李耀良 陳益貴 黃 磊 羅云峰

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

隨著我國(guó)各大城市新建建筑可利用土地面積的不斷壓縮，超高層建筑快速發(fā)展，越來(lái)越多要求在狹小區(qū)域內(nèi)開(kāi)發(fā)建設(shè)的建筑物拔地而起，隨之對(duì)單樁承載力的要求也越來(lái)越高，大直徑、超深、超厚嵌巖樁隨處可見(jiàn)。

這類(lèi)樁的施工，除依靠配套的大型旋挖機(jī)來(lái)保證所需的扭矩和嵌巖能力外，還需從力學(xué)角度進(jìn)行施工技術(shù)優(yōu)化。在大直徑超深、超厚嵌巖樁施工中，如何確保將大型旋挖機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能最大限度轉(zhuǎn)化為成孔進(jìn)尺，減少無(wú)用功的出現(xiàn)，以期提高施工成孔效率，是值得深入研究和探討的技術(shù)難題。

1 工程概況

金地中心樁基礎(chǔ)工程項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園南區(qū)，項(xiàng)目周長(zhǎng)約562 m，規(guī)劃設(shè)計(jì)為超高層寫(xiě)字樓、企業(yè)總部、特色商業(yè)及服務(wù)式公寓，基地占地面積44 370 m2，規(guī)劃地上總建筑面積208 800 m2，建筑高度300 m，采用巨撐-核心筒結(jié)構(gòu)。

1.1 工程地質(zhì)情況

區(qū)域內(nèi)地層自上而下可分為第四系地層、未分統(tǒng)的殘積層、上白堊統(tǒng)地層、侏羅系地層、三疊系地層、石炭系地層、泥盆系地層等。除上述地層外，區(qū)內(nèi)中生界巖漿活動(dòng)極為強(qiáng)烈，花崗巖類(lèi)的侵入巖及酸性-中酸性火山巖廣布全區(qū)，此外，還常見(jiàn)有酸性、中性、基性巖脈。根據(jù)勘察結(jié)果，區(qū)域內(nèi)分布的主要地層有：人工填土層、第四系海陸交互相沉積層、沖洪積層和殘積層。下伏基巖為燕山晚期花崗巖，受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，局部呈碎裂巖化，部分區(qū)域揭露輝綠巖脈。巖層從上至下依次為：⑤4中風(fēng)化花崗巖，屬較軟巖，巖體較破碎～較完整，層厚0.50～21.30 m；⑤5微風(fēng)化花崗巖，屬較硬巖，巖體較完整，層厚0.70～9.60 m；⑥4中風(fēng)化輝綠巖，屬較軟巖，巖體較破碎，層厚0.50～7.80 m；⑥5微風(fēng)化輝綠巖，屬較硬巖，巖體較完整，層厚2.46～8.36 m。

1.2 工程樁設(shè)計(jì)概況

工程樁設(shè)計(jì)主要有南、北2座塔樓樁以及裙房樁，其中，南、北2座塔樓鉆孔灌注樁樁徑為2 200、2 400、2 600、2 800 mm共4種，設(shè)計(jì)要求樁端持力層在微風(fēng)化花崗巖或微風(fēng)化輝綠巖脈，入巖深度0.5～2.0 m不等，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。

工程樁施工階段基坑已局部進(jìn)行土方開(kāi)挖，其中北塔地面標(biāo)高為-7.0 m，南塔地面標(biāo)高為+2.0 m，成孔深度最深的為南塔ATZ6#樁，設(shè)計(jì)樁徑為2.6 m，成孔深度達(dá)81.47 m；穿透中風(fēng)化巖層最厚的為北塔BTZ34#樁，設(shè)計(jì)樁徑為2.4 m，需要穿透中風(fēng)化巖層厚度達(dá)17.3 m，另設(shè)計(jì)要求須嵌入微風(fēng)化巖層1.5 m。南座塔樓平均成孔深度達(dá)68.4 m，嵌巖深度達(dá)6.0 m，其中還不包含強(qiáng)風(fēng)化二代花崗巖以及中風(fēng)化碎裂巖化花崗巖；北座塔樓平均嵌巖深度達(dá)7.0 m以上，將大直徑超深、超厚嵌巖特性有效合一，對(duì)成孔技術(shù)和效率要求極高。

1.3 旋挖機(jī)設(shè)備

項(xiàng)目施工階段同時(shí)投入了多種當(dāng)前在國(guó)內(nèi)使用的比較多的大型旋挖機(jī)，在先天條件上保證了大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁施工需要的超大動(dòng)力和扭矩，以便于在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，能夠?qū)Υ笾睆匠?、超厚嵌巖旋挖灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行更深入的研究和優(yōu)化，在提高成孔工效的同時(shí)，也為將來(lái)類(lèi)似超高層建筑樁基設(shè)計(jì)和施工提供可靠的經(jīng)驗(yàn)。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 常規(guī)大直徑超深、超厚嵌巖樁施工技術(shù)

常規(guī)大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁的施工技術(shù)主要為“三刀切”[1-2]。基本工序（以2.6 m樁徑為例）為：土層中使用φ2.6 m的撈渣斗進(jìn)行進(jìn)尺，直到進(jìn)尺至效率變慢，一般成孔深度為50 m，到強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化層時(shí)更換φ1.5 m撈渣斗繼續(xù)進(jìn)尺。在中風(fēng)化夾層、中風(fēng)化巖以及微風(fēng)化巖中先使用φ1.0 m牙輪進(jìn)尺、鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高；然后換φ2.2 m撈渣斗進(jìn)尺至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高（進(jìn)尺較難時(shí)用φ2.2 m牙輪、筒鉆）；最后使用φ2.6 m撈渣斗擴(kuò)孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高（進(jìn)尺至較難時(shí)用牙輪、筒鉆）。通過(guò)變換不同規(guī)格直徑的鉆頭，形成類(lèi)似于“三刀切”的逐級(jí)擴(kuò)孔、逐級(jí)鉆進(jìn)成孔的施工技術(shù)。

此技術(shù)為當(dāng)前應(yīng)對(duì)大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁的主流施工方法，利用常規(guī)的逐級(jí)擴(kuò)孔原理，將原有的大直徑旋挖灌注樁施工轉(zhuǎn)化為小直徑成孔施工，以期在應(yīng)對(duì)超深、超厚嵌巖時(shí)，旋挖設(shè)備能夠保證足夠的動(dòng)力和扭矩，實(shí)現(xiàn)大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁成孔的目的。

2.2 梅花形成孔大直徑超深、超厚嵌巖施工技術(shù)

梅花形成孔大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁施工技術(shù)的基本工序（以2.6 m樁徑為例）為：土層中使用φ2.6 m的撈渣斗進(jìn)行進(jìn)尺，直到進(jìn)尺效率較慢；在中風(fēng)化夾層、中風(fēng)化巖以及微風(fēng)化巖層中先使用φ2.6 m牙輪在孔內(nèi)進(jìn)尺1.0 m，即孔周邊切斷，再使用φ1.0 m筒鉆（或巖石硬度大時(shí)使用φ0.8 m）梅花孔進(jìn)尺（圖1）。一般為3個(gè)孔，三角形狀，貼著原牙輪邊進(jìn)行。然后更換φ2.4 m撈渣斗進(jìn)行擴(kuò)孔、撈渣，再使用φ2.6 m牙輪收孔，接著繼續(xù)進(jìn)尺下一循環(huán)，基本每個(gè)循環(huán)能進(jìn)尺1.0 m。形成類(lèi)似于“梅花”形的鉆進(jìn)成孔施工技術(shù)。

圖1 梅花形成孔示意

此技術(shù)除了利用將大直徑轉(zhuǎn)小直徑的常規(guī)思路外，還從應(yīng)力解除方面分析，使用梅花形成孔方法。大牙輪切斷了孔徑中巖石與周邊巖層的聯(lián)系，再使用小鉆頭解除大直徑樁內(nèi)巖石的部分應(yīng)力，應(yīng)力分解后，最后進(jìn)行擴(kuò)孔施工成孔。施工技術(shù)從力學(xué)出發(fā)，大大提高了施工效率。

3 成孔效率分析

結(jié)合項(xiàng)目工程實(shí)例，對(duì)2種不同施工技術(shù)的成孔效率進(jìn)行對(duì)比和分析。所選樁型的設(shè)計(jì)要求和施工設(shè)備相同，樁徑相同，成孔深度基本相同，巖層厚度也基本相同，分析比較2種不同技術(shù)的效率高低，為同類(lèi)項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)。選取2根樁進(jìn)行成孔效率分析，2根樁的樁徑均為2.6 m，地質(zhì)情況和巖層厚度基本相同。

3.1 常規(guī)“三刀切”施工工藝效率分析

采用傳統(tǒng)“三刀切”施工大直徑超深、超厚嵌巖樁時(shí)，每進(jìn)尺1 m，φ1.0 m鉆頭（第1刀）約需2 h，φ2.2 m鉆頭（第2刀）約需1.5 h，φ2.6 m鉆頭（第3刀）約需1 h，在巖層中進(jìn)尺效率約為4.5 h/m。當(dāng)遇到特殊情況如2.8 m樁徑、巖層硬度大時(shí)，可能需要“四刀”甚至“五刀”切，成孔效率將會(huì)明顯下降。

3.2 采用梅花形成孔施工工藝效率分析

采用梅花形成孔施工大直徑、超深、超厚嵌巖樁時(shí)，每進(jìn)尺1 m，φ2.6 m牙輪需1.0～1.5 h，1 m筒鉆梅花孔約0.5 h，3個(gè)梅花孔共需1.5 h，φ2.4 m撈渣斗約0.25 h，一般撈渣進(jìn)尺2次，共0.5 h。單個(gè)輪回時(shí)間總共為3.0～3.5 h。

經(jīng)分析，在巖石層中采用梅花形成孔施工工藝，每米的效率能提高1 h左右，說(shuō)明該工藝應(yīng)用于大直徑超深、超厚嵌巖的旋挖灌注樁施工有明顯提高工效的作用。

4 成孔質(zhì)量驗(yàn)證

4.1 混凝土充盈系數(shù)

經(jīng)過(guò)對(duì)項(xiàng)目的多根大直徑樁施工數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行比較、驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，采用2種不同技術(shù)施工大直徑超深、超厚嵌巖灌注樁的混凝土充盈系數(shù)存在明顯差異：采用“三刀切”施工技術(shù)成孔的樁孔混凝土充盈系數(shù)為1.17～1.25；而采用梅花形成孔施工技術(shù)成孔的樁孔混凝土充盈系數(shù)為1.06～1.07。分析數(shù)據(jù)后，項(xiàng)目部認(rèn)為主要是梅花形成孔施工技術(shù)一開(kāi)始就先采用φ2.6 m鉆頭進(jìn)行切割成孔，加強(qiáng)了樁孔本身的護(hù)壁效果，同時(shí)減少了后續(xù)對(duì)孔壁的反復(fù)擾動(dòng)，使超深樁孔孔壁相對(duì)穩(wěn)定，從而產(chǎn)生了優(yōu)化效果。

4.2 鉆芯取樣驗(yàn)證

樁基施工全部完成并達(dá)到要求齡期后，由建設(shè)單位委托第三方對(duì)塔樓樁成孔質(zhì)量情況進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)，單樁鉆孔取芯數(shù)量均為3個(gè)孔。芯樣結(jié)果顯示：受檢樁樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度和樁身完整性均為合格。

5 結(jié)語(yǔ)

1）隨著城市建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日趨變化，超高層建筑日新月異，施工時(shí)間要求也日益苛刻，故而對(duì)施工技術(shù)的不斷優(yōu)化、研究顯得尤為重要，在硬件達(dá)到一定瓶頸的時(shí)候，需要我們?cè)谲浖铣浞职l(fā)揮能動(dòng)性，提高工效，保證工程建設(shè)能保質(zhì)、保量、按期完成。

2）梅花形成孔施工工藝不僅能有效提高大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁的施工效率，而且在成本、質(zhì)量上同樣擁有足夠的優(yōu)勢(shì)，在深圳金地中心項(xiàng)目的100多根大直徑超深、超厚嵌巖旋挖灌注樁施工過(guò)程中，梅花形成孔技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的維修和損壞率明顯更低，同等配件的作業(yè)壽命增加。另外，成樁后的混凝土充盈系數(shù)也有所保障。

梅花形成孔施工工藝不僅遵從了常規(guī)的以小變大的理念，還從力學(xué)等方面優(yōu)化了以小變大的過(guò)程，運(yùn)用應(yīng)力解除的力學(xué)理念，將大直徑超深、超厚嵌巖灌注樁的施工效率大幅提高，為日趨主流的同類(lèi)型大樁的施工提供了可靠的工程實(shí)例。