武 恒，王士國，王飛翔

(天津市地質(zhì)基礎(chǔ)工程公司，天津 300191)

1 引言

山前古河道復雜地質(zhì)條件下，旋挖成孔、沖擊沖孔、全護筒搓管機和人工挖孔都是常用的成孔工藝。古河道下卵礫石層質(zhì)地堅硬、粒徑較大且存在大塊孤石，受河水常年沖刷，石塊磨圓度好且孔隙率大，機械成孔時振動幅度大，容易造成泥漿外漏和孔壁坍塌，成孔難度較大[1]。人工挖孔樁操作空間要求小，施工工藝簡單靈活，隨挖隨護壁的做法可以避免孔壁坍塌的問題，再利用旋挖鉆機接力水下入巖。兩種成孔工藝的配合，可以很好地解決古河道卵礫石地層中嵌巖灌注樁的施工難題。

2 工程概況

本項目位于河北省承德市興隆縣山前地區(qū)。擬建物包括3棟10層洋房，框剪結(jié)構(gòu)；6棟2層別墅，框架結(jié)構(gòu)，總占地面積約37302 m2，總建筑面積54179.66 m2。

擬建物基礎(chǔ)形式為樁承臺基礎(chǔ)，樁徑600 mm，有效樁長6～14 m，同時保證樁長不得低于6.0 m，樁基持力層為④2層中風化頁巖，樁端進入持力層深度1.0 m，共411棵。

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

場區(qū)地貌單元屬沖洪積相與低山坡腳交匯處，場地整平標高280.69～294.31 m(圖1)。場區(qū)覆蓋層主要由第四系沖洪積層組成，地基持力層為④2層中風化頁巖，屬同一地貌單元?？辈靾蟾嬷袦\部主要地層情況如下。

圖1 場地典型地質(zhì)剖面

①雜填土，黃褐色～灰褐色，稍濕，松散，成分為開山碎石、棄土，局部為生活垃圾,建筑垃圾，該層只在局部場地分布，厚度為0.40～10.80 m，平均厚度為4.57 m。

②粉土，黃褐色，稍濕，稍密，干強度及韌性低，無光澤反應(yīng)，局部夾有粉砂，表層有植被覆蓋。該層只在局部場地分布，厚度為0.30～3.50 m，平均厚度為0.96 m，層底埋深0.30～9.50 m。

③圓礫，褐色，稍濕～飽和，稍密～中密，骨架顆粒成分以花崗巖、石英巖、灰?guī)r等為主，磨圓度較好，中粗砂充填為主，局部粘性土充填為主，局部夾有粉土、卵石、漂石。該層厚度為0.40～6.00 m，平均厚度為3.46 m，層底埋深1.20～15.60 m，平均深度為6.65 m，層底標高為272.39～290.06 m。

④1強風化頁巖，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，巖芯呈土狀及碎塊狀，裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。該層厚度為1.10～2.50 m，平均厚度為1.37 m，層底埋深1.50～17.00 m。

④2中風化頁巖，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，巖芯呈塊狀及短柱狀，巖石較堅硬，裂隙較發(fā)育，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。該層全區(qū)分布，最大揭露厚度為13.50 m，最大揭露深度為24.00 m。

場區(qū)地下水實測穩(wěn)定水位埋深4.00～12.60 m，穩(wěn)定水位標高276.08～278.90 m。通過走訪調(diào)查，了解到場地中南部為原山前古河道，表層大部分雖已回填，但下部圓礫層深厚區(qū)域，與周邊水系仍有水力聯(lián)系，且部分地形深洼處積存了大量地下水。

4 存在的問題及解決方案

根據(jù)設(shè)計要求，樁基施工擬采用旋挖成孔灌注樁。旋挖成孔灌注樁采用履帶式旋挖鉆機成孔，效率高，自帶柴油動力裝置，施工十分方便。旋挖鉆機成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計深度。對粘結(jié)性好的巖土層，可采用干式或清水鉆進工藝，無需泥漿護壁。而對于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩(wěn)定，必須采用靜態(tài)泥漿護壁鉆進工藝，向孔內(nèi)投入護壁泥漿或穩(wěn)定液進行護壁。

4.1 存在的問題

為保證施工質(zhì)量，正式施工前，組織了一臺NR-220型旋挖鉆機進場開展試成樁工作，成樁過程中發(fā)現(xiàn)以下問題。

4.1.1 鉆進速度慢

因圓礫層中卵礫石質(zhì)地堅硬、粒徑較大且存在大塊孤石等復雜地質(zhì)情況，旋挖鉆進速度慢且鉆桿、鉆頭磨損情況嚴重，每小時進尺不超過1 m，效率無法滿足工期要求。

4.1.2 易漏漿

場地中南部古河道區(qū)域圓礫層中卵礫石受河水常年沖刷，層間小顆粒基本流失，造成該層實際孔隙率大，地下水豐沛且流動性較強，泥漿流失嚴重，導致護壁效果和清孔效果不佳。

4.1.3 塌孔嚴重

表層雜填土填墊年限短，結(jié)構(gòu)松散，受擾動后容易坍塌。此外鉆進至圓礫層時，孔壁存在較大粒徑的探頭石，旋挖鉆頭通過后，帶動孔壁塌方嚴重，甚至造成卡鉆。塌孔同樣影響鉆進速度，還將造成混凝土灌注虧方和孔底沉渣厚實，嚴重影響成樁質(zhì)量。

4.2 應(yīng)對措施

為解決以上問題，經(jīng)研究，采取了以下應(yīng)對措施。

4.2.1 引入大功率旋挖設(shè)備

項目組立即組織引入了一臺SD-280旋挖設(shè)備[2]，動力工效明顯優(yōu)于第一臺NR-220鉆機。鉆進成孔速度有所提高，但因為施工時振動大，對地層擾動更加明顯，塌孔現(xiàn)象更加嚴重(圖2)。

圖2 塌孔嚴重

4.2.2 回填黏土和干水泥

為解決漏漿問題，先后嘗試孔內(nèi)回填黏土和水泥，并用旋挖鉆筒分段攪實，希望可以有效填充卵礫石孔隙，維持孔內(nèi)泥漿比重[3]。樁孔靜置一段時間后再次開挖，泥漿依然流失嚴重，收效甚微。

4.2.3 配備鋼護筒

挖孔前打設(shè)一截鋼護筒(直徑800 mm，長度3 m，壁厚5 mm)，解決了淺部雜填和粉土地層的塌孔問題。但因為無法進入較深處圓礫層，卵礫石的坍塌問題仍然存在。

4.2.4 調(diào)整灌注樁成樁工藝

為保證工程順利完成，通過與建設(shè)、勘察和設(shè)計單位溝通，決定調(diào)整灌注樁成樁工藝。針對市場上處理類似問題另外3種可以借鑒的施工工藝，分析對比如下。

(1)沖擊成孔。沖擊成孔是將鉆頭提升一定高度后，利用鉆頭自身重量，自由落體反復沖擊成孔，鉆頭(錘)重量根據(jù)地層類別確定。沖擊成孔工藝適用于砂礫石地層，對有大塊漂石和大粒徑卵礫石的破碎效果好，成孔速度快，地層松散時易出現(xiàn)坍孔等問題(圖3)。

圖3 沖擊成孔設(shè)備

(2)全護筒搓管機。搓管機通過液壓裝置將鋼護筒旋轉(zhuǎn)逐節(jié)壓入，每節(jié)護筒壓入后通過旋挖抓斗內(nèi)部取土，然后再壓入下一節(jié)護筒，如此循環(huán)直至設(shè)計標高。搓管機屬于“硬護壁”成孔施工工藝，無需造漿護壁(圖4)。

圖4 全護筒搓管機

(3)人工挖孔。人工挖孔灌注樁是指樁孔采用人工挖掘方法進行成孔，然后安放鋼筋籠，澆注混凝土而成的樁。為保證施工過程安全，挖孔樁每開挖一段即澆一段混凝土護壁，混凝土護壁的施工應(yīng)在挖至一定深度后及時支模并澆筑混凝土。人工挖孔樁超過一定深度后，還需要設(shè)置照明和通風等安全設(shè)施。人工挖孔樁具有操作空間要求小，施工工藝簡單靈活，造價低等特點。場地條件或地質(zhì)條件緊張時，往往可以利用人工挖孔樁解決(圖5)。

圖5 人工挖孔樁工藝流程示意

綜合以上3種成孔工藝及旋挖成孔工藝，考慮成孔速度、入巖速度、塌孔情況、漏漿情況和綜合費用5個因素，對比如表1。

表1 成孔工藝對比分析

根據(jù)上述分析，沖擊成孔工藝雖然施工速度快，但是仍然存在塌孔和漏漿的問題，不適用于本工程。全護筒搓管機工藝可以很好的解決本工程樁基成孔遇到的問題，但根據(jù)市場調(diào)查，其設(shè)備施工費用是常規(guī)旋挖或沖擊設(shè)備的3倍以上，而且項目所在地區(qū)目前沒有該類型設(shè)備，只能從外地調(diào)運，還需要額外支付大筆運費，綜合考慮后未采用該種成孔工藝。人工挖孔工藝雖然施工速度慢，但可以通過合理的工序排布，增加施工人員同時多孔作業(yè)來彌補。

此外，通過分析勘察報告和現(xiàn)場實地挖探試驗后發(fā)現(xiàn)，有超過半數(shù)的工程樁位于古河道外側(cè)臨近山體處，所在區(qū)域卵礫石層厚度較薄或缺失，仍可以利用現(xiàn)有旋挖鉆機成孔。對于古河道卵礫石層較厚區(qū)域，人工挖孔超過卵礫石層后，利用旋挖鉆機接力入巖，一并解決了水下人工入巖難度大的問題。經(jīng)過多輪溝通，各方均認可這種人工挖孔+旋挖入巖的組合成孔工藝(圖6)[4]。

圖6人工挖孔+旋挖入巖組合工藝示意

5 成樁效果評價

調(diào)整施工工藝后，2臺旋挖鉆機和8個人工挖孔班組同時作業(yè)(圖7)，互不干擾的同時保證交叉配合。算上試成樁和工藝調(diào)整分析論證的時間在內(nèi)，總工期仍未超過進場前的預期，沒有影響后續(xù)總承包單位開槽施工，整個施工過程安全順利。

圖7 組合成孔工藝現(xiàn)場施工照片

人工挖孔作業(yè)可以通過及時施做護壁解決卵礫石層側(cè)壁坍塌的問題，但是進入地下水位以下時，為保證作業(yè)人員安全和效率，還需采取相應(yīng)降水措施。本項目中，為節(jié)省工期和造價，未單獨設(shè)置降水井，采取了孔內(nèi)和周邊樁孔交替抽水的方式，采取循環(huán)作業(yè)，實現(xiàn)孔下干燥挖土[5]。

根據(jù)第三方檢測單位提供的檢測報告，靜載荷抗壓承載力試驗結(jié)果顯示全部試樁單樁極限承載力均滿足設(shè)計極限值要求，低應(yīng)變檢測結(jié)果顯示Ⅰ類樁占96.43%，Ⅱ類樁占3.57%，沒有Ⅲ類和Ⅳ類樁。成樁質(zhì)量總體良好，實現(xiàn)了設(shè)計要求。

6 結(jié)語

(1)古河道下部卵礫石層因常年河水沖刷，石塊粒徑大、強度高、磨圓度好而且層間孔隙大，地下水充沛且有流動時，采用機械成孔速度慢、易坍塌、易漏漿，嚴重時還會造成卡鉆頭、充盈系數(shù)大、孔底沉渣厚等情況，需慎重考慮。

(2)人工挖孔樁工藝操作空間要求小，施工工藝簡單靈活，對周邊環(huán)境影響微弱，可以解決孔壁坍塌的問題。在水位以下施工時，為了保證安全和工效，可以設(shè)置降水井抽排地下水，還可以通過相鄰孔內(nèi)交替降水實現(xiàn)循環(huán)作業(yè)。

(3)人工挖孔與旋挖入巖兩種成孔工藝的結(jié)合，很好的解決了淺部卵礫石塌孔、樁端人工入巖緩慢和水下作業(yè)效率低下的問題，這種組合工藝可以作為類似樁基工程問題的參考解決方案。