李世民 駱發(fā)江 李 鵬 于春宏 劉玉果 李 勇 袁科明 李 毅

中建三局集團有限公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

蘭州市水源地建設(shè)工程項目蘆家坪凈水廠工程位于蘭州市西固區(qū)寺兒溝蘆家坪，設(shè)計處理能力500 000 t/d，共由17個獨立單體組成，根據(jù)地質(zhì)勘查報告，本工程黃土狀粉土具有Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性，以Ⅳ級濕陷性為主，濕陷下限深度為16.85～39.10 m。本工程在基礎(chǔ)設(shè)計中采用素土擠密樁復(fù)合地基形式，樁長范圍為13～ 31 m。

2 工程特點

1）樁長達到20 m以上，擠密樁施工具有回落土厚，樁底3～5 m范圍內(nèi)壓實系數(shù)和擠密系數(shù)無法滿足要求。

2）樁長超長，孔徑檢測難度大。

3）擠密樁樁身取樣常規(guī)采用洛陽鏟成孔、人工下井取樣的方式，本工程樁長超長，人工下井存在缺氧風(fēng)險。

3 方案的選擇

1）針對樁長＞29 m的情況，采用常規(guī)洛陽鏟成孔施工技術(shù)。通過洛陽鏟頭部下降時產(chǎn)生的動能，使鏟刀切入土體中，利用土質(zhì)自身所具有的黏性，把土體提出地面，機械松開鏟刀，帶出的土在自重作用下，落在鏟刀下方的推車內(nèi)并被運走，不斷循環(huán)，完成成孔作業(yè)。成孔后進行成孔檢測，檢測合格后采用素土分層夯實成樁。

2）針對樁長≤29 m的情況，采用改良長螺旋機械施工工藝。利用動力頭帶動螺旋鉆桿、鉆頭，使螺旋葉片轉(zhuǎn)動向下取土，被切削巖土隨鉆頭旋轉(zhuǎn)，沿著葉片上升，在孔口處通過加設(shè)一種減少回落土的裝置，完成出土成孔作業(yè)。成孔后進行成孔檢測，檢測合格后采用素土分層夯實成樁。當(dāng)樁長較長時，葉片上土在洞口處脫離孔壁側(cè)向約束下落，部分會重新落入樁孔，當(dāng)樁長達到29 m時，孔底回落土厚度達到4.2 m，嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量，且成孔深度不滿足設(shè)計要求，通過發(fā)明減少回落土的裝置，對長螺旋鉆機進行改良，并成功應(yīng)用于本項目。

3）孔徑檢測技術(shù)：采用由測量結(jié)構(gòu)、內(nèi)桿和外桿組成的孔徑測量裝置進行孔徑測量。

4）成樁檢測技術(shù)：采用由升降系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和取土系統(tǒng)組成的取樣裝置進行取樣，創(chuàng)新了成孔后樁身、樁間壓實度取樣方法，有效提升了試驗工作的安全性。由于較高的取樣效率，可及時對已完成的施工區(qū)域進行跟進試驗，有利于擠密樁質(zhì)量的動態(tài)控制[1-2]。

4 主要施工技術(shù)

4.1 改良螺旋鉆施工技術(shù)

采用改良螺旋鉆成孔施工工藝，須配備鋼套筒（壁厚10 mm，直徑550 mm，高1 450 mm）、回落土傳送帶等裝置。其主要施工步驟如下：

1）將螺旋鉆進行改造，改造后的鉆桿加裝鋼套管、回落土傳送裝置。鋼套管與鉆機前部通過焊接連接，傳送帶裝置與鋼套管進行焊接，安裝方式簡單快捷（圖1）。

2）鉆機就位，由于螺旋鉆機增加了鋼套筒，將影響到樁位定點，點位對中時通過在鋼套管上加設(shè)定點輔助桿，輔助桿長度同設(shè)計樁間距，通過對中下一樁孔點來反推出第一次需成孔點位（圖2）。

圖1 改良螺旋鉆構(gòu)造

圖2 樁孔定位

3）鉆進成孔。通過在鋼套管離地800 mm處留置1個倒梯形出土口，在出口部位設(shè)置寬550 mm，有效傳送距離2 700 mm的卷揚傳送裝置，將回落土轉(zhuǎn)運至遠離樁孔的地方（圖3）。

圖3 鉆進取土成孔

4.2 洛陽鏟成孔施工技術(shù)

1）洛陽鏟就位：先根據(jù)已經(jīng)測放好的樁位點（撒白灰示意）將洛陽鏟就位，再利用垂球檢查洛陽鏟的支撐架及鏟頭中心位置，使鏟頭垂直對中白灰點，確保樁身垂直度滿足要求（圖4）。

圖4 定位點復(fù)核

2）沖擊成孔。一般應(yīng)先慢后快，這樣既能減少洛陽鏟頭搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩搖晃過大或較難進尺時，應(yīng)放慢進尺，否則容易導(dǎo)致樁孔偏移。當(dāng)鉆頭到達設(shè)計樁長預(yù)定標(biāo)高時，在鉆頭地面停留位置相應(yīng)的鋼絲繩上做醒目標(biāo)記，作為施工時控制孔深的依據(jù)，深度以鉆孔結(jié)束后測繩實測值為準(zhǔn)，當(dāng)鉆頭底面達到標(biāo)記處樁長即滿足設(shè)計要求，施工時還需考慮工作面的標(biāo)高差異，以便作相應(yīng)調(diào)整（圖5）。

圖5 洛陽鏟施工質(zhì)量控制

3）移機。當(dāng)上一根樁成孔完畢后，洛陽鏟移位，進行下一根樁的成孔施工。

4.3 孔徑檢測

本技術(shù)應(yīng)用自有發(fā)明的孔徑檢測裝置，解決了孔徑檢測難題?？讖綑z測裝置包括測量結(jié)構(gòu)、內(nèi)桿和外桿（圖6）。

圖6 孔徑檢測裝置結(jié)構(gòu)示意

孔徑檢測裝置工作原理：需測量孔內(nèi)徑為D，測規(guī)長度為a，測量桿長度為b，內(nèi)桿讀數(shù)為n，測規(guī)與內(nèi)桿夾角為β，則由余弦定理得孔內(nèi)徑

4.4 復(fù)合地基檢測

本技術(shù)通過應(yīng)用自有發(fā)明的取樣機械裝置，解決了傳統(tǒng)人工下井取樣危險系數(shù)高、效率低、人工價格高等問題。擠密樁取樣機器裝置包括升降系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、取土系統(tǒng)（圖7）。

圖7 取樣機械裝置系統(tǒng)示意

取樣機械裝置工作原理：油箱里的油經(jīng)過過濾器，經(jīng)油泵加壓后通過調(diào)速閥流向換向閥。

換向閥由電磁控制，有3種狀態(tài)：一是左開通（頂進狀態(tài)），二是右開通（拔出狀態(tài)），三是完全關(guān)閉。

1）開始時控制支撐架的換向閥左開通，頂進支撐架液壓缸，使支撐架壓入土體，液壓油不能再進入液壓缸，經(jīng)溢流閥溢出至油箱，發(fā)生報警。

2）通過電磁控制打開控制取土器的換向閥，使其處于左開通狀態(tài)，頂進取土器液壓缸，使取土器壓入樁體，當(dāng)取土器完全壓入后，液壓油不能再進入液壓缸，經(jīng)溢流閥溢出至油箱，發(fā)生報警。

3）通過電磁控制打開取土器向上轉(zhuǎn)動的換向閥，使取土器向上翻轉(zhuǎn)，到達位置后，溢流閥溢出液壓油至油箱，發(fā)生報警。

4）通過電磁控制打開取土器平移的換向閥，使其右開通拉回取土器，到達位置后，溢流閥溢出液壓油至油箱，發(fā)生報警。

5）控制支撐架的換向閥右開通，拔出支撐架液壓缸，使支撐架拔出土體，液壓油不能再進入液壓缸，經(jīng)溢流閥溢出至油箱，發(fā)生報警。

6）完成后，通過升降系統(tǒng)提升至地面，完成一次作業(yè)（圖8）。

具體實施方式[3-5]：施工時通過控制樁位對擬取樣擠密樁進行定位，根據(jù)擠密樁布置圖確定取樣探井位置，探井用φ600～800 mm洛陽鏟成孔至指定深度。取樣探井成孔后，將取樣機械裝置架立在洞口位置，電動轱轆驅(qū)動取樣機械裝置下井。油缸頂動2個千斤頂支撐至樁身，然后通過液壓系統(tǒng)頂動3個取樣器進行取樣。取樣后通過換向閥啟動液壓系統(tǒng)提供拔出力，拔出取樣器，然后電動轱轆，從井中取樣（圖9）。

圖8 取樣機械裝置示意

圖9 試驗取樣

5 結(jié)語

本工程應(yīng)用了改良螺旋鉆和洛陽鏟相結(jié)合的成孔方法，并采用了創(chuàng)新的孔徑檢測裝置與取樣機械裝置。該施工技術(shù)在本項目的順利實施，為類似大厚度高濕陷性黃土區(qū)域擠密樁施工和檢測提供了借鑒。