軟土地質超大超深鉆孔樁成孔施工技術研究

熊 煒

（上海市基礎工程集團有限公司，上海市 200433）

0 引言

東部沿海地區一直是國內經濟發展的重點，隨著城市建設的推進，受土地資源的限制，很多沿海城市從20 世紀90 年代起開始圍墾填海，增加城市建設發展的區域。隨之而來，圍墾軟土地質的基礎設施建設一直延續至今。高速公路橋梁建設尤為重要，施工質量也是圍墾區發展的前置條件。橋梁工程中，鉆孔灌注樁作為常用的基礎結構形式，更是關鍵部位。

本文依托的是溫州地區高速公路“十三五”規劃建設（見圖1）中的金麗溫高速公路東延線工程TJ03 標機場樞紐段實體工程項目。金麗溫高速公路東延線工程起點位于金麗溫高速公路南白象樞紐溫瑞大道西側，起點里程樁號K0+000，順接金麗溫高速公路，一路沿著通海大道設置高架往東至前街。在八甲變電站附近設置機場西（永中）互通銜接甌江口大道，并通過連接線銜接濱海大道，路線經前街后一路往東高架橋跨越，跨過規劃軌道S2 線、濱海大道，終點設機場樞紐與甬臺溫高速復線銜接，終點位于通海大道交叉口，終點樁號K22+084.528，路線全長22.046 km。本項目的建設可為形成溫州“田”字型高速公路網絡格局奠定基礎，項目總投資1 101 751 萬元。

圖1 溫州市高速公路“十三五”規劃建設示意圖

在金麗溫高速公路東延線工程TJ03 標機場樞紐段實體工程施工過程中，采用旋挖鉆機、GPS 反循環鉆機、GF 正循環汽車鉆，針對孔徑1.5 m 以上，孔深80 m 以上的鉆孔樁成孔施工，從成孔能耗、成孔工效、成孔質量以及不同成孔工藝的控制方式這幾個方面進行對比分析，論證在軟土地層的施工可行性及設備的優化配置。

1 概況

1.1 結構形式

金麗溫高速公路東延線工程TJ03 標機場樞紐段位于溫州市龍灣經濟開發區，為金麗溫高速公路接甬莞高速互通新建橋梁。橋梁下部結構主要為樁柱式結構，鉆孔灌注樁徑為1 m、1.2 m、1.3 m、1.5 m、1.8 m、2 m、2.2 m 共7 種樁徑，其中樁徑1.5～2.2 m 占90%以上，樁長范圍集中在80～90 m，且均為摩擦樁[1]。

1.2 地質情況

橋址區上部為全新統沖海積、海積軟土，局部為海積軟塑黏土，整體厚度約20～30 cm。軟土層多為海積黏性土，軟塑-軟可塑狀，性質較差-一般，厚度較大。局部夾沖湖積粉質黏土、沖海積粉細砂，均不連續分布；中下部以沖湖積、海積黏性土為主，灰色、灰綠色，可塑狀，厚度大，性質一般-較好，局部分布厚層的沖級粉細砂，灰色，中密-密實狀，不連續分布。

樞紐區中下部⑥4層粉質黏土和⑥7層圓礫層力學性質較好，分布較穩定，為橋的主要樁基持力層，⑥1層粉質黏土和⑥3粉砂層力學性質較好。機場樞紐主線橋位于廣闊的海積平原，上部軟土層厚度20.0～35.0 m，下伏以海積地層為主，間夾沖湖積地層，下部沖湖積地層相對偏厚。第四系下部為圓礫、卵石層，埋深92.6～94.6 m，見圖2[2]。

圖2 典型地質柱狀分布圖

2 成孔施工

2.1 設備選型

根據鉆機成孔方式的不同（見表1），并結合地層分布及樁長樁徑設計結構，選取GPS-20 反循環鉆機、GF-400 汽車鉆以及SR360 旋挖鉆機進行成孔質量、效率以及功耗的對比分析。因沖擊鉆在軟土地層成孔效率低且擴孔率大，多用于堅硬巖層或卵石層地區，故本項目沖擊鉆僅作清障使用，不進行樁基施工的成孔施工對比分析。

表1 成孔方式適用范圍[3-4]

2.2 成孔過程質量控制措施[5]

在本項目樁基施工過程中，采用GPS-20 反循環鉆機、GF-400 汽車鉆以及SR360 旋挖鉆機進行成孔施工。在施工過程中主要采取以下措施來控制施工質量：

（1）場地平整及換填。對施工便道及施工平臺進行換填壓實處理，表層地基承載力達到80 kPa 以上，滿足設備進出的需求。根據現場實際情況換填深度在0.5～2 m。GPS 樁架處采用型鋼和方木對架體進行限位，防止成孔過程中架體搖晃。部分區域鋪設鋼板或硬化處理，保障旋挖鉆進出及施工安全。

（2）泥漿護壁。GPS-20 反循環鉆機及GF-400汽車鉆主要采用原土造漿+輔助人工造漿的護壁措施，SR360 旋挖鉆借助其他2 種鉆機成孔造漿進行護壁。成孔過程泥漿的相對密度在1.3～1.4，并采用旋流除砂器進行除砂。

（3）鉆頭選取及鉆進速度。選取略小于樁徑的鉆頭，開孔階段采取低進慢出，鉆至鋼護筒下2 m 以后正常鉆進。遇到地層變化帶，減緩鉆進速度，達到穩定結構層后正常鉆進。孔深達到60 m 以下后，適當降低鉆進速度，增加測繩檢測頻次，且測繩多面檢測，成孔遇到臺階或孔斜較大時，及時調整進尺，緩慢提鉆至問題深度，持續削孔，過程中泥漿正常循環。

（4）鉆桿及磨盤監控。在鉆進過程中，當回旋鉆機及汽車鉆每次接長鉆桿時，采用水平尺對樁架磨盤水平度及鉆桿垂直度進行監測，并及時進行糾偏。定期檢查鉆桿，對變形嚴重的鉆桿及時更換。

（5）鋼護筒加長及護樁埋設。本項目對鋼護筒進行加長，護筒長度不小于1.5D 樁徑，并埋設護樁。在軟土地質條件下，成孔過程對土體擾動較大，護樁僅對鋼護筒進行臨時糾偏，樁基成孔中心隨時進行GPS 復測。

2.3 成孔分析

在施工過程中，通過成孔能耗、成孔效率、成孔質量、施工措施以及節能減排等多方分析，確定適用于軟土地質條件下超大、超深鉆孔灌注樁成孔施工大范圍推廣的設備組合及成孔工藝。

2.3.1 成孔工效分析

本項目采用3 種鉆機進行鉆孔灌注樁施工，每種設備采用不同的成孔工藝各施工100 根樁基，從成孔效率、能耗、成孔質量采集數據進行對比分析（見表2）。

表2 成孔施工工效分析

2.3.2 成孔質量結果分析

（1）GPS-20 鉆機（長5.7 m×寬2.4 m×高9.3 m）可采用正循環成孔或氣舉反循環成孔，正循環成孔主要能耗37 kW 主機+44 kW 泥漿泵；氣舉反循環成孔主要能耗37 kW 主機+55 kW 空壓機+22 kW除砂機。成孔質量基本可控，施工平臺要求高，需整平且基本壓實，地基無較大沉降。在成孔施工過程中，架體存在細微晃動。在前期施工過程中，成孔垂直度在0.5～0.8，部分孔深在80 m 以上的樁需進行二次掃孔，糾正后成孔垂直度控制在0.50～0.67，澆筑充盈系數1.07～1.10。

（2）GF-400 汽車鉆（長11.5 m×寬2.5 m×高3.6 m）可采用正循環成孔或泵吸反循環成孔，正循環成孔主要能耗55 kW 主機+44 kW 泥漿泵；泵吸反循環成孔主要能耗278 kW 主機+22 kW 除砂機。成孔質量較好，進出便道需平順壓實，施工平臺平整，地基無較大沉降。在成孔施工過程中，成孔垂直度平均在0.50～0.65，基本無二次掃孔，澆筑充盈系數1.05～1.08。

（3）SR360 旋挖鉆成孔主要能耗399 kW 主機+22 kW 泥漿泵。成孔質量一般，施工場地要求非常高，進出場地需平順壓實，因設備自重達到146 t，施工現場原地基多為農田或近海吹填灘涂地，需進行換填處理并鋪設鋼板。成孔垂直度平均在0.60～0.65，澆筑充盈系數1.08～1.12。

2.3.3 成孔質量影響因素及保證措施[5]

在本工程施工過程中，項目部通過展開QC 活動，總結出影響成孔施工質量的主要因素包括但不限于：鉆頭選取、鉆桿垂直度糾偏、施工平臺、鉆機本身質量、操作班組人為因素等（見表3）。

表3 成孔質量影響因素及對應措施

2.4 成果分析

GPS-20 回旋鉆、GF-400 汽車鉆、SR360 旋挖鉆正循環成孔，GPS-20 回旋鉆、GF-400 汽車鉆反循環成孔及其正循環成孔+反循環成孔的成孔能耗圖見圖3，其成孔質量對比分析表見表4。

表4 成孔質量對比分析表

由圖3 可知，從成孔平均能耗對比來看，若不考慮電機有效功效（電機組功率因素）和優劣性，則SR360 旋挖樁＜GF-400 汽車鉆＜GPS-20 回旋鉆。

圖3 成孔能耗圖(回旋鉆平均34 h 成孔，旋挖鉆機平均11 h 成孔)

由上述分析可見，回旋鉆機宜采用正循環成孔+反循環清孔的方式施工，施工質量好且能耗相對較低。GF-400 汽車鉆更適用于軟土地質樁基成孔施工。綜合地形地貌特殊區域宜采用GPS-20 回旋鉆輔助施工。結合工程量及總體工期，地質較好的區域采用SR360 旋挖鉆施工。SR360 旋挖鉆不具備自主造漿的能力，因此在本工程施工過程中，采用回旋鉆成孔自然造漿+輔助人工造漿提供旋挖鉆成孔泥漿護壁。多種成孔設備綜合施工既滿足了施工質量的需要，合理縮短了工期，又能達到節能減排綠色施工的目的，完成降本增效的經濟效益目標。

3 結語

（1）驗證了在軟土地基條件下，回旋鉆機、旋挖鉆機通過技術手段控制均可滿足施工需要。

（2）以3 套成孔設備的成孔方式、成孔質量及相應控制要點，對能耗、質量進行對比分析，綜合驗證了以回旋鉆為主，其他設備為輔，多種設備結合才能滿足現代化綠色施工節能減排、安全質量達標的需求。

（3）通過本工程的實施，總結了大量施工經驗，對于今后浙南軟土地質條件下類似工程的開展具有直接的指導意義。