局部軟塑性土層中樁基礎(chǔ)施工應(yīng)對(duì)措施

王英坡

（中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司, 北京 100040）

1 概述

在樁基礎(chǔ)施工中, 根據(jù)不同的水文地質(zhì)與工程地層情況, 選擇適宜的施工工藝以及合理的護(hù)壁措施, 以保證施工的順利進(jìn)行。而中國(guó)幅員遼闊, 各地的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況都又各不相同, 隨著施工的精細(xì)化管理, 對(duì)施工工效、環(huán)保、質(zhì)量和成本控制的要求也越來(lái)越高, 這就要求每個(gè)基礎(chǔ)樁工程在施工前, 要針對(duì)地層選取更加經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的施工工藝, 本文針對(duì)某種巖溶地區(qū)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況, 采用旋挖鉆機(jī)完成鉆進(jìn), 針對(duì)局部軟塑性粘土層和經(jīng)粘土充填的溶洞, 采取局部加固措施, 實(shí)現(xiàn)干成孔施工, 提高了工效, 在保證質(zhì)量的情況下, 加快施工進(jìn)度、降低施工成本、更加環(huán)保, 取得了良好的效果。

2 處理思路

在部分巖溶地區(qū), 場(chǎng)地地下水埋藏較深, 地層情況上部為灰?guī)r風(fēng)化后的紅土層, 自穩(wěn)性較好, 下部為灰?guī)r。雖然無(wú)連續(xù)地下水位, 但由于灰?guī)r面起伏大, 在灰?guī)r和土層結(jié)合面處, 有局部積水, 導(dǎo)致局部為軟塑—流塑狀態(tài)粘土, 同時(shí), 溶洞填充土層松散, 為流塑狀態(tài), 容易出現(xiàn)縮徑或坍塌[1]。而上述出現(xiàn)軟塑—流塑狀態(tài)粘土的區(qū)域, 占全場(chǎng)地的比例不足30%, 同時(shí), 該場(chǎng)地供水不足。無(wú)論是采用全套筒施工工藝, 還是傳統(tǒng)的泥漿護(hù)壁施工工藝, 在工期、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、場(chǎng)地條件等方面很不科學(xué)。針對(duì)上述情況, 采用旋挖鉆機(jī)用干成孔施工工藝, 不僅可以避免泥漿護(hù)壁的不利之處, 還能發(fā)揮干成孔作業(yè)具有的工藝簡(jiǎn)單、快速、環(huán)保、質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于容易坍塌和縮徑的部位, 采用針對(duì)性的處理措施予以解決, 具體措施及解決的問(wèn)題介紹如下：

（1）軟塑性土層不連續(xù)分布, 主要出現(xiàn)在基巖面起伏情況的低洼處, 以及溶洞內(nèi)的填充物, 且其它地層自穩(wěn)性好, 不需要護(hù)壁措施。如采用泥漿護(hù)壁措施, 由于不是全部鉆孔都能遇到軟塑性土層, 而所有鉆孔都采用該方法, 護(hù)壁措施缺乏針對(duì)差。而存在需要護(hù)壁措施的軟塑性土層或溶洞充填物的地段, 占所有樁的比例往往不到30%, 且厚度變化大, 該方法經(jīng)濟(jì)性也不高。針對(duì)該問(wèn)題, 筆者帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì), 探索并總結(jié)一些針對(duì)性措施, 避免普遍采用泥漿護(hù)壁成孔方案, 而是遇到軟塑性粘土?xí)r才采用的針對(duì)性措施, 從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、進(jìn)度保證、質(zhì)量保證等方面更加合理。

（2）采用干成孔施工, 在遇到上述不良地層時(shí), 能及時(shí)發(fā)現(xiàn), 啟動(dòng)應(yīng)對(duì)方案。

（3）遇到流塑性粘土層, 立刻用上部硬塑性粘土進(jìn)行回填, 然后進(jìn)行擠密。擠密方法為采用螺旋鉆頭進(jìn)行下壓和旋轉(zhuǎn)擠壓, 該螺旋鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)是不向上返土, 而是向下和側(cè)壁擠土, 經(jīng)過(guò)反復(fù)處理, 對(duì)相應(yīng)部位地層進(jìn)行加固, 繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí), 達(dá)到地層不再坍塌或縮徑。

（4）對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)出現(xiàn)坍塌, 且坍塌較嚴(yán)重高, 通過(guò)擠密方法難以達(dá)到效果, 采用混凝土灌注回填或注漿加固處理。

（5）對(duì)于坍塌范圍小, 容易穿透的地層, 對(duì)坍塌段用低標(biāo)號(hào)混凝土回填, 2d后, 混凝土強(qiáng)度達(dá)到其強(qiáng)度的60%以上, 重新鉆孔。

（6）對(duì)軟塑性軟土層比較厚, 難以穿過(guò)的地層, 采用注漿加固處理方案。

注漿處理為回填后注漿加固, 注漿后靜置7d左右等加固體具有一定強(qiáng)度后再成孔[2]。由于該現(xiàn)象較少, 且需要高壓旋噴鉆機(jī)完成, 對(duì)此類現(xiàn)象, 先回填, 施工進(jìn)行到后期時(shí), 集中處理。

回填前最大限度地揭露軟弱層, 為后期注漿施工提供信息, 可采用旋挖鉆機(jī)繼續(xù)下挖至其底部, 其底部一般為基巖。對(duì)于基巖上部軟土層, 為避免坍塌擴(kuò)大, 可用擠密鉆頭下壓判斷其底部, 先用上部含水量低的粘土回填至軟土層頂部1m左右, 用擠密鉆頭邊擠密邊下探, 通過(guò)攪動(dòng)可先進(jìn)行部分置換。對(duì)于溶洞, 用旋挖鉆機(jī)先將進(jìn)行鉆孔, 將上部巖層障礙清除, 以保證后期高壓旋噴施工。

注漿加固處理方案, 根據(jù)樁徑大小及預(yù)判的塌孔程度, 布置不同1～3個(gè)旋噴樁加固, 高壓旋噴樁徑1000mm, 一般樁徑不大于1000mm且坍塌不嚴(yán)重時(shí), 在樁中心布置一個(gè)高壓旋噴樁；樁徑大于1000mm或坍塌較嚴(yán)重時(shí), 沿孔外圍均勻布置3個(gè)高壓旋噴注漿孔。處理溶洞坍塌, 孔位布置注意靠近溶洞側(cè), 并沿早期施工的旋挖孔壁布置以避開(kāi)巖石。

對(duì)未完全充填的溶洞, 揭露后直接采用低標(biāo)號(hào)（C15）混凝土灌注, 待混凝土凝固后, 再采用旋挖干成孔工藝進(jìn)行施工。

3 工程實(shí)例

某樁基礎(chǔ)工程位于昆明市、喀斯特地層區(qū)域, 本工程的樁基礎(chǔ)以風(fēng)化灰?guī)r層作為樁端持力層, 樁端進(jìn)入持力層不小于2.0d, 本工程共計(jì)旋挖成孔灌注樁1200余根, 為嵌巖樁, 樁徑分別800～1200mm。工程工期60d, 工期緊, 施工管理壓力較大, 施工工藝的選取, 對(duì)順利完場(chǎng)該工程的施工會(huì)有很大影響。

3.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

3.1.1 地下水

勘察期間所有勘探孔均未見(jiàn)明顯的初見(jiàn)地下水位, 僅個(gè)別勘探孔中量測(cè)到臨時(shí)的地下水位, 不能形成穩(wěn)定水位。場(chǎng)區(qū)深部地下水類型主要為巖溶裂隙水, 巖溶裂隙水為徑流補(bǔ)給, 沿灰?guī)r裂隙向低處排泄, 鉆探深度范圍內(nèi)未揭露。

3.1.2 地層土質(zhì)分布

①層素填土：以可塑—硬塑狀態(tài)的粘性土為主, 偶夾風(fēng)化碎石。

②層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點(diǎn), 屬紅粘土。硬塑狀態(tài)為主, 局部可塑狀態(tài), 中壓縮性為主, 局部高壓縮性。

②1層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點(diǎn), 屬紅粘土。可塑狀態(tài)為主, 局部軟塑狀態(tài)。高壓縮性。②2層孤石：巖性為中風(fēng)化灰?guī)r。②4層土洞：為空洞, 無(wú)充填物。

③層中風(fēng)化灰?guī)r：為場(chǎng)地物理力學(xué)性質(zhì)最好的地基巖土層, 但其起伏變化很大, 給樁長(zhǎng)的確定帶來(lái)一定困難。

③1層全風(fēng)化泥灰?guī)r。③2層溶洞（隙）、③5層為空洞, 會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的選擇及穩(wěn)定性造成影響。

3.2 施工方案

根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件, 決定采用旋挖鉆機(jī)干成孔施工方案。

3.2.1 干成孔施工方案的優(yōu)勢(shì)

在巖溶地區(qū), 泥漿護(hù)壁容易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象, 且本場(chǎng)地供水緊張, 干成孔作業(yè)成功解決了該問(wèn)題, 同時(shí)更加環(huán)保, 響應(yīng)了國(guó)家政策, 方便施工管理。

干成孔不會(huì)在孔壁形成泥皮, 不會(huì)降低樁側(cè)摩阻力, 還有助于控制孔底沉渣, 有利于保證施工質(zhì)量。

干成孔工序減少, 效率高, 容易施工。

所以, 在本項(xiàng)目中, 采用干成孔作業(yè)方法, 綜合考慮了場(chǎng)地條件和周邊環(huán)境, 優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2.2 旋挖成孔優(yōu)勢(shì)

旋挖鉆采用大孔徑旋挖鉆機(jī), 旋挖鉆機(jī)具備以下優(yōu)勢(shì)：

地層適應(yīng)性強(qiáng), 既適合土層、砂層, 也可以在基巖中鉆進(jìn), 非常適合巖溶地區(qū)嵌巖樁的施工。

成孔速度快, 與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比優(yōu)勢(shì)明顯, 這樣就有效地保證了工程的進(jìn)度。

環(huán)保特點(diǎn)突出, 與傳統(tǒng)的循環(huán)鉆機(jī)相比, 旋挖鉆機(jī)區(qū)別在于可以循環(huán)使用泥漿, 而傳統(tǒng)循環(huán)鉆機(jī)是不斷地產(chǎn)生泥漿, 旋挖鉆機(jī)更可適用于干成孔作業(yè)。

行走移位方便, 旋挖鉆機(jī)的履帶機(jī)構(gòu)可將鉆機(jī)方便地移動(dòng)到所要到達(dá)的位置。

樁孔對(duì)位方便準(zhǔn)確, 在對(duì)位過(guò)程中操作手在駕駛室內(nèi)利用先進(jìn)的電子設(shè)備就可以精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)位, 使鉆機(jī)達(dá)到最佳鉆進(jìn)狀態(tài), 有效地保證了成孔的各項(xiàng)指標(biāo)。基于旋挖鉆機(jī)施工效率高、速度快、施工精度高（全電腦控制）、履帶式行走移位方便的特點(diǎn), 該工程樁孔的施鉆可采用旋挖鉆機(jī)。

鉆機(jī)上有車載電腦系統(tǒng), 可以自動(dòng)顯示和調(diào)節(jié)旋挖鉆機(jī)的鉆孔深度、垂直度, 方便司機(jī)隨時(shí)觀察調(diào)整, 可確保垂直度偏差小于1%, 滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 干作業(yè)成孔法

旋挖成孔過(guò)程中, 如果不塌孔、不縮徑, 可以保證施工質(zhì)量時(shí), 直接用旋挖鉆機(jī)取土采用干成孔工法。

在局部不良地層中, 鉆進(jìn)過(guò)程中慢放慢提鉆桿, 輕加壓, 低速鉆進(jìn), 減少鉆進(jìn)過(guò)程中的振動(dòng), 減少塌孔。在成孔過(guò)程中如遇少量塌孔, 可繼續(xù)鉆進(jìn)完成施工, 該方法雖然砼充盈系數(shù)偏高, 但與泥漿護(hù)壁或長(zhǎng)套筒工藝比較, 仍然更加經(jīng)濟(jì)合理。

如遇坍塌嚴(yán)重, 無(wú)法成孔, 就需要采取相應(yīng)措施, 減少或控制塌孔后, 再進(jìn)行施工。具體措施如上述的擠密加固、溶洞灌注混凝土、注漿加固后施工等方案。

施工流程：施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→安裝孔口護(hù)筒（2m）→取土成孔→塌孔→移機(jī)回填（混凝土）→鉆機(jī)就位→取土成孔→（遇不良地層時(shí)處理→繼續(xù)取土成孔）→檢查、清渣→移機(jī)→吊放鋼筋籠→檢查→吊放導(dǎo)管→灌注混凝土→拔護(hù)筒。

在巖溶地區(qū), 干成孔作業(yè)首先不用考慮漏漿問(wèn)題, 同時(shí), 遇到溶洞、軟土縮徑等情況時(shí), 更方便采取措施, 如可以直接灌注砼、回填等。干成孔還有助于控制孔底沉渣、減少對(duì)土體性質(zhì)的影響等效果。且干成孔工序減少, 效率高, 容易施工。所以, 在具備條件的情況下, 干成孔優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2.4 灌注混凝土工藝

考慮孔深及混凝土自由下落高度的要求, 采用導(dǎo)管灌注法, 即水下灌注混凝土的方法, 利用封閉的連接鋼管作為混凝土的輸送通道, 管的下部埋入混凝土適當(dāng)?shù)纳疃? 導(dǎo)管埋入混凝土深度不小于2.0m, 還使從下而上連續(xù)不斷灌入的混凝土, 使樁孔內(nèi)混凝土灌注質(zhì)量得到了保證。

4 效果分析

4.1 施工情況

根據(jù)施工情況, 雖然多處遇到了軟塑塑性粘土或溶洞, 但其中僅80根（約7%）的鉆孔需要處理, 主要通過(guò)干土回填擠密的方法進(jìn)行了處理。軟塑性粘土層厚或溶洞大, 處理困難的孔7個(gè), 采用另外兩種方法處理。

7個(gè)難度大的孔中, 2個(gè)孔因溶洞造成, 溶洞填充物較松散, 且上部巖層較厚, 經(jīng)過(guò)旋挖清理坍塌物后直接用C15混凝土灌注, 待混凝土凝固后繼續(xù)鉆進(jìn)施工。5個(gè)鉆孔坍塌嚴(yán)重, 采用素土回填后注漿的方法進(jìn)行加固處理。

5個(gè)高壓旋噴處理的孔, 均采用周邊布置3個(gè)注漿孔的方式進(jìn)行處理, 高壓旋噴樁樁徑為800mm, 注漿加固段為坍塌段及其頂部以上1m。處理時(shí)間包括設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及組裝驗(yàn)3d, 高壓旋噴樁施工時(shí)間2d, 共計(jì)5d, 等待7d后采用旋挖干成孔的施工工藝完成了該部位的鉆孔施工。

4.2 效果分析

該方案效果明顯, 首先充分發(fā)揮了旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì), 且施工方案簡(jiǎn)單, 采用干成孔的施工方案, 施工速度快, 成樁質(zhì)量好。

其次最大限度地降低了施工難度, 僅對(duì)個(gè)別難度大的孔采用了處理措施, 針對(duì)性非常強(qiáng), 提高了工效。通過(guò)簡(jiǎn)化了施工工序, 明顯加快了施工進(jìn)度。由于進(jìn)行處理的孔僅占本工程樁數(shù)的7%, 其它孔均按照最高效的方法施工, 與巖溶地區(qū)常用的施工方法相比, 在工期、環(huán)保、造價(jià)、質(zhì)量保證方面優(yōu)勢(shì)明顯。

處理方案簡(jiǎn)單, 其中填土擠密方案, 就地取材, 隨時(shí)處理, 場(chǎng)地上部的粘土是很好的回填材料, 可直接采用施工中取出的上部粘土進(jìn)行回填, 換上擠密鉆頭即可施工。其它方案也占用時(shí)間不多, 發(fā)現(xiàn)塌孔嚴(yán)重, 需要注漿加固的, 留到工程后期處理, 基本未影響總進(jìn)度。

環(huán)保效果明顯, 本方案成功避免了泥漿護(hù)壁或全套筒, 與泥漿護(hù)壁對(duì)比, 減少了泥漿制備、處理等環(huán)節(jié), 不僅降低工作量, 還減少了環(huán)境污染；與全套筒工藝比, 提高了效率, 降低了施工成本。

有利于質(zhì)量保證, 水下灌注有一定的斷樁風(fēng)險(xiǎn), 且護(hù)壁泥漿和樁底沉渣對(duì)樁的承載力有削弱作用, 本方法很好地解決了該問(wèn)題。

降低成本, 無(wú)論是泥漿護(hù)壁成孔, 還是全套筒護(hù)壁成孔, 本方案工作量減少很多, 造價(jià)低；且泥漿外運(yùn)處理費(fèi)用高, 泥漿排放會(huì)造成環(huán)境污染性, 該部分費(fèi)用節(jié)約明顯。處理措施成本低, 除填充混凝土及加固處理的樁外, 擠密法成本主要為擠密過(guò)程的時(shí)間損失, 且增加時(shí)間不多, 實(shí)現(xiàn)了最大限度的節(jié)約成本。

占用施工場(chǎng)地小, 配套措施少, 便于安全和文明施工。隨著對(duì)環(huán)保和安全要求的提高, 該方面的控制標(biāo)準(zhǔn)、投入情況、監(jiān)督檢查力度等, 都大幅度提高, 這方面不僅投入增加, 對(duì)工期的影響也越來(lái)越大。該工藝避免了泥漿護(hù)壁, 不僅減少了泥漿相關(guān)的費(fèi)用, 還避免了泥漿池的維護(hù), 場(chǎng)地容易平整管理, 方便進(jìn)行降塵或覆蓋；施工后的場(chǎng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單的平整后, 還可以作為其它場(chǎng)地使用, 這對(duì)場(chǎng)地的充分利用也有很大的幫助。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于不同水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件, 靈活選擇施工方案, 配以合理的處理預(yù)案, 能發(fā)揮出意想不到的效果。本方案充分理解了場(chǎng)地水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上, 正確的選用了旋挖干成孔的施工方案, 并制定針對(duì)性的專項(xiàng)處理預(yù)案, 用專項(xiàng)預(yù)案保證流塑性粘土部位順利成孔, 成功避免了繁瑣的護(hù)壁方案, 在工期、工程質(zhì)量、工程造價(jià)、環(huán)保上都取得了較好的效果。