深厚回填土干作業旋挖灌注樁施工技術

文／朱德銘 廣東省建筑工程集團有限公司 廣東廣州 510000

1、應用項目簡介

東源縣精神專科醫院建設項目位于河源市東源縣燈塔鎮柯木村禾峰嶺省道S341旁，擬建五棟單體建筑，包括后勤周轉樓、行政/科研樓、住院樓、醫技樓、門診樓及地下室工程，最高層數為6層，總建筑面積為32200㎡。基礎采用旋挖鉆孔灌注樁基礎，樁徑有0.8m，1.0m，1.2m三種，樁長15m-30m，樁端持力層為中風化泥質粉砂巖，樁端嵌入該巖層分別為5m、6m和7m。

場地原始地貌主要包括殘丘坡地以及丘間谷地，地面標高起伏大，最大高差達30.55m。現地貌是經過土石方平整后，施工范圍局部回填土厚度達15-20m，基坑開挖深度范圍內的主要地層為①填土層、③含礫粉質粘土、⑤1全風化泥質粉砂巖、⑤2-1強風化土狀泥質粉砂巖，⑤2-2強風化塊狀泥質粉砂巖,⑤3中風化泥質粉砂巖等。

地下水類型主要為孔隙潛水及基巖裂隙水。孔隙潛水主要賦存于素填土層（①）、粉質粘土層（②1）、淤泥質土層（②2）、含礫粉質粘土層（③）、粉質粘土層（④）土體孔隙中，富水性不均。潛水補給來源主要是大氣降水。自然蒸發和側向徑流是潛水排泄的主要兩個方式。裂隙稍發育，緊閉狀為主，多為泥質充填，水量一般較小。

綜上所述，深厚回填土層地質條件復雜，廣東省建筑工程集團有限公司設立課題組，對現場深厚回填土灌注樁施工工藝進行了一系列提煉與研究，形成了“深厚回填土干作業旋挖灌注樁施工技術”，為類似深厚回填土灌注樁施工奠定良好的技術基礎，提供借鑒參考。

2、成立項目研究小組

為確保項目研究的順利開展，廣東省建筑工程集團有限公司成立了技術力量雄厚的專題研究小組。根據工程項目的技術特點，組織專業人員參與研究，并明確了各人的分工和任務，為及時有效地完成研究成果提供了保證。

3、發明、發現及創新點

本課題以廣東省建筑工程集團有限公司承建的東源醫共體（燈塔）健康產業園項目為依托，針對深厚回填土灌注樁施工過程的難題，結合項目實踐提煉形成深厚回填土干作業旋挖灌注樁施工技術。主要發現、創新點如下：

（1）深厚回填土層由強風化塊狀泥質粉砂巖與粉質粘土回填形成，基于巖塊硬度較低且遇水易軟化性質，推薦選用截齒半合鉆頭，該鉆頭鉆進難度不大、速度較快，且取土、倒土速度快，能大大縮短施工工期。

（2）本地區深厚回填土層含砂量大遇水易融化，采用干作業成孔施工工藝能有效避免泥漿護壁工藝出現泥漿液流失、塌孔現象，一般僅需埋設常規長度的鋼護筒以保證上部孔壁穩定，即可順利成孔，施工工藝簡單，在提升成孔質量的時候還可加快成孔的速度，實現施工工期的縮短，還能對施工的成本、減少對周邊環境的污染有積極作用。

（3）深厚回填土干作業成孔施工雖然工期大大縮短，但回填土層存在粉質粘土和強風化塊狀泥質粉砂巖互層現象，施工時需密切關注下方土層變化。

4、主要技術內容

4.1 鉆機、鉆頭及成孔工藝的對比與選擇

4.1.1 鉆機選擇分析

隨著現階段我國旋挖鉆機價格的降低以及人工成本的逐漸提升，最受歡迎的一個方法就成了旋挖鉆機成孔，并且，在實際施工中采取旋挖鉆機，還具備顯著優勢，例如：高效、低噪、環保等等。

課題依托項目的技術人員在深入了解深厚回填土層的地質及地下水情況后，一致認為旋挖鉆機在深厚回填土層條件下能夠滿足成孔作業要求。

4.1.2 鉆頭對比分析

這個區域具有復雜的地質情況，上層為深厚回填土層，由于土石方回填質量難以控制，強風化塊狀泥質粉砂巖與粉質粘土形成互層現象，但巖塊直徑較小且硬度較低；中層為殘積粉質粘土，局部下臥有淤泥質土；下層為全風化、強風化、中風化巖層。在回填后鉆進深達30多米的巖層成孔施工不易。

在試樁開始前，結合地質情況，配置了三種類型的鉆頭，以下進行詳細介紹：

第一種為雙底板雙邊進土截齒硬巖撈砂鉆頭，這種類型的鉆頭具備平直的底面，還具備雙底板的基礎結構，在底板上還設置了截齒，在進行正向旋轉的過程中，兩底板重合，進而露出進土口，進土口是左右對稱的，在反向旋轉的時候，則會下底板關閉進土口。這個鉆頭具備非常廣的適用性，在殘積粉質粘土層和淤泥質黏土層、強風化塊狀泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖等軟硬地層和復雜地層中鉆進效果良好。

第二種為取芯筒鉆頭，這個鉆頭是一種環狀的筒體，不需要設置底板，并且切削具是一個子彈頭型的截齒，一般在筒體下緣位置焊接，一般情況下會用來進行松動巖體的切削，需配套取土鉆頭使用。適用于樁底標高附近大塊狀強風化塊狀泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖等硬巖。

第三種為截齒半合鉆頭，這個鉆頭是一種半合式的鉆頭，鉆頭底部則是圓錐形，在孔內取土之后，通過鉆桿在孔外正反旋轉擺動，促使兩片鉆頭分開倒土的方式工作。通常適用于粉質粘土層和淤泥質黏土層等黏性太大，不容易甩土的地層。

4.1.3 成孔工藝分析

泥漿護壁成孔形式、干作業成孔形式是成孔過程中鉆孔灌注樁的主要兩種形式。

干作業成孔相對于較多繁瑣程序的縮減，其可以實現大量機械及大量人力的節約，并且還可以最大程度的降低施工成本，而且場地無泥漿池存在，符合當前文明施工的要求，但地質條件是否具備干作業成孔條件，需進行試成孔進行分析。

本工程深厚回填土層為強風化塊狀泥質粉砂巖與粉質粘土，且巖塊較小，灌注樁樁長最深達30多米，按原設計灌注樁基礎采用泥漿護壁成孔工藝進行試樁。在泥漿護壁成孔試樁實踐中發現，泥漿液在滲入槽壁土體時難以形成不透水的泥皮，槽壁上土顆粒易離散、流失，無法發揮護壁作用。經課題組研究決定改用干作業試成孔，針對回填土層上部可能出現的塌孔現象，準備2-4m的鋼護筒，以保證上部孔壁穩定，進行2根深厚回填土層樁基礎采用干作業試成孔方式，確定其工藝施工可行性。

4.1.4 試樁

在試樁中選取比較有代表性編號為B1#、B7#鉆孔灌注樁進行試鉆，該灌注樁設計樁徑0.8m，樁長15-30m，孔深分別為33.24m。三種類型的鉆頭準備使用。護筒選用鋼護筒，選擇的鋼護筒直徑達到1.0m，鋼護筒的長度則達到4.0m。在施工現場需要配備一臺反鏟挖掘機予以使用，主要的工作就是進行護筒的埋置。在開始前期流程之后，就可以進行下一步的試成孔，考慮雙底板雙邊進土截齒硬巖撈砂鉆頭適用土層廣，首先選用該鉆頭，若成孔速度較快，中途可以不對其他類型鉆頭進行更換，減少更換鉆頭的時間。我們描述試成孔結果詳細如下所示：

（1）在深厚回填土層，主要為強風化塊狀泥質粉砂巖與粉質粘土，鉆進難度不大，速度較快，但出現倒土困難的情況，經研究決定更換截齒半合鉆頭。

（2）采用截齒半合鉆頭鉆進時，由于深厚回填土層下含有少量地下水，且土體、巖塊遇水易軟化，旋挖鉆機鉆進拌和后帶有一定粘性，具有一定的泥漿護壁的效果，因此該鉆頭鉆進施工工效良好，并不亞于雙邊進土截齒硬巖撈沙鉆頭及截齒硬巖取芯鉆頭的鉆孔速度，且取土、倒土速度快。

（3）地面以下約5m范圍深厚回填土層若地下水含水量較大，滲入孔內，在護筒下口區域將出現塌孔現象，現場考察后查明原因為恰逢雨水影響導致表層土含水量增大，決定改用5-8m長護筒繼續鉆進作業后無塌孔現象，成孔質量得到保證。

（4）兩根樁試鉆至設計深度平均耗時2h13min，施工工效比較理想。

根據干作業試成孔結果綜合經濟效益、施工效率等因素考慮，決定深厚回填土層采用干作業成孔施工工藝，旋挖鉆機鉆頭選用截齒半合鉆頭，并埋設2-4m護筒護壁。從后續深厚回填土層區域樁基礎施工結果來看，兩百多根灌注樁成孔時間均在2h左右，能夠滿足工期要求，且施工質量符合規范要求。

4.2 技術原理及特點

施工工藝要點:

（1）樁位放樣

嚴格按照“從整體到局部的原則”來進行樁位放樣操作，在鉆孔標高放樣工作進行的過程中，需要第一時間選擇放樣標高進行詳細的復核。使用全站儀的方法，實現各樁點位置的準確放樣，促使誤差可以滿足規范標準。

（2）鋼護筒埋設

現場人員配合架設十字護樁，中心距2m。護筒下好后，復核樁位，校核護筒中心位置。

①護筒內徑最好是超過樁徑，超過一般達到200～400m。

②護筒中心豎直線需要重合樁中心線，如果設計沒有其他的詳細規定，那么平面允許存在誤差，誤差大小一般在50mm左右，其中豎直線傾斜角度需要低于1%，干處可以進行定位的實測。

③護筒高度設置的過程中最好是超過地面的0.3m。

④應根據設計要求設置護筒埋置深度，并且從根本上結合樁位的實際水文地質情況，通常情況下，埋置深度最好是在2-4米左右最佳，如果存在特殊的情況則需要適當的加深，以此順利完成鉆孔和灌注混凝土等工作。

（3）樁機就位

①在樁機就位的時候，需要將樁位對準，實現垂直的穩定，在實際施工中部產生傾斜或者是移動，樁機就位時利用利用其行走裝置完成。

②樁機作業時的地面應堅實，坡度小于2%不宜直接置于不堅實的填土上，可在樁機下墊20mn厚的鋼板防止存在不均勻沉陷的問題，避免存在較大的孔豎向偏斜，影響到垂直度，無法滿足標準要求，嚴重的還會導致鉆機傾倒事故問題。

（4）樁基成孔

①旋挖鉆機成孔時為干鉆作業，無需泥漿護壁；在進行第一根樁施工的過程中需要進行慢速運轉操作，從根本上掌握地層會對鉆機產生什么樣的影響，確定鉆進參數。

②在鉆進作業開始的還是需要保持一個先慢后快的節奏，開始每次進尺大小需要保持在40-50cm，確認深厚回填土層的土層情況，進尺5m后如鉆進正常，可實現進尺的適當加大，每次控制在70-90cm。

③在鉆孔的過程中，需要從根本上掌握地質變化的情況，達到持力層后，通知地質工代對地質情況進行確認，嚴格依照設計的標準，繼續鉆進，在滿足設計樁長標準以及持力層標準之后才可以進行下一步的操作。

④在鉆進的過程中，如果遇到的土層是石塊較多的，或者是軟塑粘土層，其含水量較大，那么就需要從根本上避免鉆桿晃動導致擴大孔徑。

（5）成空檢查

在鉆孔成孔之后就可以進行成孔檢查工作，詳細的檢查內容需要包括以下幾個部分：第一個是孔位的中心，第二個是孔徑，第三個是孔深度，第四個是成孔傾斜度，第五個是沉渣厚度等。按照標準使用籠式檢孔器檢測孔徑、成孔傾斜度，使用測繩直接測量孔深、沉渣的厚度，孔深沿孔周大小來完成測量。

（6）清孔

在成孔之后，使用清孔鉆頭多次清孔孔底。針對孔底沉渣厚度進行針對的測量，在厚度滿足設計及規范等標準之后就停止進行清孔操作，在完成上述工作之后，上報監理工程師進行驗收處理，在完成合格驗收之后第一時間進行下鋼筋籠操作。嚴格禁止使用加大鉆孔深度方法來代替清孔方法。

在完成清孔之后，灌注混凝土需要在半個小時之內完成。如果沒有按照這個標準而是時間大于半個小時，那么混凝土的灌注工作就需要進行孔底沉渣厚度的重新測定，如果沉渣的厚度明顯超過標準，那么就需要進行重新清孔，直到滿足設計要求即可。

孔底沉渣計算的起點位置，為孔底椎體1/2高度處起計。

（7）制作及安裝鋼筋籠

在加工場處理鋼筋籠的過程中，需要嚴格按照設計圖紙的要求設置其規格、尺寸等，配料則按照分節段進行，完善一系列的加工制作，每一個斷面主筋焊接接頭需要低于50%，并且還需要擰彎主筋接頭，保持一致的軸線，其中，焊縫長度需要滿足以下標準：第一，雙面焊需要大于5d；第二，單面焊需要大于lOd。在焊縫的過程中需要時刻保持平整、密實，堅決做到無氣泡，對于出現是焊渣則應該第一時間敲掉，按規定設置保護層鋼筋。鋼筋籠在運到工地現場的時候，第一時間使用吊車吊裝下入孔內位置，未來促使鋼筋籠起吊不存在變形的情況，使用吊裝扁擔進行吊放處理即可。在分節段焊接洞口的時候，需要保持上下節段鋼筋籠具備一致的垂直度，在焊接的過程中，嚴格按照規定進行焊縫長度的設置。在鋼筋籠成功入孔之后需要慢慢的下放，如果存在阻力障礙，那么就需要停止進行下放，在原因查明之后，則需要采取一定的措施才可以繼續進行下放處理，不可以進行猛起或者是猛落，也不可以強行的下放操作。在鋼筋籠下放滿足標準位置之后需要第一時間將吊牢壓緊處理，防止鋼筋籠因為自重下落或者是灌注混凝土的時候出現上浮的問題。

（8）安放導管

導管內徑大小為30厘米。每節的管長長度為2米，在最下端的一節則需要只按照標準設置為5米到6米，導管連接則選擇使用絲扣或法蘭盤連接方法，使用橡膠圈進行密封處理，避免出現滲漏水的問題。在初次使用導管之前，我們需要優先做好水密承壓力的試驗工作，以此為基礎從根本上保證密封性能，提升可靠性。并且在進行水下作業的過程中還可以保證導管能抵御水壓，避免出現滲漏的問題。導管應居中安入孔內位置，避免出現導管跑管問題，還可以防止出現撞壞鋼筋籠并且導致導管損傷等問題。在全部導管完成入孔操作之后，接下來的工作就是針對導管總長度進行計算，并且計算管底部的正確位置，與此同時，還需要完成初灌混凝土過程中管底距孔底高度的計算，針對上述內容進行詳細的記錄。在每一項項指標都滿足標準且合格之后就可以進行混凝土的灌注。

5、應用效果及經濟效益分析

5.1 應用效果

東源縣醫共體（燈塔）健康產業園項目首期項目勘察設計采購施工（EPC）總承包項目灌注樁施工過程中，針對深厚回填土灌注樁施工質量不理想和施工成本高的難題，廣東省建筑工程集團有限公司設立課題組，進行了技術創新與實踐，形成了“深厚回填土干作業成孔灌注樁施工技術”。通過該技術的應用，有效地解決了深厚回填土鉆進易塌孔及施工成本高的難題，節省施工單位前期制備泥漿和后期泥漿處理的時間和施工成本，在確保樁基質量的同時，為后續施工節省了寶貴的時間，且減少了對周邊環境的污染，降低了施工風險，有良好的社會效益和經濟效益，適用于工期緊、環保要求較高的深厚回填土樁基施工，對推廣旋挖鉆孔灌注樁施工技術的發展有著良好的促進作用。

經第三方檢測，深厚回填土旋挖灌注樁均滿足設計和規范要求，實現一類樁占比達到90%以上。

5.2 社會經濟效益分析

在東源縣醫共體（燈塔）健康產業園項目首期項目勘察設計采購施工（EPC）總承包項目的建設過程中，工期緊，任務重。創新地采用“深厚回填土干作業成孔灌注樁施工技術”，干作業成孔由于無需制備泥漿，施工環境干凈、有序，無泥漿排放，減少了對周邊環境的污染，現場容易做到文明施工，節省了工期，創造了良好的社會效益和經濟效益。

結語：

該技術在前期進行了較充分的工法應用探討及可行性現場試驗，在東源縣醫共體（燈塔）健康產業園項目首期項目勘察設計采購施工（EPC）總承包項目推廣應用，取得了良好的效果，有效地避免了因深厚回填土層導致易塌孔、施工工期較長的問題，對減少周邊環境污染起到積極作用，對于類似的深厚回填土層樁基礎施工具有一定的參考價值和很好的應用前景。