振動錘下鋼護筒氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔施工技術(shù)

陳雪峰， 孫金柱

(江西省昌水建設(shè)工程有限公司，江西 南昌 330095)

1 概述

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，各種高層及超高層建筑不斷出現(xiàn)，要求基礎(chǔ)的承載力愈來愈大。旋挖鉆機因其成孔鉆進效率高的優(yōu)勢，應(yīng)用越來越廣泛。在江西南昌地區(qū)，由于地層含砂量大，旋挖成孔后，沉渣控制一直是個難題，且有多個項目因為現(xiàn)場管控不嚴，造成了質(zhì)量事故，因此設(shè)計院大多不設(shè)計旋挖鉆孔灌注樁。

德安集貿(mào)市場樁基項目因為工期較緊，原設(shè)計方案有沖孔灌注樁和長螺旋鉆孔壓灌樁兩套方案，試樁施工首先采用沖孔樁，但實際成樁效率非常低，沖孔樁形成的泥漿容易造成對環(huán)境的污染，沖孔樁首先被否定。長螺旋鉆孔壓灌樁由于需要提前進行土方開挖的缺點，不能立即開展施工工作，而且造價偏高。最后業(yè)主選擇了旋挖鉆孔灌注樁，利用振動錘下鋼護筒配套氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)解決沉渣問題，解決了業(yè)主的擔(dān)憂。

振動錘下鋼護筒配套氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)在德安集貿(mào)市場樁基與基坑圍護工程中屬于在九江地區(qū)工民建項目上的首次應(yīng)用，應(yīng)用效果良好，實踐證明完全可行，值得推廣。

2 工程概況

2.1 設(shè)計概況

德安集貿(mào)市場工程位于德安縣石橋路，東臨博陽河。擬建地下室面積16049 m2，擬建6棟高層住宅樓和5棟商業(yè)樓及配套設(shè)施，采用框架結(jié)構(gòu)。樁基礎(chǔ)類型主要為旋挖鉆孔灌注樁，總樁數(shù)約為650根，鉆孔灌注樁直徑700、800、900 mm，樁端持力層為中風(fēng)化板層，入持力層深度不小于2倍樁徑。

2.2 工程地質(zhì)條件

場地地層自上而下分布及物理力學(xué)性質(zhì)如下：

①雜填土(Qml)：褐黃、灰色等，顏色較雜，濕，主要為粘性土和建筑垃圾，回填時間較長，鉆孔揭露厚度1.80～7.00 m。

②粉質(zhì)粘土(Q4al)：灰色，濕，軟塑狀，高壓縮性，搖振反應(yīng)強，干強度低，韌性差。在場地局部分布，鉆孔揭露厚度1.70～7.90 m。

③粉質(zhì)粘土(Q4al+pl)：黃褐、灰褐色，濕，軟塑-可塑狀，土質(zhì)均一性較差，切面較光滑，中等壓縮性，無搖振反應(yīng)，干強度中等，韌性中等。在場地內(nèi)廣泛分布，鉆孔揭露厚度1.30～8.00 m。

④礫砂(Q3al+pl)：灰、淺灰色，飽和，中密，主要成分為石英砂巖及砂巖等，粒徑>20 mm約占20%，2～20 mm約占45%，余為中細砂及粘性土。在場地內(nèi)廣泛分布，鉆孔揭露厚度0.40～5.10 m。

⑤強風(fēng)化板巖(Pt)：灰、青灰色，巖體風(fēng)化劇烈，原巖結(jié)構(gòu)可辨認，片狀結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖心呈短柱狀、塊狀，錘擊聲啞，易碎，為軟巖，巖石質(zhì)量等級為Ⅵ。全場分布，鉆孔揭露厚度1.40～8.50 m。

⑥中風(fēng)化板巖(Pt)：灰、青灰色，中風(fēng)化，片狀結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，中厚層狀，裂隙、節(jié)理發(fā)育，巖心呈短柱狀、柱狀，部分塊狀，巖石較軟，為軟巖，暴露后易風(fēng)化潮解、軟化，巖石質(zhì)量等級為Ⅴ。全場分布，未穿透，鉆孔揭露厚度1.60～13.90 m。

2.3 地下水埋藏條件

從各鉆孔中測到的地下水埋深為1.1～5.8 m，地下水主要為孔隙水，賦存于第①層雜填土、②、③層粉質(zhì)粘土的上層滯水和④層礫砂中的孔隙水；第⑤層強風(fēng)化板巖、⑥層中風(fēng)化板巖為基巖裂隙水，含水量相對較弱。根據(jù)觀察，場地內(nèi)地下水的水位變化不大。根據(jù)地區(qū)水文資料，場地內(nèi)地下水補給主要為大氣降水和側(cè)向補給，變幅和含量受季節(jié)性控制，雨季中地下水位升高，水量相應(yīng)增加。第④層礫砂為主要含水層，其容水量、給水量較大。

3 工程特點及施工難點

本工程位于德安縣石橋路，東臨博陽河，場地地勢低洼，遇到雨天極易積水。地下有眾多管道等老舊障礙物，中風(fēng)化板巖入巖難度大，進尺效率低下，礫砂層成孔極易垮孔，如何解決鉆孔護壁是一大問題，旋挖樁清孔往往效果比較差，對嵌巖樁來說是十分不利的因素，如何確保清孔滿足設(shè)計要求也是本工程的難點。

4 成樁技術(shù)措施

4.1 導(dǎo)孔的施工

在旋挖鉆機就位以后，先預(yù)鉆一個深1 m左右的導(dǎo)孔，導(dǎo)孔的直徑只要能順利放入鋼護筒即可。

4.2 鋼護筒的安裝埋設(shè)

利用履帶式振動錘在導(dǎo)孔處安裝長度8～10 m/節(jié)的鋼護筒，振動埋設(shè)過程中注意保證護筒的垂直度，隨時進行微調(diào)。要視樁位的地質(zhì)情況來取舍需要接入鋼護筒的節(jié)數(shù)或長短，以及壓入鋼護筒的方法。

4.3 單樁施工工藝流程

單樁施工工藝流程為：平整現(xiàn)場→測放樁位→施工導(dǎo)孔→吊裝安放第一節(jié)鋼護筒→壓入第一節(jié)鋼護筒→取土成孔→測量垂直度、孔深→氣舉反循環(huán)清孔→吊放鋼筋籠→灌漿導(dǎo)管安裝→灌入混凝土逐次拔管→成樁維護→鉆機移位。

主要工序要點如下。

(1)垂直度的檢測。在用振動錘壓鋼護筒時，樁位垂直度的檢測一般為抽樣檢查。

(2)吊放鋼筋籠。對于需放置鋼筋的樁孔，成孔檢查合格后進行安放鋼筋籠工作。安裝鋼筋籠時應(yīng)采取有效措施保證鋼筋籠標高的正確。

(3)氣舉反循環(huán)清孔。在下完鋼筋籠和導(dǎo)管后進行氣舉反循環(huán)清孔法清孔，孔內(nèi)泥漿水位應(yīng)高出地下水位1.5 m以上。

(4)灌注樁心混凝土。如孔內(nèi)有水時需采用水下混凝土灌注法施工；如孔內(nèi)無水時則采用干孔灌注法施工，此時應(yīng)加強振搗。

(5)拔管成樁。一邊灌注混凝土一邊拔管，用振動錘起拔護筒套管，要注意鋼護筒起拔過程中混凝土面下降的問題，最后完全拔出前補灌混凝土數(shù)量要準確足夠。

(6)成樁維護。灌注后的單樁，總會存在縮徑、承載力不足等等缺陷，進行事后補救維護是必須的。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 控制護筒埋設(shè)孔位

為了保證鉆孔樁的垂直度，應(yīng)嚴格控制護筒的定位誤差，護筒定位誤差的允許值見表1，使用振動錘埋設(shè)護筒過程中遇到進尺困難特殊情況，應(yīng)先查明原因，防止護筒底部卷邊影響到定位困難。

表1 鋼護筒定位誤差允許值mmTable 1 Permissible value of positioning error of steel casingmm

5.2 單樁垂直度的控制

為了保證成樁質(zhì)量，除嚴格控制孔口定位誤差外，還應(yīng)對其垂直度進行嚴格的控制，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)規(guī)定，樁的垂直度偏差<5‰。

成孔過程中要控制好樁的垂直度，必須抓好以下3個環(huán)節(jié)。

5.2.1 鋼護筒的順直度檢查和校正

鉆孔施工前應(yīng)在平整地面上進行鋼護筒順直度的檢查和校正，首先檢查和校正單節(jié)的順直度，然后將按照樁長配置的鋼護筒全部連接起來進行整根的順直度檢查和校正。單節(jié)(8 m)的順直度偏差<4 mm。

5.2.2 成孔過程中樁的垂直度監(jiān)測和檢查

(1)地面監(jiān)測。用SR系列旋挖鉆機時，可自動保證垂直度在5‰范圍以內(nèi)。

(2)孔內(nèi)檢查。每節(jié)鋼護筒下壓完成后安裝下一節(jié)鋼護筒之前，可視施工過程中樁孔垂直度的變化規(guī)律，定期安排一定頻次的抽樣檢查，即停下來用測斜儀進行孔內(nèi)垂直度檢查。

5.2.3 糾偏

成孔過程中如發(fā)現(xiàn)垂直度偏差過大，必須及時糾偏。

5.3 預(yù)防“浮籠”

由于鋼護筒內(nèi)壁與鋼筋籠外緣之間的間隙較小，灌注樁心混凝土起拔護筒的時候，鋼筋籠將有可能被護筒帶著一起上浮形成“浮籠”。一般用振動錘起拔護筒時因高頻振動的液化減摩效應(yīng)，“浮籠”現(xiàn)象極少發(fā)生。此外，尚可采取如下改進措施：

(1)確保灌樁混凝土的和易性良好，滿足其粗骨料粒徑<20 mm的要求。

(2)鋼筋籠的加工尺寸應(yīng)確保精確，在轉(zhuǎn)運、吊裝過程中采取可靠措施防止鋼筋籠扭曲變形。

(3)在鋼筋籠底部加焊一塊比鋼筋籠略小的薄鋼板，增加其抗浮能力。

5.4 預(yù)防灌注高度不足

起拔鋼護筒后混凝土?xí)l(fā)生回落現(xiàn)象，回落的高度達2～3 m，個別孔壁極易坍塌樁孔會達5 m，為防止今后出現(xiàn)接樁事故，在最后灌注完成后在完全起拔護筒前，需根據(jù)下落高度計算出多灌注混凝土量進行補灌。

5.5 氣舉反循環(huán)清孔工藝操作要點

(1)導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300～400 mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55～0.65來確定。

(2)主要參數(shù)：空壓機的風(fēng)量6～9 m3/min，導(dǎo)管出水管直徑>200 mm，送風(fēng)管直徑(水管)25 mm，漿氣混合器用?25 mm水管制作，在1 m左右長度范圍內(nèi)打6排、每排4個?8 mm孔即可。

(3)開始送風(fēng)時應(yīng)先孔內(nèi)送漿(補漿)，停止清孔時應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴防因補漿不足(水頭損失)而造成塌孔。

(4)送風(fēng)量應(yīng)從小到大，風(fēng)壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力，當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時，可適當(dāng)加大送風(fēng)量，并搖動出水管(導(dǎo)管)，以利排渣。

(5)隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管(導(dǎo)管)應(yīng)同步跟進，以保持管底口與沉淤面的距離。

(6)清孔后，孔內(nèi)泥漿密度<1.20 kg/L，粘度18～20 s，孔底沉渣厚度≤5 cm。

(7)反循環(huán)法清孔時所需風(fēng)壓P的計算。

P=γsh0/1000+ΔP

式中：γs——泥漿重度，一般取12 kN/m3；h0——混合器沉沒深度，m；ΔP——供氣管道壓力損失，一般取0.05～0.1 MPa。

6 施工效果

(1)開挖后發(fā)現(xiàn)樁身完整，成樁效果良好，樁基檢測全部滿足設(shè)計要求；

(2)施工進度滿足業(yè)主要求，在條件非常惡劣的條件下，圓滿完成施工任務(wù)；

(3)開創(chuàng)了江西九江地區(qū)旋挖樁施工采用振動錘下鋼護筒、氣舉反循環(huán)二次清孔施工的先例。

7 結(jié)語

7.1 項目創(chuàng)新性與適用性

在工民建領(lǐng)域，該項目為江西省九江地區(qū)首個采用振動錘下鋼護筒配套氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔樁施工技術(shù)的樁基項目，目前已經(jīng)驗收完畢，質(zhì)量優(yōu)良。在施工過程采用了振動錘下鋼護筒配套氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔施工工藝，具有較好的創(chuàng)新性和適用性。

7.2 項目經(jīng)濟和社會效益

項目取得了很好的社會效益，采用振動長護筒護壁施工工藝解決了孔口塌方問題和氣舉反循環(huán)清孔徹底解決旋挖樁清底難以干凈的工程難題，完美解決了甲方前期在沖孔樁和長螺旋樁方案選擇上的困頓，為甲方贏得了工期，也大大有利于甲方土方開挖一次性進行的需要。我司也取得較好的經(jīng)濟效益。該項目是德安市重點招商引資項目，現(xiàn)場場地低洼，在該地段施工難度非常大，需要超強的施工管理水平，整個基礎(chǔ)施工期間沒有對周邊居民和建筑物產(chǎn)生不良影響，基本做到“零污染、零投訴”，為公司在相類似地段施工取得了寶貴經(jīng)驗。

8 其他需要改進的建議

需要重點加強振動錘下鋼護筒定位的準確性及樁垂直度的控制；利用氣舉反循環(huán)清大直徑孔效果欠佳，需加大風(fēng)量；另外還需加強混凝土灌注高度的控制，防止后續(xù)出現(xiàn)難以接樁的情況。