內地下水初見水位埋深0.30～4.80m(高程3.63～8.37m)，穩定水位埋深0.60～5.10m(高程3.43～8.07m)，地下水位補給主要以降水為主。

二、施工方案選擇

(一)試樁情況分析。泥漿護壁成孔施工工藝中，泥漿可以起到護壁、攜渣和切土潤滑的作用，因此該工藝廣泛應用于自穩性較差的軟弱地層鉆孔灌注樁施工中。現場試樁采用泥漿護壁成孔，鉆孔灌注樁鉆進過程中發生塌孔，在調整鉆進參數及膨潤土泥漿配比后，成樁過程仍出現塌孔，根據渣樣判斷，塌孔出現于砂層。現場砂層較厚且具承壓水，地質條件差，同時樁徑較大，泥漿無法有效的起到護壁作用，最終導致塌孔。不僅如此，該方案可能污染周邊河涌，不利于現場文明施工管理。綜合考慮，決定采用干作業成孔施工方案。

(二)施工重難點及控制措施。

1.塌孔。現場軟弱地層平均厚度10.2m，其中，粉細砂及中粗砂層厚度約5.4m且具承壓水。現場地質條件差，易發生塌孔。

控制措施：使用鋼護筒作為剛性護壁，確保孔壁穩定。加長護筒穿越軟弱地層，伸入自穩性較好的強風化巖層中，根據詳勘資料及試樁地質情況，最終決定護筒長度為12m。

2.孔底沉渣。孔底沉渣厚度很大程度上決定了鉆孔灌注樁施工質量，干作業成孔無泥漿攜渣，孔底沉渣控制難度較大。

3.富水地層下干作業成孔施工。現場地下水埋深約4m，水量較大，且為承壓水。干作業成孔施工時地下水無法抽排干凈。

控制措施：選用干作業成孔，水下混凝土灌注施工工藝。采用導管法施工，先對導管做水密承壓試驗，禁止用氣壓試驗替代。導管間使用螺栓連接同時用密封圈密封，導管距樁底30～50cm并根據灌注進度逐節拆卸。水下混凝土灌注過程中應嚴格控制施工參數，確保成樁質量。

控制措施：鉆進至設計標高后，立即采用鉆頭進行掃孔，如封孔前沉渣仍不滿足要求，則采用撈渣筒鉆進行二次清孔，確保成樁質量。

(三)干作業成孔施工方案優點。本項目中，干作業成孔具有以下優點。

1.質量控制。護筒伸入風化巖層中，孔壁穩定性好，避免了塌孔及樁體夾渣，有利于成樁質量控制。鉆孔過程中可以直觀監控各層地質情況，及時調整施工參數，有利于樁身幾何尺寸控制。

2.環境保護。施工中不制備泥漿，無泥漿排放，有利于現場文明施工管理，同時，從根本上防止了周邊河涌及農田遭受污染，環境保護成效顯著。

3.進度管理。不受泥漿系統干擾，無需控制泥漿指標，在保證質量的前提下，節省大量繁雜工序，施工效率高、進度快。且干成孔作業孔底沉渣較少，不需要二次清孔。泥漿護壁與長護筒施工時間對比如表1所示。

表1

由表1可以看出，長護筒干成孔施工工藝，護筒埋設時間較長但不需二次清孔，每根樁能較泥漿護壁節省30min左右。同時，一次可埋設多個護筒工序銜接上不需要等待造漿、布管，更好地確保現場施工工序的銜接。采用此方法能夠大大加快現場施工進度。

三、干作業成孔施工方案

(一)工藝流程。本項目采用長護筒干作業成孔，水下混凝土灌注施工工藝，主要流程如下：場地平整→樁位放樣→護筒定位及埋設→旋挖鉆機就位→測量復核及鉆桿垂直度檢查→鉆進成孔→清孔→吊裝鋼筋籠(→二次清孔)→安裝導管→灌注水下混凝土→拔出護筒。

(二)質量控制措施。為確保施工質量，應提前制定質量控制措施并根據現場施工情況變化及時更新。施工過程中，各個工序均應進行嚴格的質量控制。鉆孔灌注樁施工工藝已較為成熟，本文在此不做贅述。依據本項目富水軟弱地層下長護筒干作業成孔施工特點，主要施工質量控制措施如下。

1.護筒定位、埋設及拔出。鋼護筒長度12m，土壓力較大，為防止護筒變形，護筒厚度增加為16mm。使用振動錘將護筒打設進強風化巖層，護筒長度較長，護筒打設過程中需嚴格將其垂直度誤差控制在0.5%以內。施工過程中若遇硬巖夾層無法打設護筒則應采用旋挖鉆引孔。混凝土灌注施工結束后，應立即拔出護筒，以免混凝土凝固導致護筒無法拔出。

2.吊裝鋼筋籠。確保成樁質量，應減少空孔時間。因此采用鋼筋籠整體吊裝方案，鋼筋籠長22.5～34.8m，最重可達10.9t，選用70t履帶吊整體吊放入孔，吊點處加勁圈設加強筋確保吊裝安全。

3.安裝導管及灌注水下混凝土。采用導管法灌注混凝土，導管經水密承壓試驗合格后方可使用，導管距孔底0.3～0.5m，隨施工進度逐節拆卸，現場應記錄好水下混凝土灌注施工資料。

灌注開始前，控制進場混凝土塌落度在18cm～22cm之間；灌注開始時，控制首灌混凝土導管埋深不小于1m；灌注過程中，導管埋深2～6m；灌注結束時，超灌高度不小于0.8m。應嚴格控制水下混凝土灌注過程，避免出現斷樁及樁頭夾渣等質量問題。

(三)效益分析。本項目共計1,138根鉆孔灌注樁，采用長護筒干作業成孔施工工藝后未發生塌孔現象，施工完成后進行第三方檢測，一類樁占比在98%以上，成樁質量均符合設計及相關規范要求。該工藝在保證質量的同時無需泥漿制備、排放等，可降低施工造價，還可減少施工占地并避免對周邊環境的污染。

從經濟效益角度出發，選用長護筒干作業成孔工藝，充分考慮到了現場地質因素影響，避免了塌孔及樁身質量不合格處理二次費用的發生。干作業法施工，節約了泥漿制備、泥漿池、泥漿泵、泥漿排放處理費用，同時節省了一部分人工費、機械費；其增加的成本主要為護筒加長費用，但鋼護筒可回收利用。綜合考慮下，干作業法施工，施工場地規整有序，節省不必要的人工，整體施工效率得以提高，節約大量成本。

從社會效益角度來看，無泥漿制備，節約了寶貴的水資源；無泥漿排放，一方面有利于現場文明施工管理，另一方面則從根本上避免了污染施工現場周邊農田、河涌。文明施工效果顯著。