李先經(jīng)

(青島地質(zhì)勘查開(kāi)發(fā)局，山東 青島 266100)

1 工程概況

上海市東方醫(yī)院(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院)始建于1920年，是一所三級(jí)甲等綜合性醫(yī)院，上海市東方醫(yī)院(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院)青島分院位于膠州市香港路北側(cè)、站前大道東側(cè)、三里河南側(cè)。擬建建筑物包括1幢10層醫(yī)療綜合樓(附屬1幢3層醫(yī)技樓、1幢4層辦公樓、1幢4層餐廳和1幢4層多功能廳)、4幢3層機(jī)械停車場(chǎng)、1幢-1層污水處理站、1幢1層燃?xì)庹{(diào)壓柜、1幢1層10 kV配電站、1幢1層氧氣罐房、1幢1層高壓氧倉(cāng)和1幢2層傳染科(病房樓)，門診樓結(jié)構(gòu)類型擬采用框剪結(jié)構(gòu)，其它建筑物結(jié)構(gòu)形式擬采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式均采用樁基礎(chǔ)。

該工程由同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，勘察單位為青島地礦巖土工程有限公司，監(jiān)理單位為青島建通浩源集團(tuán)有限公司，受總包單位青建集團(tuán)委托由青島地礦巖土工程有限公司負(fù)責(zé)鉆孔灌注樁施工。樁基設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度C35；設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)17～27 m；樁徑分別為600、800 mm，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值1900、2100 kN。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 氣象

青島地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域，屬溫帶季風(fēng)氣候。市區(qū)由于海洋環(huán)境的直接調(diào)節(jié)，受來(lái)自洋面上的東南季風(fēng)及海流、水團(tuán)的影響，故又具有顯著的海洋性氣候特點(diǎn)?？諝鉂駶?rùn)，雨量充沛，溫度適中，四季分明。春季氣溫回升緩慢，較內(nèi)陸遲1個(gè)月；夏季濕熱多雨，但無(wú)酷暑；秋季天高氣爽，降水少，蒸發(fā)強(qiáng)；冬季風(fēng)大溫低，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 地形、地貌

2.2.1 地形

擬建場(chǎng)地地勢(shì)起伏較小，孔口地面標(biāo)高2.99～5.85 m，最大高差2.86 m。

2.2.2 地貌

擬建場(chǎng)地地貌類型屬海岸堆積階地。

2.3 巖土層及其工程特性

根據(jù)地層巖性、成因時(shí)代及工程特性的不同，自上而下可分為以下6層：

①層素填土，灰褐色、灰黃色，稍濕-濕，松散，局部稍密，以粘性土和粉土為主，局部有少量砂土和風(fēng)化殘積土，頂部含有植物根系、碎磚塊、碎石子等，局部頂部為水泥地面。回填年限約5年。該層在場(chǎng)地范圍內(nèi)分布廣泛，厚度2.00～5.90 m，平均厚度4.17 m，層底標(biāo)高-1.89～2.06 m，層底埋深2.00～5.90 m。

③層粉質(zhì)粘土，褐黃色、灰黃色，可塑-硬塑，局部地段頂部約50 cm為粉土，含鐵錳結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核，夾灰白色粘性土條帶，局部含細(xì)砂顆粒較多，無(wú)搖振反應(yīng)，切面有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。該層在場(chǎng)地范圍內(nèi)分布廣泛，厚度0.80～11.60 m，平均5.76 m。

④層中砂，黃褐色、褐黃色，飽和，中密-密實(shí)，砂的主要礦物成份為長(zhǎng)石、石英，顆粒級(jí)配較差，磨圓度較好，局部地段含較多石英質(zhì)礫石。

⑤層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，灰紫色、灰黃色，頂部風(fēng)化強(qiáng)烈，泥質(zhì)膠結(jié)，細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，裂隙面鐵質(zhì)浸染，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，巖體呈散體狀，局部呈塊狀，錘擊易碎，礦物成分以石英為主。局部出現(xiàn)泥巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖互層交替。該層在場(chǎng)地范圍內(nèi)分布廣泛，厚度2.50～5.20 m，平均3.71 m。從定性判別和定量判別綜合判定：巖石屬極軟巖，巖體極破碎-較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)V級(jí)。

⑥層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，灰紫色、灰黃色，巖石的主要礦物成份以石英礦物為主，泥質(zhì)膠結(jié)，細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，裂隙面鐵質(zhì)浸染，巖體較完整，巖心多呈短柱狀—長(zhǎng)柱狀。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及山東構(gòu)造單元?jiǎng)澐?，擬建場(chǎng)地位于Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元膠萊盆地西部境內(nèi)，南側(cè)與膠南隆起相連，附近大的斷裂構(gòu)造有膠縣斷裂、百尺河—二十五里夼斷裂和郝官莊斷裂。膠縣斷裂、百尺河—二十五里夼斷裂、郝官莊斷裂均是近EW向，是次于牟平—即墨斷裂帶的兩條較大的區(qū)域性斷裂，它們向西延伸與著名的郯廬深大斷裂相交，控制了膠州灣西北部中生代地層分布和地貌格局，直接影響了膠州灣北部岸線輪廓。膠縣斷裂自安丘縣南部經(jīng)膠州至馬哥莊一帶；百尺河(諸城)—二十五里夼斷裂中的天臺(tái)寺以西—東營(yíng)以東段，走向NEE，傾向SSE，傾角70°～75°，出露長(zhǎng)度15 km，破壞了張家屯—臨洋向斜北翼地層的出露；郝官莊斷裂發(fā)育在膠州灣西岸，斷層上盤為白堊系地層，下盤為太古界和元古界地層，對(duì)膠萊坳陷起控制作用，是膠南隆起的北邊界。另有一條近EW向斷裂發(fā)育在膠州灣西岸，沿小洛戈莊、大后旺、東方鹽廠一線展布，是白堊系與侏羅系地層的分界線。

2.5 地下水

擬建場(chǎng)地地下水類型以第四系孔隙潛水-微承壓水為主。第四系孔隙潛水賦存于第①層素填土中，以大氣降水補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄為主，勘察期間穩(wěn)定水位埋深1.21～4.32 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.43～1.62 m；微承壓水主要賦存于第④層中砂層中，補(bǔ)給、排泄均以側(cè)向逕流為主，承壓水頭標(biāo)高約-16.24～-4.15 m。擬建場(chǎng)地地下水位年變化幅度約3 m。擬建場(chǎng)地地下水的歷史最高水位約3.50 m。

3 鉆孔灌注樁施工工藝的選擇

本工程因工期緊、工程量大(設(shè)計(jì)樁數(shù)近2000根，樁徑分別為600、800 mm)，施工場(chǎng)地狹窄，地層條件較復(fù)雜(存在淤泥質(zhì)土和砂層，易發(fā)生縮徑、孔壁塌孔，導(dǎo)致充盈系數(shù)K值大)，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，故分別選用旋挖鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔工藝，采用旋挖鉆機(jī)7臺(tái)、沖擊鉆機(jī)16臺(tái)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)4臺(tái)，水下灌注混凝土成樁，取得了很好的技術(shù)效果。

3.1 旋挖鉆機(jī)成孔工藝

近幾年，旋挖鉆機(jī)施工工藝在我國(guó)逐漸成為發(fā)展最快的一種新型鉆孔施工方法。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的廠家多達(dá)幾十家，但性能方面與德國(guó)、意大利等國(guó)外產(chǎn)品相比還存在一定差距。旋挖鉆機(jī)具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高及多功能特點(diǎn)，是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等基礎(chǔ)施工工程領(lǐng)域。可采用干式或濕式(回轉(zhuǎn)斗)作業(yè)，既可用于土層，也可用于巖層的成孔作業(yè)。

本工程采用徐工220型及三一重工生產(chǎn)的280型旋挖鉆機(jī)共7臺(tái)，取得了較好的技術(shù)效果，每臺(tái)樁機(jī)一天可完成4～6根樁，施工效率較高。施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

圖1 旋挖鉆機(jī)成樁

為防止上部淤泥質(zhì)土縮徑，采用加長(zhǎng)鋼護(hù)筒技術(shù)措施，護(hù)筒長(zhǎng)度3～6 m,并且采用泥漿護(hù)壁措施。為確保成樁質(zhì)量，灌注混凝土前須進(jìn)行二次清孔。

旋挖鉆機(jī)埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)，先采用稍大口徑的鉆頭鉆至預(yù)定位置，提出鉆頭后，再用鉆斗將鋼護(hù)筒壓入到預(yù)定深度。本工程旋挖成孔主要技術(shù)措施如下。

(1)鉆進(jìn)過(guò)程中一開(kāi)始埋設(shè)鋼護(hù)筒深度2 m，因鉆遇淤泥質(zhì)土縮徑無(wú)法成孔，后把護(hù)筒長(zhǎng)度增加到3 m,個(gè)別鉆孔仍縮徑嚴(yán)重?zé)o法成孔，加長(zhǎng)護(hù)筒長(zhǎng)度至6 m，才可以順利成孔。

(2)根據(jù)本工程試成孔確定的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行施工，控制進(jìn)尺速度，上部松軟地層旋挖效率高，適當(dāng)降低鉆孔速度，確?？妆诜€(wěn)定。

(3)成孔采用跳挖方式，鉆頭倒出的渣土距樁孔口最小距離應(yīng)大于6 m。

(4)鉆進(jìn)過(guò)程中，及時(shí)清理孔口周圍堆土，遇地下水、孔壁坍塌、縮徑等異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。必要時(shí)采取泥漿護(hù)壁措施。

(5)鉆機(jī)取上來(lái)的渣土應(yīng)及時(shí)用裝載機(jī)處理出鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)范圍以外，以便于旋挖鉆機(jī)的倒渣。

(6)終孔前確認(rèn)持力層入巖深度是否滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，及時(shí)進(jìn)行清孔。

(7)本工程因上部存在回填土及淤泥質(zhì)土，十分松軟，旋挖鉆機(jī)自重大，容易下陷甚至傾斜，局部地段必須先進(jìn)行換填處理，用建筑垃圾等回填進(jìn)行加固，確保設(shè)備施工安全。

(8)為確保成樁質(zhì)量，下入鋼筋籠及灌注導(dǎo)管后再進(jìn)行二次清孔，利用導(dǎo)管進(jìn)行泥漿正循環(huán)方法清孔，孔底沉渣厚度滿足技術(shù)規(guī)范要求。

3.2 沖擊鉆進(jìn)工藝

本工程采用16臺(tái)沖擊鉆機(jī)(見(jiàn)圖2)，護(hù)筒埋設(shè)完畢后，開(kāi)始鉆機(jī)吊裝就位。要求鉆機(jī)安裝穩(wěn)固、周正、水平、安全可靠，確保在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)。保證鉆塔滑輪槽緣、錘頭中心和樁孔中心三者在同一鉛垂線上，并且錘頭中心與樁孔中心偏差≯20 mm，確保鉆孔的垂直度與樁位偏差滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

圖2 沖擊鉆進(jìn)成樁

鉆機(jī)就位后，由質(zhì)檢人員、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、測(cè)量人員對(duì)樁位及護(hù)筒標(biāo)高、中心進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)與規(guī)范要求后，方可開(kāi)始鉆進(jìn)。

護(hù)筒埋設(shè)深度2 m,采用優(yōu)質(zhì)粘土造漿護(hù)壁，撈渣筒結(jié)合正循環(huán)方式進(jìn)行清孔，以提高排渣效率。泥漿控制措施如下：

(1)控制泥漿液面：由于存在砂層及淤泥質(zhì)土，為防止或減少砂層垮塌及淤泥地層縮徑，應(yīng)控制孔內(nèi)液面標(biāo)高以保證足夠的水頭壓力，維護(hù)孔壁的穩(wěn)定。

(2)控制泥漿相對(duì)密度：泥漿密度過(guò)大鉆機(jī)成孔阻力大，泥漿失水量大，泥漿相對(duì)密度一般控制在1.15～1.25 g/cm3。提高泥漿密度對(duì)淤泥質(zhì)地層控制縮徑具有一定抑制效果。

(3)控制泥漿粘度：由于砂層不穩(wěn)定，應(yīng)適當(dāng)提高泥漿粘度，同時(shí)粘度不能過(guò)高，粘度過(guò)高，則會(huì)使泵壓升高，排量顯著減少，鉆速下降，排粉困難。本工程因上部地層松散，且存在淤泥質(zhì)土，砂層較厚，故泥漿粘度控制在23～28 s為宜。

沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)控制進(jìn)尺速度，不宜鉆進(jìn)太快，隨著鉆進(jìn)及時(shí)進(jìn)行泥漿循環(huán)，及時(shí)撈渣，成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后立即進(jìn)行清孔(參見(jiàn)圖3)，下入鋼筋籠及導(dǎo)管后須進(jìn)行二次清孔，確保沉渣厚度≯100 mm。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)沖擊鉆進(jìn)清孔

3.3 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)具有噪聲小，自身質(zhì)量輕，對(duì)本場(chǎng)地較適應(yīng)。局部場(chǎng)地上部較松軟，不適合旋挖鉆機(jī)和沖擊鉆進(jìn)工藝，故采用4臺(tái)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)(見(jiàn)圖4)。

圖4 回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁

采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁正循環(huán)成孔工藝，每天每臺(tái)鉆機(jī)可成樁一根。施工過(guò)程中，注意控制及維護(hù)泥漿性能，優(yōu)化鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，根據(jù)地層情況合理控制鉆壓、轉(zhuǎn)速，控制鉆進(jìn)速度，成孔后進(jìn)行一次、二次清孔。

本工程運(yùn)用以上3種鉆進(jìn)成孔工藝，相比較而言，旋挖鉆機(jī)效率最高，每天可成樁4～6根樁，而回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)每天可完成1～2根樁。但在邊角及場(chǎng)地較松軟部位更適宜回轉(zhuǎn)和沖擊鉆機(jī)成孔作業(yè)?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)共完成106根樁，其余大部分樁是由旋挖鉆機(jī)和沖擊鉆完成的。

3.4 水下灌注混凝土成樁工藝

成孔驗(yàn)收合格后下鋼筋籠，須進(jìn)行二次清孔，孔底沉渣滿足規(guī)范要求后立即進(jìn)行水下混凝土灌注。

(1)導(dǎo)管試壓合格，入孔后，應(yīng)將密封圈放正、壓實(shí)，確保密封性能良好；導(dǎo)管在樁孔內(nèi)應(yīng)保持居中，并記錄導(dǎo)管單節(jié)長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度和導(dǎo)管底部位置。

(2)本工程采用商品混凝土，每車混凝土運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)首先稱重，混凝土輸送到孔口時(shí)，應(yīng)檢查其坍落度及和易性，確保水下灌注混凝土順暢。

(3)混凝土初灌量滿足要求，水下混凝土澆筑時(shí)為稀釋、沖散樁底沉渣而要求足夠數(shù)量的混凝土。

(4)在灌注過(guò)程中，要隨時(shí)測(cè)量和記錄孔內(nèi)混凝土灌注標(biāo)高和導(dǎo)管入孔長(zhǎng)度，保持埋管深度在2.0～6.0 m為宜。

(5)水下灌注混凝土必須連續(xù)不斷地進(jìn)行，減少停待時(shí)間；各崗位人員應(yīng)密切配合，嚴(yán)格控制提升拆卸導(dǎo)管的時(shí)間。

4 成樁質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

施工結(jié)束進(jìn)行一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，2017年6月20日建設(shè)單位委托青島金源盛工程檢測(cè)有限公司陸續(xù)對(duì)1314根樁進(jìn)行低應(yīng)變，12根樁進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，均滿足設(shè)計(jì)要求。其中1302根為Ⅰ類樁，12根為Ⅱ類樁。又委托青島理工大學(xué)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心所測(cè)的635根樁，測(cè)試曲線基本正常，樁身無(wú)嚴(yán)重缺陷。其中Ⅰ類樁604根，Ⅱ類樁31根，均滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)Ⅲ類樁及Ⅳ類樁(詳見(jiàn)表1)。

5 結(jié)語(yǔ)

在成孔鉆進(jìn)過(guò)程中，因地層條件復(fù)雜各異，沒(méi)有“全能鉆機(jī)”，也沒(méi)有“萬(wàn)能工法”，每種鉆機(jī)都有其使用范圍。根據(jù)實(shí)際情況，本工程運(yùn)用了旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆成孔、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，取得了較為理想的技術(shù)效果。隨著科技的發(fā)展，近幾年設(shè)備研發(fā)水平不斷提高，旋挖鉆機(jī)“入巖施工難”的問(wèn)題已得到有效解決，入巖鉆進(jìn)靠沖擊鉆的局面發(fā)生了根本改變?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)、沖擊鉆應(yīng)用數(shù)量有所減少。目前，在高鐵、高速公路建設(shè)等大部分深基礎(chǔ)施工項(xiàng)目中優(yōu)先選用旋挖鉆機(jī)，大大提高了施工效率。

表1 基樁檢測(cè)結(jié)果匯總表

本工程通過(guò)嚴(yán)格項(xiàng)目管理和工序質(zhì)量控制，保質(zhì)保量按期完成了施工任務(wù)，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為今后類似樁基礎(chǔ)施工項(xiàng)目積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。