張開傳

(中國煤炭地質(zhì)總局一七三勘探隊，河北 涿州 072750)

0 引言

城市高層建筑物的建設(shè)、地下空間的開發(fā)，使得基坑開挖深度越來越深，開挖深度超20m的基坑越來越多。面對如此深的基坑開挖，要保證基坑自身的邊坡安全，以及減少對周邊已有建筑物、地下管線的影響，必須進行基坑支護，而在基坑支護工程中護坡樁應(yīng)用十分普及。

由于基坑開挖深度大，在很多護坡樁支護工程施工中經(jīng)常會遇到卵石，給施工護坡樁增大了難度。卵石地區(qū)成樁方式大致有：沖擊法(工效低)，反循環(huán)法(適應(yīng)小粒徑卵石)，人工挖孔法(無水、風(fēng)險大)，長螺旋法，旋挖法(需泥漿護壁或全套管、成本高)。

本文針對北京某地區(qū)的基坑工程卵石的特性以及地下水位深的條件，利用長螺旋通過現(xiàn)場工藝實驗、鉆具改進，成功進行了卵石的護坡樁施工，獲得了一種實用的粘性土改良孔壁干成孔施工工藝。

1 工程背景

該工程位于北京市豐臺區(qū)盧溝橋鄉(xiāng)麗澤金融商務(wù)區(qū)某地塊，西距麗澤橋約300m，場地北側(cè)為麗澤路并與地鐵14#線東管頭車站緊鄰(結(jié)構(gòu)完成)，場地其它側(cè)面均為市政道路。

建設(shè)規(guī)模：建設(shè)場地占地面積約21 103.2m2，地上建筑面積約155 000m2，地下建筑面積約80 000m2，本工程由兩座塔樓(A座：45層；B座：32層)、裙房(C座：4層；D座：4層)及純地下室等組成。其中西側(cè)A座塔樓規(guī)劃控制規(guī)劃高度為200m，東側(cè)B座規(guī)劃控制高度150m。擬建工程建筑基結(jié)構(gòu)設(shè)計條件詳見表1。

表1 擬建工程基本設(shè)計條件

基坑規(guī)模：基坑面積約17 000m2，土方量約390 000m3，基坑開挖深度約22.45m，局部約24.45m，采用復(fù)合土釘墻+樁錨支護結(jié)構(gòu)體系。

1.1 地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地內(nèi)地層按其成因類型、沉積年代劃分為人工填土層、第四紀沉積層和新近系泥巖、礫巖層。按其工程性質(zhì)，將鉆探深度內(nèi)的地層分為15個主層13個亞層(本區(qū)最大勘探深度100.00m)，其自上而下第1層層為人工填土層，2～9層為第四紀沉積層，10層以下為新近系泥巖、礫巖層。主要土層的物理力學(xué)參數(shù)見表2：

1.2 地下水

外業(yè)鉆探期間，沒有發(fā)現(xiàn)上層滯水，測得地下水位埋深為28.62～29.00m。水位在護坡樁底以下，這為護坡樁干法施工提供了有利條件。

2 基坑支護方案設(shè)計

2.1 非基坑支護設(shè)計主要參數(shù)

場地±0.00=45.00m。支護形式：復(fù)合土釘墻+護坡樁+預(yù)應(yīng)力錨桿；護坡樁：樁徑ф800mm，樁間距1 600mm；樁頂標高為-7.00m，樁底標高-26.95m，有效樁長19.95m。樁頂連梁斷面尺寸800mm×600mm。護坡樁及連梁混凝土強度為C25。(圖1a)

表2 土層主要物理力學(xué)參數(shù)

2.2 地鐵側(cè)基坑支護設(shè)計主要參數(shù)

場地±0.00=45.00m。支護形式：土釘墻+護坡樁+預(yù)應(yīng)力錨桿；護坡樁：樁徑ф1 000mm，樁間距1 600mm；樁頂標高為-12.20m，樁底標高-28.60m，有效樁長16.40m；樁頂連梁斷面尺寸1 000mm×1 000mm。護坡樁及連梁混凝土強度為C25。(圖1b)

3 基坑護坡樁施工

3.1 卵石成孔工藝試驗

經(jīng)資料分析：由于本工程地下水位埋深大，無外來水補給(老舊管線全部截斷)，各地層滲透性好。因此本工程施工完全可以實施干法作業(yè)。根據(jù)設(shè)計方案首先要進行上部復(fù)合土釘墻施工(-7.00m)，然后進行護坡樁施工，從地層情況看整個護坡樁完全落在砂卵石層里。經(jīng)對各種成樁孔工法及成本分析對比，決定護坡樁采用長螺旋成孔施工。為此，在上部(-7.00m)復(fù)合土釘墻施工前，首先在場地中部位置開挖了20m×30m深度6.50m的基坑進行下部護坡樁成樁工藝試驗。

3.1.1 鉆機參數(shù)

鉆機是履帶式雙動力系統(tǒng)鉆機：螺旋鉆具旋轉(zhuǎn)采用雙電機動力頭(110kW)提供動力；鉆機行走，鉆具提升，挺桿升降等為柴油動力。螺旋鉆具芯管內(nèi)徑ф273mm、壁厚20mm，標準節(jié)每節(jié)4 500mm，法蘭加摩擦塊連接。動力頭轉(zhuǎn)速17r/m。

3.1.2 成孔工藝試驗

鉆機組裝，調(diào)試完成后，試驗開始：鉆機輕松鉆至6m，提升鉆具。觀察鉆孔：鉆孔完好，孔口細砂稍有坍塌，孔深5m。繼續(xù)下鉆具鉆進，鉆至10m后提升鉆具，測量孔深7.0m，觀察發(fā)現(xiàn)不是整個鉆孔出現(xiàn)坍塌，而是在5.5m位置處有1.5m左右高、大半個孔出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，孔口砂層出現(xiàn)直徑1.2m、高0.8m的漏斗型坍塌。

分析：出現(xiàn)這種局部塌落可能是在鉆進過程中正巧趕上大粒徑的卵石處在鉆孔周邊，鉆具把它“驚動”出現(xiàn)局部顆粒失穩(wěn)引起的。因為鉆頭切削不動卵石，只能把整個卵石“連根拔起”，而整個卵石是穩(wěn)定的，這說明這種卵石的直立性很強，只是顆粒間失穩(wěn)。

在鉆進過程中使用了挖掘機配合清理鉆出的卵石，發(fā)現(xiàn)灑落在地面土上的卵石被挖掘機履帶碾壓過后，地面堅硬無比。受此啟示，決定把鉆出的卵石拌合上粘性土回填到孔中，壓實，然后進行重新鉆進。試驗結(jié)果顯示：復(fù)鉆至10m，提升鉆桿，發(fā)現(xiàn)在原來坍塌的孔口旋鉆出了一個完好的夾泥卵石質(zhì)井口臺，鉆孔坍塌處被修補，呈現(xiàn)出一個完整的鉆孔。又進行了幾次上下提鉆，鉆具都未對鉆孔造成損壞，試驗初步獲得成功。繼續(xù)往深處鉆進，提升鉆具，測量觀察鉆孔，遇塌孔處回填拌合好的“人造卵石粘性土材料”，再鉆進；如此反復(fù)，成功鉆出一個孔壁光滑的合格鉆孔。

(a)直徑800mm樁

(b)直徑1000mm樁(地鐵側(cè))圖1 基坑支護設(shè)計剖面Figure 1 Foundation pit support designed section

隨后又進行了多方面的試驗，并對其中一個鉆孔孔口做了安全警戒防護，進行了長達20d的靜置觀察(因土方開挖才回填)。觀察發(fā)現(xiàn)鉆孔完好，沒出現(xiàn)孔壁損壞塌孔現(xiàn)象。最終決定采用該方法進行基坑下部的護坡樁施工。

3.1.3 工藝總結(jié)

①長螺旋在鉆進排土過程中對孔壁的擠壓力很大，靠這種側(cè)壓力把回填的泥質(zhì)卵石土擠壓到坍塌空洞處，形成孔壁支護。

②鉆頭改進。鉆進卵石層不可能把其切削碎，只能把整個卵石層攪動弄松擠到葉片往上輸送。因此，鉆頭鉆齒角度加大，形成鋒利的犬齒，以翻動整個卵石顆粒。由于磨損嚴重，應(yīng)提前備足，便于更換，鉆齒可借用當前旋挖斗的斗齒(子彈頭)。

③實際施工時回填粘土只需填到超過坍塌位置即可，而且可以直接回填粘性土，無需另添加卵石(因為在重鉆時所填粘土首先被鉆具旋壓進坍塌處，下面鉆上的砂卵石會持續(xù)擠入其中，進而形成穩(wěn)定的泥質(zhì)卵石層)，土質(zhì)不應(yīng)太濕太粘。

④上下鉆具時一定要邊旋轉(zhuǎn)邊升、降，避免磕碰孔壁，而且還可以進一步加固孔壁。

⑤當鉆進下部粘土夾層時，鉆出的土在往上排出過程中又進一步修補了孔壁，使得孔壁光滑。

⑥在上部復(fù)合土釘墻施工土方開挖時要提前預(yù)留出上部的素填土及粉質(zhì)粘土，以備下步護坡樁施工護壁需用，每孔可按4m3預(yù)留。

3.2 基坑護坡樁施工

工藝試驗解決了鉆孔護壁問題，基坑上部土釘墻施工完成后，開始基坑護坡樁的施工(圖2)。

圖2 護坡樁施工工序Figure 2 Slope protection pile construction procedure

考慮鉆孔間的相互影響，采用跳開兩個樁位施工，由于鉆機設(shè)有副卷揚提升裝置，還可以吊放鋼筋籠，進而又可節(jié)儉了施工機械；本工程由于北側(cè)臨地鐵14#線東管頭車站(其結(jié)構(gòu)已完工)，按設(shè)計要求還進行了ф1 000mm的護坡樁施工。

4 基坑開挖與檢測

本工程于2014年初基坑開挖至坑槽底部(深度22.0m預(yù)留0.50m)，開挖顯示護坡樁樁身平整光滑，說明鉆孔沒有塌孔現(xiàn)象(圖3)。經(jīng)第三方檢測單位長期跟蹤監(jiān)測：地面沉降觀測、坡頂及護坡樁頂?shù)乃轿灰朴^測、樁身測斜管測斜等，檢測數(shù)據(jù)完全在設(shè)計及規(guī)范要求范圍內(nèi)，基坑穩(wěn)定。而且由于客觀原因，本基坑至少還要使用到2017年的下半年，這也從另一方面進一步檢驗了這種護坡樁成樁工藝的可靠性。

圖3 基坑開挖效果Figure 3 Foundation pit excavation effect

5 結(jié)論

本文通過在北京某地區(qū)深基坑護坡樁施工的實踐，提出了在無水卵石中利用長螺旋進行干成孔施工的實用工藝：鉆孔回填粘性土，利用長螺旋鉆具排土過程中對鉆孔孔壁的擠壓作用，使得鉆孔坍塌處以及鉆孔不穩(wěn)定位置重新擠壓成一種所謂“人造泥質(zhì)卵石”護壁層的成孔施工工藝。這種施工工藝具有：

①施工快捷，簡單，省時。成孔、吊放鋼筋籠、澆注混凝土一機完成，無需另外機械設(shè)備。

②成孔質(zhì)量好?？讖匠叽缫?guī)范，無縮徑、擴徑現(xiàn)象。

③樁孔混凝土澆灌方便。成孔和混凝土澆灌互不影響，商砼澆注可以避開城市交通限時的約束，不拖泥帶水，施工現(xiàn)場干凈，改善了施工環(huán)境。

④節(jié)儉。所用護壁粘性土可就地取材；樁身混凝土用量接近理論計算用量。

⑤環(huán)保。對所在地層不造成任何污染；鉆機雙動力，且依電力為主，減少廢氣物排入大氣。

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