深厚碎塊石回填土層旋挖樁施工技術分析

陳 誠（中國輕工業長沙工程有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著我國工程建設領域的飛速發展，旋挖鉆孔灌注樁技術自20 世紀90 時代傳入我國以來得到了廣泛的應用[1,2]，但在不同的施工環境及地質條件下也暴露出各種各樣的施工技術問題。本文以黔西南州某項目五金倉庫為例，對松散深厚碎塊石回填土層中旋挖鉆孔灌注樁施工技術進行分析探討，為后續類似地質條件下旋挖樁施工提供參考借鑒。

1 工程概況

1.1 設計概況

黔西南州某項目五金倉庫建筑面積7712.45m2，地上2 層，采用鋼筋混凝土框架結構，基礎設計等級為乙級，樁型設計為端承樁，樁徑為800mm，樁端持力層為第4層中風化石灰巖，要求樁端全斷面進入該層深度不少于1.0d 且不少于1m，樁頂標高為-1.9m，有效樁長介于6m～25.5m之間，根據鉆進過程實際地層情況確定。

1.2 水文地質條件

根據地勘報告分析場地無明顯地表水及地下水，樁身穿越土層主要為表層回填碎塊石土、紅黏土、強風化石灰巖、中風化石灰巖。表層回填碎塊石土整體厚度較大，均在6m 以上，各地層層厚變化大，且無規律，地質情況較為復雜。以WJ39 號樁為例，地質情況詳見表1。

表1 WJ39號樁地質情況

就地質情況而言，本工程施工主要難點為表層回填碎塊石土層厚度較大，大部分為6m～7m，最厚處可達10m，且結構松散，回填塊石粒徑以0.2m～0.6m為主，最大可達到1.0m，架空明顯，旋挖鉆孔施工過程中極易引起嚴重塌孔，成樁條件差，危險性大，孔壁塌孔不斷，成樁質量，施工進度及安全均不能得到有效保障。

2 方案分析對比及選擇

2.1 提出方案

方案一：鋼護筒護壁旋挖鉆孔灌注樁施工技術（樁徑800mm）

清表及場地平整→定位放線→旋挖鉆就位→1000mm鉆頭鉆進至回填層底標高→下直徑1000mm的鋼護筒至回填層底標高→800mm鉆頭繼續鉆進至設計樁底標高→清孔驗收→安裝鋼筋籠及導管→沉渣二次驗收→灌注混凝土→拔出鋼護筒。

方案二：混凝土回灌旋挖鉆孔灌注樁施工技術（樁徑800mm）

清表及場地平整→定位放線→旋挖鉆就位→800mm 鉆頭鉆進至回填層底標高或塌孔→C15 混凝土回填至孔口位置→旋挖鉆繼續鉆進至設計樁底標高→清孔驗收→安裝鋼筋籠及導管→沉渣二次驗收→灌注混凝土。

方案三：鋼護筒+混凝土回灌旋挖鉆孔灌注樁施工技術（樁徑800mm）

清表及場地平整→定位放線→旋挖鉆就位→1000mm 鉆頭鉆進至孔深3m→下直徑1000mm 鋼護筒至孔深3m→800mm 鉆頭鉆進至回填層底標高或塌孔→C15混凝土回填至孔深3m→800mm鉆頭繼續鉆進至設計樁底標高→清孔驗收→安裝鋼筋籠及導管→沉渣二次驗收→灌注混凝土→拔出鋼護筒。

2.2 方案分析對比

方案一：鋼護筒護壁旋挖鉆孔灌注樁施工技術

優點包括①鋼護筒能有效防護孔壁，防止塌孔，保證施工安全；②鋼護筒可以回收重復利用，節約成本；③不會增加樁芯建筑垃圾，有利于環境保護。

缺點包括①回填層中含有大量塊石，無法直接使用震動錘下沉鋼護筒；②回填層松散且過厚，一般鉆至4m深便容易塌孔，難以實現一次直接鉆過回填層后下鋼護筒；③回填層中塊石架空明顯，混凝土易滲透至塊石間隙中，過長鋼護筒拔出后樁頂混凝土液面下降量較大，樁頂混凝土質量不易控制；④回填層中樁身混凝土與周邊塊石相互嵌固結合，承臺土方開挖時易對樁身產生擾動。

方案二：混凝土回灌旋挖鉆孔灌注樁施工技術

優點包括①通過鉆進取土，回灌混凝土，二次鉆孔形成混凝土護壁[3]，能有效解決塌孔問題，保證施工安全；②混凝土澆筑完成后基本不會出現樁頂混凝土液面下降問題，有利于控制樁頂混凝土質量；③樁身混凝土不會與周邊塊石形成嵌固，承臺土方開挖時對樁身影響小。

缺點包括①鉆孔過程中會出現多次塌孔回填現象，所需工期較長；②二次成孔長度較大，回灌混凝土用量較多，二次成孔及回灌增加成本較高；③二次成孔增加混凝土用量及樁芯建筑垃圾，不利于資源節約及環境保護。

方案三：鋼護筒+混凝土回灌旋挖鉆孔灌注樁施工技術

優點包括①鋼護筒+混凝土回灌技術能有效防護孔壁，解決塌孔及成樁困難問題，保證現場施工安全；②鋼護筒+混凝土回灌技術能有效減少混凝土回灌次數，通常只需進行一次回灌，節約工期及施工成本；③孔口護壁鋼護筒長度僅3m，鋼護筒拔出后樁頂混凝土液面下降較小，可通過增加一定超灌量進行平衡，有利于控制樁頂混凝土質量。

缺點包括①樁頂區域樁身混凝土會與周邊塊石相互嵌固，承臺土方開挖時對樁頂混凝土會產生一定影響；②會增加一定的樁芯建筑垃圾，可能對環境保護有一定影響。

2.3 方案比選

通過三個方案的對比分析，方案一因回填層塊石較多且松散過厚，1000mm鉆頭鉆穿回填層過程中便容易塌孔，對大部分樁而言，現場實際難以實現，且成樁后對樁身質量控制難度較大；方案二增加成本較大，所需工期較長，不能滿足現場工期要求；方案三所需工期較短，節約施工成本，對質量影響小。綜上所述，本工程采用方案三進行旋挖成孔灌注樁施工。

3 施工過程

3.1 施工試成樁

根據地勘報告，本工程正式施工前先進場一臺中聯重科ZR360C-3K 型旋挖鉆機進行施工試成孔，但4根樁中3根均出現嚴重塌孔現象，無法正常成孔（圖1～圖3），僅1根樁在鋼護筒防護下完成成孔，但在護筒拔出后樁頂混凝土液面出現較大沉降量，承臺開挖后發現樁身混凝土大量嵌入周邊塊石間隙并與塊石相粘結（圖4）。

圖1 試成樁1

圖2 試成樁2

圖3 試成樁3

圖4 試成樁4

3.2 鋼護筒+混凝土回灌施工

（1）鋼護筒制作及安裝。施工前采用厚度12mm的Q235 鋼板定制直徑1000m 高度3.5m 的鋼護筒。樁位放線定位后先采用1000mm鉆頭旋挖機下鉆，并時刻注意觀察孔口、孔壁穩定情況，鉆至3m 孔深后使用挖機配合汽車吊吊放鋼護筒至孔底。

（2）混凝土回灌。鋼護筒安裝好后更換800mm 鉆頭繼續下鉆至碎塊石回填層底，并回填C15 混凝土至鋼護筒位置。

（3）終孔驗收及混凝土澆筑。C15 混凝土回填24h后，采用800mm 鉆頭下鉆至設計樁底標高清孔驗收后下放鋼筋籠及導管，通過再次孔底沉渣厚度驗收合格后及時澆筑混凝土[4]，并比設計超灌高度多澆筑一定高度，防止鋼護筒拔出后超灌高度不足影響樁頂混凝土質量。

3.3 施工要點

（1）鋼護筒護壁深度宜控制在3m左右，不易過深。一方面下鉆超過3m 后可能導致塌孔，超過4m 后極易塌孔；另一方面鋼護筒護壁深度過深拔出后，樁頂混凝土液面沉降量大，對樁頂混凝土質量有一定影響。

（2）鉆頭鉆透回填層后應立即采用C15 混凝土回灌。施工過程中有個孔鉆透回填層后因孔壁看似穩定未采用C15混凝土回填，后鉆至孔深8m 處上部回填層塌孔，從而增加了混凝土回填量及施工工期。

（3）C15 混凝土回灌后宜24h 左右進行二次鉆孔。時間過短回灌混凝土未形成強度，不能起到有效的護壁效果，時間過長回灌混凝土強度過高影響二次成孔效率及施工工期。

（4）樁身混凝土澆筑時應比設計超灌高度多澆筑一定高度。鋼護筒拔出后，樁身混凝土會滲流至周邊塊石間隙，導致樁頂混凝土液面沉降。為保證樁頂混凝土強度，在樁身混凝土澆筑時應比設計超灌混凝土高度多澆筑一定高度，確保鋼護筒拔出后混凝土液面高度符合設計超灌高度要求。

（5）承臺基坑土方開挖時應從距離樁身遠處開始下挖，靠近樁身處必要時采用人工刨除，避免因樁身混凝土嵌固于塊石間，開挖時對樁身產生擾動和損壞。

4 結語

現場工程實際檢驗表明，采用鋼護筒+混凝土回灌施工技術有效解決了深厚碎塊石回填土層中旋挖樁灌注樁成孔困難、塌孔嚴重的問題，保障了現場施工安全、質量及工期并控制了施工成本。相比鋼護筒護壁施工，現場實施更具可行性，樁頂混凝土強度質量更能得到保障；相比混凝土回灌護壁技術，節省了施工工期和成本，鋼護筒可循環利用并進行回收，增加的少量樁芯建筑垃圾可通過現場合理利用進行消化處理，符合綠色環保的施工要求。