復雜地質情況下旋挖樁施工技術探析

鄔俊明

（福建天蒙建設建設有限公司，福建 南平 353000）

0 引言

旋挖鉆機將壓力由動力頭裝置傳遞給鉆桿，而鉆桿下端安裝桶式鉆具，在電腦的指令下，鉆具沿著設計好的軌跡進行回旋，使得土層被切削到鉆具內并關上活門，接著提升鉆具達到地面后進行孔外卸土，接著再下放鉆具繼續切土，如此循環操作直至到達設計高程。根據土質情況成孔方式分為泥漿護壁作業和干孔作業兩種。旋挖樁具有樁機移位方便、自動精準定位、成孔速度快、環保、自動化程度高和適用土層廣等優點，被廣泛應用于樁基工程。但是如果遇到中砂層、卵石層和高水位等復雜地質情況，采用常規方法進行旋挖成孔很容易發生泥漿被稀釋、塌孔、鉆具磨損嚴重、施工效率低和沉渣厚度大等施工問題，因此，在上述復雜地質情況下，采用何種技術措施能夠保證旋挖樁施工質量滿足設計及規范要求成為擺在施工管理人員面前的首要問題。

1 工程概況

南安市第三小學位于南安市美林街道莊頂村，地上5層，地下室為1層，結構形式為框剪結構。現場四周開闊，原始地面標高為15.39~23.06m，場地高差較大。教學樓部分1~4 層為標準教室，5 層為會議室和行政辦公室，主體建筑高度為19.8m，地下室主要功能為設備用房和停車庫。該工程結構安全等級為一級，結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為8度。該工程基礎采用旋挖樁，樁長為18~32m，樁徑為800mm，水下混凝土強度為C30，樁端要求全截面進入碎塊狀強風化花崗巖1.6m。

2 地質條件

該工程旋挖樁施工區域內地質條件如表1 所示，根據勘探孔水位高程得知該工程地下水埋深為1.20~2.50m，地下水相對比較豐富。

表1 旋挖樁施工區域內地質條件

3 旋挖樁施工面臨的難點

（1）施工場地東側約5m 為市政道路，北側約10m為5層高的建筑，南側約15m為內部道路，西側為空地，周邊環境復雜，施工場地較為狹窄，施工工期較為緊張，應采取妥當的施工部署。

（2）地層中存在中砂層和卵石層，地下水豐富情況下，該類土層容易出現塌孔現象，中砂不容易清孔，孔底沉渣厚度很容易超過設計要求。另外，常規旋挖鉆具在該類土層中磨損較大，工程造價較高，應選擇合適的鉆具。

（3）鑒于地下水埋深很淺，雜填土的地耐力無法滿足機械行走的要求，施工場地需要進行加固處理，常規在樁基邊上開挖泥漿池將會出現地下水滲出現象，泥漿將會受到稀釋，泥漿的性能將無法滿足護壁的需求，需要合理地設置泥漿池。

4 旋挖樁施工技術要點

針對案例工程旋挖樁施工面臨的難題，在施工各相關環節加強了技術要點的把控和針對性對策的實施，比如加鋪石粉，制備優質泥漿，選用鋼制泥漿池，將卵石層鉆具更換成雙錐雙螺鉆頭，采用泵吸反循環清孔方法等。

4.1 施工準備

經過計算后得知，該工程施工場地內鋪設0.5m 厚的石粉即可滿足旋挖鉆機行走的地耐力要求，石粉滿鋪后應采用壓路機碾壓數遍。根據旋挖樁的布置情況，將所有樁位全部測放出來，在樁心處插上短鋼筋，并系上紅色塑料繩，樁位軸線偏差應及時復核，要求樁位偏差≤50mm[1]。樁徑800mm 對應的鋼護筒內徑為1000mm，鋼護筒高度為1.5m，鋼板厚度為8mm，鋼護筒埋設時要求護筒中心應保持與樁心一致，護筒頂部露出地坪高度為0.3m，鋼護筒軸線偏差≤50mm，鋼護筒應埋設牢固與可靠。

4.2 泥漿池設置

由于施工場地相對狹窄，地下水埋深很淺，常規的泥漿池設置方法就是在樁基承臺邊上開挖小泥漿池，泥漿池開挖后地下水馬上滲出，根本無法制備泥漿，即使泥漿制備好了也會被稀釋，導致泥漿比重和黏度無法滿足護壁的需求，因此，該工程選用鋼制泥漿池。根據旋挖樁的長度和樁徑計算出泥漿的容量，泥漿池均為工廠定制，采用壓型鋼板圍焊而成，鋼板厚度為10mm，泥漿池的尺寸為8m×4m×2.5m，在泥漿池置放的底部應鋪設塑料彩條布，為了防止泥漿溢出，在泥漿池四周采用塑料彩條布圍住[2]，泥漿池設置3 個。水下混凝土灌注時產生大量的泥漿，因此在場地內設置尺寸為14m×10m×2.5m 的泥漿池2 個，多余的泥漿采用專用泥漿車運到指定的卸漿點。泥漿在泥漿池中循環使用，泥漿中的巖渣沉淀下來，泥漿可以回收重新使用，達到節能減排的目的。

4.3 泥漿制備

由于地下水較為豐富，無法采取干孔作業的方法，該工程泥漿采用膨潤土+純堿進行制備，該泥漿的泥皮相對致密，可以防止泥漿失水和減壓現象，有效地保證中砂層和卵石層的護壁需求。雜填土和粉質黏土層的旋挖作業時，泥漿比重為1.4；待旋挖至中砂層和卵石層時，泥漿比重調整為1.5，泥漿黏度調整為30s；旋挖至殘積黏性土和全風化花崗巖，泥漿比重調整為1.4；旋挖至砂土狀和碎塊狀強風化花崗巖時，泥漿比重調整為1.3。根據不同巖土層地質情況適當地調整泥漿性能，確保孔壁安全性[3]。

4.4 旋挖成孔

旋挖機能夠自動行走，樁架為全液壓升降，移機和就位十分靈活。旋挖機就位后將鉆具中心與樁位對齊后，校正鉆桿的垂直度滿足施工規范要求后即可進行旋挖鉆進，剛開始應輕壓慢鉆，緩慢鉆進，待鉆至粉質黏土層時即可適當加快旋挖速度。待旋挖至中砂層時，注入調整好泥漿比重的優質泥漿，放慢鉆進速度，適當地增加掃孔次數，防止中砂層出現縮頸現象。鑒于卵石層的粒徑較小，旋挖至卵石層時，將鉆具更換成雙錐雙螺鉆頭，適當地放慢鉆進速度，調整泥漿的黏度，避免出現塌孔和卡鉆現象[4]。旋挖至殘積黏性土和全風化花崗巖更換成常規的鉆具繼續鉆進，強風化花崗巖則可以采用雙錐雙螺鉆頭進行旋挖，當旋挖至碎塊狀強風化花崗巖時，及時通知監理工程師對巖渣的性質進行鑒定后確認進入持力層，繼續向下旋挖1.6m即可終孔。為了避免孔底沉渣厚度超過規定值，采用雙層底旋挖鉆斗撈取孔底沉渣。成孔后按照規定檢查孔壁垂直度、樁位、孔徑和孔深等數據，檢查合格后即可進行清孔。

4.5 清孔

根據該工程旋挖樁的特點和地質情況，選用泵吸反循環清孔方法，清孔分2 次，第一次清孔后下放鋼筋籠和導管，第二次清孔后即可灌注水下混凝土，泥漿清孔后的各項指標應符合設計要求。

4.6 鋼筋籠安裝

鑒于施工場地相對狹窄，該工程旋挖樁的所有鋼筋籠均在施工場地外的預制廠里加工完成后再運輸到樁孔位置。采用專用的模具來加工鋼筋籠，鋼筋的規格和長度應符合設計要求，該工程主筋接長采用單面焊形式，主筋預留的搭接長度為10d，在鋼筋籠接頭位置應錯開50%，接頭處的錯開距離為≥500mm 且≥35d，一般情況下，螺旋箍筋與主筋的連接采用點焊，加勁箍每2m 設置1 道，每4m 設置十字撐1 道。在鋼筋籠上每隔4m 均分設置4 個圓形砂漿塊，從而達到控制鋼筋保護層厚度的目的[5]。注漿管選用直徑25mm 的鋼管，采用鋼絲將注漿管對稱地固定在鋼筋籠內側，注漿管的下部應采用膠帶纏繞密封，上部露出地面約0.5m，并戴上塑料帽，注漿管的接長采用套管進行焊接，焊接應牢固無滲漏，鋼筋籠下放完成后注漿管內應注滿清水，管口應戴上塑料帽。第一次清孔完成后，采用專用拖車將鋼筋籠運至承臺邊，采用25t 汽車吊來下放鋼筋籠，鋼筋籠起吊應緩慢，對準樁心緩緩地下放，下放到接頭位置，采用槽鋼將鋼筋籠架設在鋼護筒上，待主筋接長完成后，焊縫質量檢查合格，待焊縫自然冷卻后即可下放到設計高程。鋼筋籠的軸線和高程經復核與設計相符時即可將吊筋掛設在鋼護筒上，為了防止鋼筋籠上浮，吊筋與鋼護筒應點焊固定。

4.7 水下混凝土灌注

鋼導管在下放之前應按照規定進行密封性和抗拉強度等項目試驗，相關試驗結果應滿足規范要求，導管無滲漏。該工程鋼導管的連接形式選用螺紋快速接頭，兩節導管在連接時應按照規定在節間放置O 形密封圈，從而防止外面空氣進入導管內，保證導管內外的壓力差[6]。為了防止出現斷樁現象，導管最下節選用7m 長的導管，導管的底部距離孔底0.4m。在混凝土灌注前，應做好相應的施工部署，比如混凝土卸料平臺搭設、運輸車數量和行走路線等，保證混凝土供應連續和及時，確保混凝土灌注質量。由于水下混凝土的坍落度對樁基質量影響較大，太大則容易離析，太小則容易出現堵管和鋼筋籠上浮現象，嚴格控制混凝土坍落度為180～220mm，進場的混凝土不得出現泌水現象，如果混凝土質量不符合要求則應立即責令退場并做好相關記錄。根據首灌的計算公式算出第一斗混凝土的方量，該工程選用料斗規格為2m3，為了確保導管埋入混凝土深度滿足規范要求，在剪斷隔水球時往料斗里快速卸混凝土，直至泥漿溢出鋼護筒。混凝土灌注過程中應做好相關記錄，尤其是拆管后應保證導管埋入混凝土深度≥4m，該措施能夠有效地防止拆管過多出現斷樁現象。在等待下一車混凝土的期間，應隔幾分鐘上下插拔導管，該措施能夠擠密混凝土和有效防止出現堵管現象。該工程按照設計要求超灌0.5m。

4.8 注漿施工

為了防止注漿管出現堵塞現象，成樁1d 后即可清水開塞。待成樁7d 后即可用水泥漿進行注漿，水灰比為0.5，水泥漿從2根注漿管同時等量進行注入，開始注漿時壓力為1.5MPa，水泥漿從樁底往樁側上泛，注漿速度≤75L/min，該工程設計注漿量為1.2t，當注漿量滿足1.2t即可停止注漿[7]，如果注漿量未滿足設計要求，而注漿壓力達到3MPa 時，如果注漿量與設計值相差不大時，則穩壓持續注漿3min 即可停止注漿，如果注漿量與設計值相差較大時，則采取間歇注漿的方法，確保樁底注漿質量。

5 結束語

案例工程成樁28d 后，根據設計圖紙要求進行取芯、超聲波檢測和靜載試驗，芯樣完整連續，芯樣強度滿足設計要求，超聲波檢測I類樁占94%，無Ⅲ和Ⅳ樁，靜載試驗結果符合設計要求。樁徑、樁位和垂直度等偏差均在規范允許范圍內，該工程旋挖樁的施工質量評定為優良。實踐表明，存在中砂層、卵石層和高水位等地質情況下，本文所采取的旋挖樁施工技術是正確和合理的，為類似項目積累了一定的經驗。