復(fù)雜地質(zhì)成樁工藝探究旋挖鉆與長螺旋鉆機(jī)接力成孔

潘博文 張勝斌 楊昆昆

0 引言

樁基礎(chǔ)是建筑地基處理中較為常見的一種處理方式，針對復(fù)雜的地質(zhì)情況采用合適的成孔鉆機(jī)顯得尤為重要。河北省第四屆園林博覽會建設(shè)項目山水邯鄲主場館主要由雜填土、建筑垃圾、礫石、粉質(zhì)黏土等組成，選用合適的施工鉆機(jī)成孔關(guān)系到場館乃至整個項目的工期。

經(jīng)過試樁，采用長螺旋鉆機(jī)無法穿透鋼渣層以及粉質(zhì)黏土層；采用旋挖鉆機(jī)，穿過雜填土層進(jìn)入第二層礫石層時，出現(xiàn)礫石持續(xù)塌孔，旋挖鉆在該孔深處始終無法進(jìn)尺。項目部最終決定采用旋挖鉆機(jī)+長螺旋鉆機(jī)接力成孔的方式進(jìn)行施工，成樁效率大大提高，保證了整個項目的順利完工。

1 工程概況

山水邯鄲主場館位于邯鄲市復(fù)興區(qū)齊村南側(cè)，該區(qū)域原為沁河老河道，邯鋼十幾年前開始在此地排放鋼渣等煉鋼廢棄物，下面埋有舊廠房舊混凝土路等。山水邯鄲主場館范圍內(nèi)為 CFG地基處理，CFG 樁徑 700mm，樁長 20m。山水邯鄲周邊金屬網(wǎng)架基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁，樁徑 700mm，樁長 15m、20m、25m。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

經(jīng)地勘報告顯示，山水邯鄲主場館基底標(biāo)高-3.200m 以下，第一層為雜填土，主要有鋼渣及其板結(jié)層、建筑垃圾、舊基礎(chǔ)、砼路面并含有少量生活垃圾，堆積時間 5 年，成分不均勻，層厚 3.60～9.60m；如圖1 所示。第二層礫石，母巖成分為中風(fēng)化砂巖，顆粒多呈亞圓形，粒徑 2～50mm，卵石含量較少，級配一般，充填物為中砂，夾淤泥，層厚 0.50～4.00m；如圖2 所示。第三層粉質(zhì)粘土，棕黃色，夾灰綠色條帶，硬塑～堅硬，切面稍光滑，稍有光澤，干強(qiáng)度和韌性中等，搖振無反應(yīng)，含鈣質(zhì)結(jié)核及褐色團(tuán)塊，局部見膠結(jié)，夾粘土及砂薄層，層厚23.10～27.70m。

圖1

地下水位埋深 0.00～8.20m，穩(wěn)定水位高程 78.05～78.81m，歷史最高水位高程約 81.50m。場地內(nèi)含水層主要為第一層填土，屬潛水，水位升降主要受大氣降水及河流滲透補(bǔ)給。

圖2

3 成樁工藝的探索

自 2019 年 11 月 4 日開始，按照設(shè)計圖紙要求進(jìn)行試樁，探索成樁工藝。

方案一采用兩臺 480 功率的長螺旋鉆機(jī)進(jìn)行成孔試驗，在鋼渣板結(jié)的孔位上，鉆頭無法磨碎板結(jié)層而繼續(xù)鉆進(jìn)；在無堅硬地層的孔位上，當(dāng)鉆桿穿透第二層礫 石層進(jìn)入第三層粉質(zhì)黏層后，由于粉質(zhì)粘土抱鉆產(chǎn)生的巨大摩阻力，此小功率鉆 機(jī)無法克服摩阻力繼續(xù)成孔。

方案二采用 SR280C 旋挖鉆機(jī)，在泥漿護(hù)壁的情況下進(jìn)行成孔。由于第二層為礫石層，在礫石層完成護(hù)壁，需要調(diào)大泥漿比重，因此采用 1 ∶4 比重的泥漿進(jìn)行成孔試驗。在旋挖鉆穿過雜填土層進(jìn)入第二層礫石層時，出現(xiàn)礫石持續(xù)塌孔，旋挖鉆在該孔深處始終無法進(jìn)尺。后將泥漿比重調(diào)整至 1.5 后，該情況并未得到解決，成孔失敗。

為解決此難題，項目部技術(shù)團(tuán)隊提出兩種方法，分別是：旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)、旋挖鉆和長螺旋鉆機(jī)接力成孔，項目部對兩種方法進(jìn)行了評估：（1）旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)施工速度慢，機(jī)械費高，成樁質(zhì)量易保證；（2）旋挖鉆和長螺旋鉆機(jī)接力成孔施工速度快，費用低，對鉆機(jī)操作工技術(shù)要求較高。

配備 10 臺旋挖鉆全護(hù)筒跟進(jìn)的方案下，施工成本為6 841 854 元，平均每天成樁 40 根（包括機(jī)械故障、原材料供應(yīng)不足等因素），工期為 1 804/40=46 天。配備 3 臺旋挖鉆+10臺 680 長螺旋鉆機(jī)接力成孔的方案下，施工成本為4 038 498 元，平均每天成樁 80 根（包括機(jī)械故障、原材料供應(yīng)不足等因素），工期為 1 804/80=23 天。

經(jīng)分析，旋挖鉆和長螺旋鉆機(jī)接力成孔經(jīng)濟(jì)合理，能夠滿足工期要求。然而還需要解決一個難題，長螺旋鉆機(jī)進(jìn)入第三層粉質(zhì)黏土后，由于粘性大，黏土將鉆頭和螺旋鉆桿緊緊包住，附著了黏土的鉆頭失去切削土體的能力，鉆桿出現(xiàn)空鉆不進(jìn)尺的情況。

項目部經(jīng)過研究和探索，找到了如下方法：在每臺長螺旋鉆機(jī)上加裝空壓機(jī)，導(dǎo)氣管從空壓機(jī)出來后通過鉆桿通到鉆頭處，鉆桿上焊接角鋼對導(dǎo)氣管進(jìn)行保護(hù)。在鉆進(jìn)過程中，空壓機(jī)將高壓氣體通過導(dǎo)氣管傳到鉆頭處，鉆頭處的出氣口將附 著在鉆頭的黏土吹落，使得鉆頭始終保持良好的切削土體的能力，如圖3、圖4 所示。

圖3

圖 4

4 方案介紹

4.1 CFG 施工方法

（1）埋設(shè)護(hù)筒：采用直徑 1.0m 的鋼護(hù)筒埋深 1.5m，護(hù)筒中心軸線對正測定的樁位中心，嚴(yán)格控制護(hù)筒的垂直度，穩(wěn)定孔口土壤和保護(hù)孔壁不坍塌。

（2）旋挖鉆機(jī)成孔：鉆機(jī)就位，精準(zhǔn)調(diào)平，確保施工中不發(fā)生傾斜移位。采用十字交叉法對中孔位。啟動鉆機(jī)慢速運轉(zhuǎn)研磨板結(jié)層，不可進(jìn)尺太快，鉆機(jī)過程中用檢測尺隨時觀察檢測，調(diào)整和控制鉆桿垂直度。在穿過雜填土層后（約在操作面以下7～8m 的位置）進(jìn)入礫石層之前，提起鉆桿移開旋挖鉆。

（3）長螺旋鉆機(jī)接力成孔：長螺旋鉆機(jī)就位，調(diào)整鉆桿垂直度變差小于 1%，樁位偏差控制在 0.4 倍樁徑以內(nèi)。鉆桿下達(dá)礫石層位置，啟動動力頭，啟動空壓機(jī)，鉆進(jìn)速度控制在1.5～2.5m/min 以內(nèi)。達(dá)到設(shè)計深度后，空轉(zhuǎn) 30s 停鉆。

（4）灌注混凝土成樁：成孔達(dá)到設(shè)計深度后，用高壓泵將混凝土通過導(dǎo)管和鉆桿送至孔底，提鉆速度必須與混凝土泵送速度一致，勻速提鉆并保證鉆頭始終埋在混凝土內(nèi)，在穿過礫石層時（約 2～3m）特別注意提鉆要慢，防止礫石坍塌造成樁身縮頸。鉆桿提升出孔位后，保護(hù)好樁頭，就此成樁完成。

4.2 鋼筋混凝土灌注樁施工方法

鋼筋混凝土灌注樁成樁工藝在完成（1）～（4）后，采用后插筋工藝進(jìn)行鋼筋籠的下插。

將鋼筋籠按照設(shè)計圖紙要求綁扎成型，特別注意在端頭1m 范圍內(nèi)加工成圓錐狀。將振動錘連接振動管，振動管穿過鋼筋籠，吊裝就位調(diào)整好鋼筋籠垂直度和樁位偏差后，先靠自重將鋼筋籠壓入未初凝的混凝土中，至無法壓入時再啟動振動錘將鋼筋籠振入設(shè)計標(biāo)高。這樣能防止振動錘振動導(dǎo)致鋼筋籠偏移。下插至設(shè)計標(biāo)高后上提振動錘，提升過程中每提3m開啟振動錘一次，以保證混凝土的密實性，如圖5 所示。

圖5 效果檢查

在采用了接力成樁工藝后，統(tǒng)計得出節(jié)省工期 23 天，節(jié)約成本 2 803 356 元。經(jīng)第三方檢測單位檢測，Ⅰ類樁占比91%，Ⅱ類樁占比 8%，樁身承載力全部滿足設(shè)計要求，在如此復(fù)雜地質(zhì)中，保證了成樁質(zhì)量。

5 結(jié)束語

在復(fù)雜的地質(zhì)中，由于地層條件多樣，成樁中會遇到多種不可控因素，需要解決各種突發(fā)問題。為保證順利成樁和成樁質(zhì)量，需要多方案試驗，比選各方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性，來確定最佳施工方案。