干孔作業在旋挖鉆孔灌注樁施工上的應用

方波 黃安 延偉

武漢地質勘察基礎工程有限公司 湖北 武漢 434000

引言

近年來，隨著中國房地產市場的突飛猛進，建筑行業向更快更高的目標飛速發展。樁基工程也迎來了高速發展的機遇。旋挖鉆機因為通用性廣，效率高，成樁質量好等優勢在樁基工程中得到大力推廣和應用。干孔作業成孔灌注樁是指不用泥漿或套管護壁措施而直接將鉆渣排出鉆孔而成孔的灌注樁，適用于在地下水不發育或者高地下水位地區的一般黏性土、粉土、黃土及密實的黏性土、砂土層中使用[1]。

1 工程概況及地質條件

1.1 項目概況

某樁基項目位于黃石市大冶市金山開發區。設計工程樁314根，其中16#樓700mm工程樁78根，有效樁長19.5m，入持力層6.5m，豎向承載力特征值2800kN；17#酒店800mm工程樁93根，有效樁長29m，入持力層9.5m，豎向承載力特征值4300kN；18-20#商業700mm工程樁143根，有效樁長27m，入持力層7m，豎向承載力特征值3300kN；樁端持力層為（4）-2層中風化泥質砂巖層，樁端全截面進入持力層不小于2～9.5m且樁端全部通過第（4）-1層強風化泥質砂巖層。

1.2 場區地質條件

該項目交通便利，場區地面高程在16～20m之間，場區略有起伏，局部高差大于4m。本場區地貌單元屬剝蝕壟崗地貌。場區原有多個水塘分布，設備進場前已進行回填整平。

根據地勘報告將場地內地層按其成因、結構特征及強度自上而下共分為4層組8層，各巖土層的地質時代及成因類型、頂板埋深、頂板標高、厚度、空間分布、巖土特征、工程性質分述如下：

①雜填土0.0～7.9m，雜色，松散狀態，壓縮性高，土體結構松散飽和，主要由黏性土夾少量碎石及植物根系組成，為新近回填堆積，全場分布。②-1淤泥質粉質黏土，1～3.8m，灰黑色，流塑狀態，壓縮性高，土質較均，飽和，含少量黑色腐殖質，具腥臭味，干強度低，韌性低，局部分布。③-3粉質黏土，1～6.4m，灰褐色，可塑，壓塑性中等，土質較均，含少量鐵錳質氧化物，干強度中等，韌性中等。刀切面光滑，手搓成條，局部分布。④-1強風化泥質砂巖K-E，6.5～21.6m，紅褐色，強風化，壓塑性低，粉砂質結構、中厚層狀構造，泥質膠結，節理裂隙發育，巖體破碎，手掰易碎，屬極軟巖，巖體基本質量分級劃為Ⅴ級。該層局部偶含10%～15%石英砂巖角礫，粒徑1～4cm，分布不均，巖層性質不均勻，全場分布。⑤-2中風化泥質砂巖K-E，9.5～28.4m，未揭穿紅褐色，中風化，不可壓縮，粉砂質結構，中厚層狀構造，泥質膠結，巖體較破碎，屬極軟巖，巖體基本質量分級劃為Ⅴ級。基巖的強度存在一定程度的不均勻性。該層局部偶含約10%～15%石英砂巖角礫，粒徑1～4cm，分布不均，巖層性質總體不均勻，全場分布。

1.3 場區水文地質條件

場區內地表水不發育，主要為水塘及局部低洼地積水，水量不大，主要受大氣降水的影響，水塘現多已被回填整平。場區地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種。上層滯水主要賦存于第①層雜填土中，接受大氣降水和地表積水垂直及側向的滲透補給，多以蒸發方式排泄。無統一自由水面，水位及水量隨大氣降水的影響而波動；基巖裂隙水主要賦存于白堊-下第三系泥質砂巖風化裂隙中，水量較小，主要靠徑流補給和上覆含水層的越流補給，徑流緩慢；排泄以補給相鄰含水層為主[2]。

2 工程特點及施工難點

工期緊、任務重，本工程共314根鉆孔灌注樁，合同工期僅30d。

嵌巖深度大，設計最大入持力層深度9.5m。

場地條件差，樓棟工區全部為魚塘回填基礎，且回填不到位工區長期泡在水中。

樓棟工區分布在不同的位置，附屬設施后臺無法共享，需要遠距離轉場施工。

16-17#樓場地狹小，且低于場平標高3m，不利于正常作業；18-20#樓場地面積過大，樁間距大，平均樁間距5m，需要投入大量人力物力平整機場。

3 施工工藝

3.1 設備的選擇

根據本工程特點和以往類似工程施工經驗，擬投入兩臺（250型以上）旋挖設備進場施工，為確保施工質量，提高施工效率，滿足安全文明施工需要，采用干孔作業成孔施工工藝，選用機鎖桿鉆桿，配備單底體開式鉆頭和雙底截齒鉆頭[3]。（鉆孔灌注樁施工工藝流程詳見圖1所示）

圖1 施工工藝流程圖

3.2 工藝的確定

在地下水不發育或者高地下水位地區施工時，黏性土可利用土層自身的較好的塑性和完整性保持孔壁穩定，故可選擇干孔作業成孔施工工藝施工，具體針對不同的地層選擇不同的工藝（見表1）。

表1 不同地層工藝參數的確定

3.3 工藝的特點

3.3.1 泥漿護壁工藝的特點。泥漿護壁能快速形成穩定的護壁層防止孔壁坍孔、能有效地攜帶排出鉆渣、能為孔內提供水壓支撐平衡土壓力。但是泥漿的副作用也不可小覷。

（1）泥漿制造過程復雜，技術要求高。需要有固定的泥漿池、回收池、供回漿管路等，占用場地面積大。泥漿有各種指標要求，比重、黏度、含砂率、膠體率等。如果漿液指標不達標，容易引發質量事故。

（2）投入成本高。泥漿主要制備原材料是膨潤土和燒堿及其他外加劑，一般泥漿護壁使用量較大，提高了工程造價。

（3）排放困難、污染環境。泥漿排放一直是建筑行業難題，隨意排放會造成河（管）道堵塞、污染，泥漿回收又很難達到要求，泥漿在使用一段時間后性能指標達不到要求就是廢漿，廢漿的產生量較大，一般現場沒有足夠的設備設施儲存，隨意排放容易引起管道堵塞，污染地下水，經常面臨環衛城管部門處罰。利用泥漿處理設備脫水處理工藝麻煩，處理成本高昂。

3.3.2 干成孔作業的特點。干成孔工藝簡單、施工成本低，可以有效提升旋挖剪切破碎效率。但是要注意鉆頭潤滑、降溫、磨損過快和鉆桿振動問題。

（1）干孔作業無須配制泥漿，占用場地小地，完全省去泥漿系統，減少了泥漿材料和水資源的消耗，降低了施工成本。

（2）干孔作業簡化了施工程序，降低了技術要求。干孔作業減少了對孔壁的擾動，提高了成孔質量。

（3）干孔作業減少了環境污染，施工現場干凈整潔，降低了安全隱患，減少了對周邊環境的污染，有利于安全文明施工工作的開展。

（4）干孔作業減少了設備設施費的投入，干孔作業產生的鉆渣（特別是巖層鉆渣）是鋪填現場的好材料，鉆渣直接在施工現場消耗掉省去了外運的麻煩，提高了施工效率，節約了成本[4]。

4 實際施工情況

4.1 單底體開式鉆頭干孔鉆進施工情況

4.1.1 16#樓工區全部為魚塘回填基礎，且回填不到位工區長期泡在水中。針對此種情況先對場內積水進行抽排，對局部稀泥進行換填，用挖機進行碾壓以增強土體的承載力，確保旋挖設備能夠正常行走。為防止上部雜填土及淤泥垮孔，避免混凝土充盈系數過大，故上部雜填土及淤泥質黏土層選用4m長鋼護筒護壁，下部黏土層及強風化基巖層采用單底體開式鉆頭干孔鉆進。

4.1.2 在鉆進過程中，鉆孔無跨孔縮徑情況發生，由于黏性土塑性高、膠結性好，經過鉆頭擠壓后密實度高，在無水情況下粘附在斗腔內，一般鉆頭很難通過甩土或蹾土將鉆渣排出鉆頭外，選用單底體開式鉆頭，當鉆頭提出鉆孔打開鉆頭兩瓣筒體，鉆頭內鉆渣自動掉出斗腔，快速又干凈，避免了不斷的蹾土甩土造成的機械損傷和噪音污染，加快了卸渣的速度，進一步提高了施工效率。

4.2 雙底截齒鉆頭干孔鉆進施工情況

在基巖層施工過程中，由于部分鉆孔中風化泥質砂巖原始狀態下強度高，硬度大，吸水性、黏結性強，施工過程中容易打滑，干孔鉆進使用單底體開式鉆頭負載較大，切削效率慢，截齒消耗快，通過不斷地摸索反復試驗，選用雙底截齒鉆頭切削式鉆進，通過在鉆進中控制鉆壓和回次進尺深度，避免鉆頭在底部空轉打滑，提鉆后及時清理截齒與底板間的鉆屑等手段，解決了鉆進打滑進尺緩慢的難題，提高了鉆進效率[5]。

5 應用效果

5.1 施工功效情況

通過16#樓整體施工情況看，干孔施工鉆進效率較高，26m樁從開孔到終孔施工時間僅為1.5h，日平均工作量8根；成孔質量良好，鉆孔無發生垮孔縮徑情況，鉆孔靜置2h內孔底成渣不超過50mm；移機清場轉場輔助時間大大縮短，鉆孔排出的鉆渣直接鋪填在現場，提高了渣土利用率，減少了外運成本；安全文明施工井然有序，施工現場干凈整潔，無安全事故發生。

5.2 取得的實際效果

該項目按照干孔工藝施工，在預定的工期內提前完成了施工任務，樁基在開挖過程中全部樁頭超灌合格，樁基檢測數據滿足設計及規范要求，全部判為一類樁。一次通過驗收評審，施工質量得到監理甲方及監管單位的一致好評[6]。

6 結束語

鉆孔灌注樁施工工藝多種多樣，且還在不斷更新開發中。在地下水不發育或者高地下水位地區采用旋挖干孔作業施工鉆孔灌注樁，不僅成孔質量好、施工效率高、環境污染小，更符合當下環保和低碳的施工理念。本文通過干孔作業鉆孔灌注樁在該項目的實際應用，并針對施工中遇到的實際問題做出相應處理措施，可為今后類似條件的鉆孔灌注樁項目施工提供一定參考和借鑒。隨著社會的進步和科技的發展，相信在不久的將來，基礎施工領域施工技術會突飛猛進，朝著更加多元化精細化發展。