李 陳

(福建省東辰建設(shè)工程集團(tuán)有限公司， 福州 350005)

旋挖鉆機(jī)具有成孔工效快，污染小等優(yōu)點(diǎn)；但在厚砂卵石等復(fù)雜地層中進(jìn)行旋挖成孔施工，常會(huì)出現(xiàn)孔壁坍塌、施工進(jìn)度慢、混凝土超灌、沉渣難控制等現(xiàn)象，若處理不當(dāng),不僅會(huì)造成施工困難,有時(shí)還會(huì)引發(fā)孔內(nèi)各種事故,導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。隨著我國(guó)建筑事業(yè)的不斷發(fā)展,在一些復(fù)雜地層中施工的項(xiàng)目日益增多，對(duì)單樁承載力要求越來(lái)越高，有些項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求必須穿過(guò)復(fù)雜的砂卵石地層進(jìn)入下部持力巖層。因此解決在厚砂卵石復(fù)雜地層擴(kuò)大頭的施工問(wèn)題,有利于完善提高灌注樁的成孔技術(shù)水平，對(duì)提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要的意義。

1 工程概況

漳州某項(xiàng)目二期工程位于漳州舊花山溪的干涸河道上，項(xiàng)目設(shè)計(jì)有4棟地面31層的高層建筑，建筑總面積91 732.5 m2,一層地下室建筑面積約10 563.4m2,樁基采用灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)直徑為1.0 m和1.1 m兩種，持力層進(jìn)入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖不小于1.5m，設(shè)計(jì)樁端擴(kuò)大頭直徑分別為1.6 m和1.7 m，,樁長(zhǎng)42～46m，單樁極限承載力為14 200和16 000kN，共245根樁。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示易坍塌的砂卵石層全場(chǎng)分布，層厚12.0～24.1m，由于砂卵石多、粒度大、硬度高，且含有大量的中微風(fēng)化孤石；另外項(xiàng)目所在區(qū)域地下水豐富，水位高。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層

場(chǎng)地內(nèi)巖土層自上而下簡(jiǎn)述如下。

①雜填土：為人工堆填，干～稍濕，結(jié)構(gòu)松散，含生活垃圾和建筑垃圾，堆填時(shí)間為1～3a，未完成自重固結(jié)，工程地質(zhì)性能差；層厚0.60～6.50m。

②粉質(zhì)黏土：為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積成因，干～稍濕，主要為粉粘粒，稍有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部土質(zhì)軟硬不均。含部份石英質(zhì)砂，局部含砂較高，呈軟塑～可塑狀態(tài),層厚1.20～3.60m。

③粉砂：為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積成因，稍濕～飽和，稍密狀，礦物成分以長(zhǎng)石、石英及云母為主，顆粒形狀為次圓粒狀及針片狀，磨圓較差，顆粒組成以粉細(xì)砂為主，其中粉粘粒含量約占15.1%～31.0%，細(xì)砂約占30.6%～41.5%，中砂約占19.8%～25.3%，粗砂約占10.8～18.6%，含有少量的礫砂,厚度0.90～3.40m。

④卵石：為第四紀(jì)沖洪積成因，含少量石英砂，呈稍濕～飽和，以中密狀態(tài)為主，局部稍密、密實(shí)狀態(tài)。卵石約占56.1%～66.2%，礫石約占6.2%～9.2%，粉粘粒約2.7%～17.1%，余為充填的各粒徑砂，卵石成分主要為中～微風(fēng)化花崗巖、石英砂巖，全場(chǎng)分布分選差，粒徑一般20～60mm，最大約100mm；層厚11.40～19.50m。

⑤殘積黏性土：殘積成因，花崗巖完全風(fēng)化形成，原巖組織結(jié)構(gòu)全部破壞，風(fēng)化成土狀無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等韌性低，本層屬特殊性土，遇水易軟化、崩解的特性，自上而下土質(zhì)變硬，可塑～硬塑狀態(tài)；全場(chǎng)分布，層厚5.10～14.30m。

⑥全風(fēng)化花崗巖：花崗巖風(fēng)化形成，風(fēng)化完全，局部見(jiàn)有大小不一的球狀風(fēng)化體分布；巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，泡水易軟化、降低強(qiáng)度；自上而下風(fēng)化減弱，與下伏層呈漸變關(guān)系；全場(chǎng)分布，層厚4.40～12.00m。

⑦散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(γ5)：花崗巖風(fēng)化形成,灰黃或灰白色，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；揭示層厚3.05～11.70m。

⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃色、風(fēng)化強(qiáng)烈、裂隙發(fā)育，原巖結(jié)構(gòu)已部分風(fēng)化破壞，巖芯多呈碎塊狀及少量短柱狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí),層厚5.3～13.20m。

⑨中風(fēng)化花崗巖：灰白、灰黃色，原巖組織結(jié)構(gòu)部份破壞，風(fēng)化中等，塊狀構(gòu)造，巖石較堅(jiān)硬,層厚4.70～11.70m。

⑩微風(fēng)化花崗巖：灰白色，少量風(fēng)化裂隙，為中粒結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造，巖石較堅(jiān)硬,層厚2.50～7.10m。

2.2 地下水

擬建場(chǎng)地地下水動(dòng)態(tài)變化主要受季節(jié)性控制，天然條件下，地下水總體由北向南排泄，地表水和地下水未受污染；勘察期間測(cè)得場(chǎng)地各鉆孔中地下水初見(jiàn)水位1.40～8.70m,混合穩(wěn)定水位埋深1.20～8.60m。

3 施工工藝

3.1 工藝原理

全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是由鉆機(jī)卡盤(pán)的豎向油缸驅(qū)動(dòng)徑向夾持套管體，使套管進(jìn)行360°連續(xù)回轉(zhuǎn)的同時(shí)下壓或起拔套管，套管受回轉(zhuǎn)扭矩、軸向壓拔力、徑向夾持力的共同作用，通過(guò)卡盤(pán)夾持套管使套管實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和壓拔，經(jīng)過(guò)套管柱的傳遞把軸向壓拔力和回轉(zhuǎn)扭矩傳遞給套管靴(即套管鉆頭)，使鉆頭切削土層或巖石，不斷壓入套管，利用套管的護(hù)壁作用，用旋挖鉆機(jī)將套管內(nèi)土體掏出的一種新型施工方法。在套管回轉(zhuǎn)過(guò)程中，為防止機(jī)身跟著套管一起回轉(zhuǎn)而配備專(zhuān)用的反扭矩鎖將機(jī)身卡緊，在設(shè)備的工作能力范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)裝置可以任意調(diào)節(jié)套管的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力以及夾緊力，回轉(zhuǎn)速度設(shè)有高、中、低三檔速度，可以根據(jù)套管直徑、地質(zhì)條件以及扭矩的變化情況等來(lái)選擇最適宜的回轉(zhuǎn)速度；水平調(diào)整油缸采用專(zhuān)用的液壓回路，所以在套管回轉(zhuǎn)時(shí)也可以調(diào)整其垂直度。

3.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

①污染小、無(wú)振動(dòng)；②全套管護(hù)壁成孔直徑標(biāo)準(zhǔn)，避免了塌孔和砼超灌現(xiàn)象，充盈系數(shù)小，節(jié)約砼的使用，成樁質(zhì)量高；③工效快，土層中可達(dá)14m/h，對(duì)可能出現(xiàn)的孤石，也可以利用高強(qiáng)刀頭切割通過(guò)，達(dá)到全套管護(hù)壁的效果；④鉆進(jìn)深度大、根據(jù)地層情況，最大作業(yè)深度可達(dá)100m以上；⑤成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/500，但，也存在提升行程較短、套筒鉆進(jìn)速度慢、對(duì)施工場(chǎng)地硬化要求高等缺點(diǎn)。

3.3 工藝流程

測(cè)量放樣—鉆機(jī)就位—放置鋼套管鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)—旋挖機(jī)掏土—鋼套管沉入設(shè)計(jì)孔深—擴(kuò)底—吊放鋼筋籠—?dú)馀e反循環(huán)清孔—灌注混凝土—設(shè)備移位下一樁施工—2d后壓注漿，具體施工流程如下圖1所示。

①路基板定位。利用路基板孔中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心。

②放置鋼套管鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)。定好樁位以后，用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼套管進(jìn)行鉆進(jìn)施工，使用壁厚50 mm內(nèi)徑不小于設(shè)計(jì)樁徑的鋼護(hù)筒，在鉆進(jìn)第一節(jié)帶套管靴的套管后，用吊機(jī)吊起另一節(jié)套管，與鉆入地下的套管進(jìn)行連接，套管采用內(nèi)螺紋高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，然后繼續(xù)鉆進(jìn)施工。施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制套管的垂直度，滿(mǎn)足規(guī)范要求(圖2、圖3)。套管進(jìn)場(chǎng)前對(duì)其進(jìn)行校直，確保工程樁施工垂直度；成孔過(guò)程中樁的垂直度監(jiān)測(cè)和檢查。

③旋挖機(jī)掏土。套管下到位后需要用旋挖機(jī)進(jìn)行掏土和嵌巖作業(yè)，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)套管鉆進(jìn)和旋挖取土鉆進(jìn)這兩種工藝要交替進(jìn)行，直到鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，鉆進(jìn)工作完成。鉆渣土要及時(shí)運(yùn)出工地，渣土棄運(yùn)要按照環(huán)保要求運(yùn)到規(guī)定的地點(diǎn)。

圖1 工藝流程圖Figure 1 Technological flow

圖2 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)工人接鋼套管Figure 2 Full rotary drilling rig workers connecting casing

圖3 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)下鋼套管Figure 3 Full rotary drilling rig lowering down steel casing

④擴(kuò)底鉆進(jìn) 。進(jìn)入符合設(shè)計(jì)要求的地層后，按照設(shè)計(jì)擴(kuò)大頭要求進(jìn)行擴(kuò)底作業(yè)。將擴(kuò)大頭鉆頭可靠連接在旋挖主動(dòng)鉆桿上緩慢放下孔內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)大頭施工，其擴(kuò)底鉆頭的張開(kāi)翼的張開(kāi)度應(yīng)事先在地面上進(jìn)行調(diào)試，便于擴(kuò)孔時(shí)控制，并檢查擴(kuò)底鉆頭的連結(jié)是否可靠、收張是否靈活。擴(kuò)底鉆進(jìn)采用低速回轉(zhuǎn)參數(shù)，擴(kuò)底完成后，鉆頭在原位回轉(zhuǎn)收起張開(kāi)翼后方可提鉆。擴(kuò)底鉆頭見(jiàn)圖4所示。若擴(kuò)孔時(shí)遇到堅(jiān)硬孤石旋挖機(jī)擴(kuò)不動(dòng)時(shí)，則需繼續(xù)往下鉆穿孤石后方能擴(kuò)底。若擴(kuò)孔時(shí)遇到堅(jiān)硬孤石時(shí)，擴(kuò)孔樁徑無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位和業(yè)主，商議確認(rèn)后方能進(jìn)行下步工序施工。

圖4 擴(kuò)底鉆頭示意Figure 4 A schematic diagram of bottom reamer

⑤氣舉反循環(huán)清孔。由于該工程地下水水位較高(地面下約4m)，灌砼導(dǎo)管下好后利用氣舉反循環(huán)在導(dǎo)管混合器內(nèi)形成負(fù)壓把孔底的沉渣和泥漿水通過(guò)導(dǎo)管循環(huán)到孔口，并不斷向孔內(nèi)補(bǔ)充稀泥漿，保持孔內(nèi)水位平衡壓力，避免孔壁坍塌；孔底沉渣清理干凈后立即灌注混凝土。該清孔法具有清渣速度快、效果好、降低施工成本等優(yōu)點(diǎn)。

4 施工中的問(wèn)題及處理方法

①垂直度糾偏。在成孔中若發(fā)現(xiàn)垂直度偏差過(guò)大，直接利用鉆機(jī)的兩個(gè)頂升油缸和兩個(gè)推拉油缸調(diào)節(jié)套管的垂直度達(dá)到糾偏的目的；若利用鉆機(jī)油缸糾偏無(wú)效時(shí)將套管拔出用粘土回填夯實(shí)后重新校正，或者根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況在原樁位周邊引孔。

②遇到地下障礙物的處理。在施工過(guò)程中若遇到一些較大卵石或小孤石等障礙物，可以直接抽干套管內(nèi)積水后人工下去進(jìn)行清除；若遇較大孤石先用沖錘打碎后再用沖抓掏出；若遇巖層時(shí)，使用旋挖機(jī)進(jìn)行嵌巖施工。

③防止孔壁坍塌。本樁基工程的持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，為了防止孔壁坍塌，在進(jìn)行擴(kuò)大頭施工時(shí)需要使用泥漿護(hù)壁，由于本工程地下水水位較高且存有粘土層，在施工中加入清水具有自然造漿性能，泥漿比重一般控制在1.2-1.3之間，若自然土層造漿不足可以加入粘性土或膨潤(rùn)土進(jìn)行造漿調(diào)節(jié)泥漿比重，泥漿起到平衡土壓力的作用，施工時(shí)應(yīng)保持護(hù)筒內(nèi)的液面高度以達(dá)到平衡土壓力的作用，防止擴(kuò)大頭部分孔壁坍塌。

5 施工效果

①較大地縮短施工工期。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)比較，該項(xiàng)目一期工程中完成一根樁的綜合時(shí)間為36.8h，而二期完成一根樁的綜合時(shí)間為19.8h，施工完成一根樁的綜合時(shí)間可以節(jié)省17h，則二期245根樁基工程全部完成可以縮短工期174天。

②成孔質(zhì)量好。采用全套管隔離松散易塌的砂卵石地層，避免了塌孔、埋鉆等現(xiàn)象，也確保了樁端擴(kuò)大頭的順利進(jìn)行，減少材料的使用并保證了樁基的質(zhì)量。

③樁基質(zhì)量更加優(yōu)良。樁基經(jīng)過(guò)靜載、低應(yīng)變、聲波透射檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，本樁基工程共抽取12根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)，其中最大沉降量為19.82mm，最小沉降量為10.6mm；全部樁基進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，其中Ι類(lèi)樁233根占95.1%，Ⅱ類(lèi)樁12根占4.9%；共進(jìn)行超聲波檢測(cè)40根，其中Ι類(lèi)樁38根占95%，Ⅱ類(lèi)樁2根占5.%；樁基最大偏位小于100 mm；相比于一期樁基工程所采用的液壓振動(dòng)錘旋挖鉆孔灌注樁工藝施工結(jié)果的靜載試驗(yàn)的最大沉降量35.4mm、最小沉降量18.6mm的靜載試驗(yàn)等檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量更加優(yōu)良。