李青松 李 寧 許 珂 韓 穎 胡盛然 樊景凱
中建八局第二建設(shè)有限公司 山東 濟南 250014
目前,旋挖鉆孔灌注樁因具有自動化程度高、成孔速度快、成孔質(zhì)量高、地層適應(yīng)能力強、環(huán)保性能好、施工周期較短、移位靈活方便等優(yōu)點而得到了廣泛的運用和推廣[1-2]。但在現(xiàn)有施工設(shè)備和工藝的限制下,旋挖鉆孔對于一些復(fù)雜的地質(zhì)條件,尤其是像重慶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地貌起伏大、回填厚度大、范圍廣的施工環(huán)境,可借鑒的施工經(jīng)驗較少且質(zhì)量控制難度較高。本文結(jié)合實際工程,重點分析了鉆孔灌注樁在高回填地區(qū)的施工特點及控制要點,明確了旋挖鉆孔灌注樁在各施工階段的管控難點及解決對策,為今后在類似地質(zhì)環(huán)境中施工積累了寶貴的經(jīng)驗。
重慶市市政設(shè)計研究院研發(fā)基地工程位于重慶市渝北區(qū)中央公園片區(qū),該工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級,場地類別為復(fù)雜場地,主體樁基類型為端承樁。項目所處地段為構(gòu)造剝蝕淺丘地貌,原始地貌東西兩側(cè)為山坡,地勢較高,中間區(qū)域為魚塘,呈“Y”字形分布(中間低、兩側(cè)較高,相對高差約14.6 m)。后期受人工改造,現(xiàn)狀為大面積回填區(qū),回填區(qū)厚度為16.8~30.8 m。
本工程場地內(nèi)地層自上而下依次為:填土層、軟塑狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層、黃色泥巖、炭質(zhì)頁巖、細砂巖。場地的特殊性巖土為填土層和軟塑狀粉質(zhì)黏土。其中,填土層厚度大,結(jié)構(gòu)松散,級配差,施工過程中常出現(xiàn)坍孔、漏漿現(xiàn)象。軟塑狀粉質(zhì)黏土壓縮性高、承載力低,不利于機械作業(yè)且施工過程易出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。
根據(jù)本工程地勘報告:通過鉆孔水位觀測,場地原始溝谷地帶內(nèi)潛水水位主要位于巖土界面附近,距基坑底標(biāo)高約8.0 m,說明該區(qū)域地下水位較高。
本工程主體樁基為端承樁,總計341根,設(shè)計直徑1.0~2.3 m,樁頂標(biāo)高分別為-1.1、-7.5、-8.0、-15.2 m。設(shè)計每根工程樁嵌巖長度為5D(D為樁徑)。由于設(shè)計前期未給出實際樁身長度,為保證樁基施工時入巖判斷準(zhǔn)確,工程樁施工前由地勘單位進行每樁一勘,即對每根樁進行超前鉆勘探,并對巖芯進行承載力試驗。根據(jù)每根樁勘探數(shù)據(jù),結(jié)合樁底承載力要求,最終由設(shè)計院明確工程樁實際樁底高程。
項目原始地貌呈“Y”字形分布,現(xiàn)狀為大面積回填區(qū),地下水較豐富,填土深度16.8~30.8 m。地勘報告顯示,場地內(nèi)回填土為拋填形成,回填時間短,主要由砂巖塊石、泥巖塊石、頁巖塊石及少量粉質(zhì)黏土組成,塊石粒徑一般為20~600 mm,最大可達2 000 mm以上,結(jié)構(gòu)松散,多具架空現(xiàn)象,通常具有較大的孔隙和空洞。
旋挖作業(yè)施工難度較大,施工過程中容易發(fā)生坍孔、頸縮、夾砂等現(xiàn)象,形成Ⅲ、Ⅳ類樁。同時,由于回填土厚度大、空洞大,故孔底沉渣和混凝土澆筑控制難度高。
本工程共計工程樁341根,樁徑和樁頂標(biāo)高多樣。設(shè)計嵌巖深度為5D(D為樁徑),樁長5.0~36.8 m不等。結(jié)合場地地層上松下硬的復(fù)雜情況,旋挖機械在掘進至深層硬巖面時,將面臨掘進速度驟減的問題。
旋挖設(shè)備、鉆頭的選型應(yīng)根據(jù)工程樁直徑、鉆孔深度以及地質(zhì)條件綜合考慮[3]。為適應(yīng)本工程復(fù)雜的地質(zhì)條件,本工程選用4臺中聯(lián)360A旋挖鉆機,均采用機鎖式鉆桿。鉆斗選用筒式鉆斗和雙底開門鉆斗,前者適用于回填區(qū)存在較大孤石、漂石和較硬巖地層的情況,后者適用于雜填土、淤泥以及風(fēng)化軟基巖施工[4]。
本工程施工場地回填厚度大、結(jié)構(gòu)松散。為了確保旋挖鉆孔灌注樁施工質(zhì)量,在施工過程中須重點對樁身垂直度、樁底沉渣、坍孔、頸縮、混凝土澆筑和聲測管等進行驗收、控制。本工程主體樁基采用全鋼護筒護壁旋挖鉆孔施工工藝,下面將以本工程旋挖鉆孔灌注樁為例,結(jié)合旋挖作業(yè)常見的質(zhì)量通病和技術(shù)難題,對高回填地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工特點及控制要點進行簡要分析、總結(jié),并提出了部分對策和建議。
3.2.1 高回填區(qū)坍孔控制
據(jù)悉,本工程場地在回填時采用拋填的方式,造成場地內(nèi)土方回填不實、孔隙或空洞過大等不良地質(zhì)現(xiàn)象。同時,大部分主體樁均位于高回填區(qū)域,且場地地下水位較高,樁基在施工過程中,極易發(fā)生孔壁垮塌的現(xiàn)象。
可采取的措施如下:
1)回填土段采用全鋼護筒跟進護壁工藝,為確保施工安全和防止形成“活塞”效應(yīng),鋼護筒直徑應(yīng)較樁徑大20 cm,如坍孔嚴(yán)重導(dǎo)致無法下鋼護筒,可采取以下第2、第3項措施。
2)如當(dāng)?shù)赜锌捎灭ね?,可考慮采用黏土回填的方法,即選用黏度較高、干濕度合適的黏土,通過旋挖鉆機加壓反轉(zhuǎn)將黏土擠入孔隙或空洞中,通過黏土的膠結(jié)作用形成相對穩(wěn)定的護壁。
3)如果坍塌嚴(yán)重,也無黏土可用,可考慮向孔內(nèi)澆筑髙強度砂漿或低強度混凝土,同時須確?;炷?砂漿頂面高于坍孔段0.5 m以上,待混凝土終凝后再次鉆進成孔。
4)在土層黏結(jié)度低、溶洞裂隙發(fā)育且地下水位高、地下水豐富的地區(qū),還可以采取高壓旋噴樁與旋挖樁組合工藝,即在四周采用3~4根高壓旋噴樁對樁周圍土體進行加固(樁長跟回填層深度保持一致),再進行旋挖作業(yè)。
3.2.2 深層硬巖掘進控制
本工程地層整體表現(xiàn)為上松下硬(地層由上至下依次為:回填土、粉質(zhì)黏土、黃色泥巖、炭質(zhì)頁巖、細砂巖),在土石方開挖至基坑設(shè)計底標(biāo)高開始工程樁作業(yè)后,此時回填土深度為0~10.56 m,平均深度約為7.8 m;同時,根據(jù)超前鉆資料結(jié)合場地實際情況,旋挖機在掘進約18 m處時,存在一層厚8~16 m的黃綠色細砂巖,此時旋挖掘進速度驟降;同時,由于此時深度較大,鉆頭扭力下降,通常需更換2~3次不同直徑的鉆頭通過擴孔方可成孔,遠不能滿足施工進度要求。
可采取的措施如下:
在此種復(fù)雜地質(zhì)條件下,可采用旋挖+沖擊成孔模式,即首先在回填層和軟硬層采用旋挖鉆機,待鉆至黃綠色細砂巖時,更換為沖擊鉆繼續(xù)鉆進,成孔后再利用旋挖鉆斗進行清孔。采用此方法時須注意:為避免發(fā)生卡鉆事故,應(yīng)保證護筒直徑>旋挖鉆頭直徑>沖擊鉆頭直徑;沖擊鉆進后需旋挖鉆機掃孔和清底,以校核和保證樁的垂直度和沉渣厚度。
3.2.3 漏漿與頸縮的控制
場地內(nèi)回填土由拋填形成,且級配差、松散度高,塊石、孤石的附近易形成空洞、孔隙,在混凝土澆筑過程中容易“漏漿”,不僅會造成成本的浪費,還會導(dǎo)致局部樁身混凝土不密實;同時,在拔護筒的過程中,如操作不當(dāng),容易導(dǎo)致周邊土體向孔內(nèi)位移,造成頸縮,影響樁身質(zhì)量。
可采取的措施版塊如下:
1)配制密度、黏度較高的水泥漿形成泥漿護壁,并保持足夠的液面高度使得泥漿產(chǎn)生足夠的壓力以對抗土壓力,防止產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。同時,通過泥漿充盈空洞、孔隙,能有效預(yù)防灌注混凝土?xí)r漏漿。
2)采用地層預(yù)注漿的方式防治漏漿和頸縮,即在樁位四周預(yù)先鉆孔注入配比合適的水泥漿,通過水泥漿的固結(jié)作用,提高樁位部分土層的整體性。
3)為防止頸縮,灌注和拔護筒的速度要保持一致,隨灌隨拔,且護筒底要低于灌注面2 m以上,并隨時監(jiān)測護筒內(nèi)混凝土面下降數(shù)值。
3.2.4 沉渣控制
為確?;炷僚c基巖結(jié)合良好,需滿足孔底沉渣厚度≤50 mm的設(shè)計要求。但本項目場地位于高回填區(qū),且鉆孔深度普遍較深,要達到該要求存在一定難度。經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員總結(jié)、分析,影響沉渣控制因素有:在鉆頭提升、鋼筋籠吊放過程中,鉆頭和鋼筋籠碰剮孔壁土體和松動巖層,導(dǎo)致其坍落;鉆孔周邊施工振動或大型機械行走,導(dǎo)致孔口或者孔壁松土滑落;清孔后未及時澆筑混凝土,在澆筑前因周邊施工振動導(dǎo)致孔壁、松動巖層局部坍孔;地下水位較高、雨水沖刷等原因造成孔壁浸泡或泥漿進入孔底沉淀等。
可采取的措施如下:
1)當(dāng)鉆至設(shè)計底標(biāo)高后,更換為雙底清渣鉆斗,將鉆斗降至距孔底0.2~0.3 m處,操作旋挖機空轉(zhuǎn)將殘渣吸出。
2)在鋼筋籠吊裝過程中,須安排技能過硬、經(jīng)驗豐富的機械操作人員將鋼筋籠緩慢、垂直地放入孔中。
3)因地制宜地選擇合理的二次清孔工藝,可根據(jù)場地布置情況、空曠程度選擇如旋挖撈渣鉆斗、泥漿正循環(huán)、泥漿反循環(huán)等清孔措施,清孔完成后及時安排混凝土澆筑。
4)在施工過程中,須保證鋼護筒高出地面0.3 m,以防止積水或雨水沖刷孔口、孔壁或攜帶泥漿流入孔內(nèi)。
3.2.5 混凝土澆筑的控制
考慮到本工程地下水位較高、地下水較豐富,為防止水量大導(dǎo)致水灰比變化,進而影響混凝土強度,主體樁基均采用導(dǎo)管澆筑水下混凝土的方式?;炷翝仓目刂茖仓と撕推鹬貦C械操作人員技術(shù)要求較高,如果過程中控制不好,將直接影響樁身質(zhì)量。
可采取的措施如下:
1)提前計算好初灌量,保證一次埋管深度不小于1.0 m。
2)為確保樁身質(zhì)量,灌注混凝土必須連續(xù)進行,不得中斷,否則容易造成斷樁。
3)澆筑時,須提前策劃、協(xié)調(diào)好各隊伍和各工序,確?;炷猎趫鰞?nèi)不得滯留2 h以上,且澆筑時坍落度應(yīng)控制在180~220 mm。
4)整個澆筑過程中,需始終保持導(dǎo)管底位于混凝土面下2~6 m,導(dǎo)管每次上提高度為0.3 m。在提升過程中,需注意觀察鋼筋籠,如發(fā)現(xiàn)鋼筋籠隨導(dǎo)管上升,應(yīng)立即停止并控制起重機械使導(dǎo)管降落,輕輕搖動使之與籠體脫開。
5)灌注過程中,需實時測量混凝土面的標(biāo)高,并確保超灌量(0.8~1.0 m),以確保鑿除浮漿后樁頂?shù)幕炷翉姸葷M足設(shè)計要求。
3.2.6 聲測管的控制
聲測管原材驗收、安裝及成品保護對于樁基施工亦十分重要。若施工中控制不好,導(dǎo)致發(fā)生聲測管堵管的情況,將影響下道工序的施工。聲測管堵管造成樁無法聲測,不僅造成高額的處理費用,還將直接影響施工進度。
可采取的措施如下:
1)在鋼筋籠制作過程中,選用質(zhì)量滿足要求的聲測管,同時嚴(yán)格按照規(guī)范要求對聲測管的連接、端頭密封和數(shù)量等進行驗收。
2)在拔鋼護筒的過程中,為防止周邊填土的擠壓,控制好混凝土澆筑高度和拔筒速度。
3)在混凝土澆筑完成后,加強對成品的保護措施,防止大型機械直接碾壓樁身。
4)在鑿樁頭過程中,嚴(yán)格要求工人按照規(guī)范和交底進行,過程中加強對聲測管的保護。
5)樁頭鑿?fù)曛?,?yīng)立即采取土工布封堵、覆蓋等保護措施,防止石塊或地梁墊層混凝土覆蓋、封堵聲測管,造成無法聲測的后果。
旋挖鉆孔灌注樁雖具有很強的技術(shù)和環(huán)保優(yōu)勢,但在現(xiàn)階段仍存在土層制約作用明顯、缺乏在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗等一系列問題。如何因地制宜,選擇合理的施工工藝和防治措施,制定切實有效的技術(shù)方案,仍是施工企業(yè)需要思考和關(guān)注的重點問題。
本文以實際工程為背景,對高回填地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工特點及控制要點進行了系統(tǒng)分析,簡要剖析了關(guān)于坍孔、硬巖掘進、漏漿、頸縮和混凝土澆筑質(zhì)量不佳等重、難點問題產(chǎn)生的原因,并提出了切實可行的防控措施和建議。通過工程實踐證明,這些措施取得了良好的綜合效益,有效地提高了施工質(zhì)量和進度,為高回填地區(qū)的旋挖鉆孔灌注樁施工積累了技術(shù)經(jīng)驗。