余鵬程

中鐵四局集團(tuán)有限公司 安徽 合肥 230022

填海區(qū)常存在深厚軟弱淤泥層、砂土層等，如何在這種不良地質(zhì)條件下完成地下工程作業(yè)，是施工時(shí)需要解決的一個(gè)重、難點(diǎn)。遇到混凝土灌注樁施工時(shí)，可從施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全、文明環(huán)保以及現(xiàn)場(chǎng)管理等多角度出發(fā)，綜合考慮選擇合適的成孔方案[1-3]。其中，旋挖成孔在泥漿護(hù)壁的作用下，憑借其速度快、質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用較為廣泛。

當(dāng)遇到地層中存在超厚砂土層或軟弱土層時(shí)，旋挖成孔時(shí)僅靠靜態(tài)泥漿護(hù)壁，很可能會(huì)發(fā)生大范圍坍孔或頸縮事故。在采用常規(guī)旋挖成孔方案很難保證順利成孔的情況下，可埋設(shè)預(yù)制鋼質(zhì)長(zhǎng)護(hù)筒，穿越不穩(wěn)定砂土層或軟弱土層，替代泥漿護(hù)壁配合旋挖完成成孔作業(yè)。

單一工序替換，會(huì)要求整個(gè)系統(tǒng)操作或參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。因此，有必要對(duì)工藝變更后系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)做出詳細(xì)的補(bǔ)充說明或論述，但目前關(guān)于長(zhǎng)護(hù)筒配合旋挖成孔方面的文獻(xiàn)并不多見，其中為數(shù)不多的幾篇代表文獻(xiàn)[4-6]多側(cè)重原理論證或操作流程概要說明。本文在說明工法原理及工藝流程的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地論述了關(guān)鍵工序操作及工法優(yōu)、缺點(diǎn)，并通過工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 工藝原理及流程

根據(jù)土層分布情況，設(shè)計(jì)出長(zhǎng)度適宜的鋼質(zhì)護(hù)筒，然后利用液壓振動(dòng)錘打入，穿越不穩(wěn)定土層。在入土鋼護(hù)筒的垂直度滿足要求后，測(cè)出護(hù)筒標(biāo)高?？梢酝ㄟ^常規(guī)工藝完成成孔，在混凝土澆筑完畢后通過振動(dòng)錘拔出長(zhǎng)護(hù)筒。護(hù)筒拔出一定高度，混凝土頂面標(biāo)高下降后（拔出時(shí)形成空隙引起），補(bǔ)灌混凝土。

工藝流程為：場(chǎng)地平整→測(cè)量放線→埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒→鉆孔就位→取土成孔→檢查孔底→清除虛土→吊放鋼筋籠→安設(shè)導(dǎo)管→澆筑樁身水下混凝土→拔出護(hù)筒→混凝土養(yǎng)護(hù)。

2 關(guān)鍵工序要點(diǎn)

2.1 埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒

鋼護(hù)筒長(zhǎng)度要根據(jù)工程地質(zhì)條件確定，保證底部能夠穿越不利土層，頂面宜高出施工平臺(tái)約30 cm。護(hù)筒過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致垂直度不易控制，且護(hù)筒內(nèi)外表面摩擦阻力隨深度的增加而增大，使護(hù)筒埋設(shè)難度增大，護(hù)筒長(zhǎng)度一般不宜超過30 m。長(zhǎng)護(hù)筒由工廠定制生產(chǎn)，外徑比樁徑大100～300 mm。在液壓振動(dòng)錘液壓夾的強(qiáng)力作用下以及護(hù)筒振動(dòng)埋設(shè)過程中，為保證護(hù)筒上下口不產(chǎn)生變形，須在護(hù)筒上下口采取包邊加強(qiáng)措施。

埋設(shè)護(hù)筒前先開挖淺坑，深度為1.0～1.5 m。同時(shí)，在樁位外圈設(shè)置4個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)連線構(gòu)成正方形，對(duì)角線交點(diǎn)通過同一平面內(nèi)樁位中心點(diǎn)。護(hù)筒豎立后，利用水平尺或錘球校正，具體操作方法與護(hù)筒下沉過程中的垂直度控制方法相同；同時(shí)，量測(cè)外表面與控制點(diǎn)距離，反復(fù)調(diào)整直至護(hù)筒中心與樁位中心一致。

振動(dòng)錘盡量選擇高頻液壓振動(dòng)錘，開始下沉階段（1～3 m）盡量采用低頻，后針對(duì)不同地層采用不同頻率。沉放過程中，在鋼護(hù)筒正、側(cè)兩面，以線錘校核垂直度，或使用2臺(tái)經(jīng)緯儀在平面90°夾角方向觀測(cè)。護(hù)筒頂面中心與設(shè)計(jì)樁位偏差不得大于5 cm，傾斜度不得大于1%。

2.2 水下混凝土澆筑

導(dǎo)管（內(nèi)徑250 mm，壁厚3 mm）兩端帶有螺紋絲扣快速接頭，連接時(shí)應(yīng)設(shè)有密封膠圈止水。每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為2.0 m，0.5、1.0、1.5 m備用短管各2節(jié)，用來調(diào)整不同樁長(zhǎng)情況下的導(dǎo)管總長(zhǎng)度?？稍诳卓谔帉?shù)段導(dǎo)管連成整體，再采用吊車插入，下端距孔底0.3～0.5 m。

整根導(dǎo)管上口應(yīng)連接有容量為1.2 m3左右的儲(chǔ)料漏斗，在漏斗出口與豎管連接處，懸吊隔水塞，初始首罐澆筑時(shí)必須將漏斗裝滿。剪斷吊塞鉛絲，使漏斗中的流態(tài)混凝土推壓隔水塞迅猛墜落，完成導(dǎo)管澆筑水下混凝土的第一道工序。

漏斗中的流態(tài)混凝土落入孔底后，形成高約1.2 m的混凝土柱體并將導(dǎo)管下口封住，使導(dǎo)管之內(nèi)為無水狀態(tài)；流態(tài)混凝土通過漏斗相繼倒入管中，因重力作用從導(dǎo)管下口溢出，混凝土上表面隨著管中混凝土澆筑而被動(dòng)抬高，最終形成樁身。在整個(gè)澆筑過程中，導(dǎo)管下口必須埋入混凝土中，深度不小于2 m，嚴(yán)禁拔空，避免因?qū)Ч芄噙M(jìn)泥水而造成斷樁事故。

起拔護(hù)筒1.5～2.0 m后補(bǔ)澆一定量的混凝土，灌注完畢后，混凝土頂面應(yīng)高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.8～1.0 m。整個(gè)混凝土澆筑流程為：首灌、常規(guī)澆筑、補(bǔ)灌。水下澆灌混凝土?xí)r會(huì)損失一定比例的強(qiáng)度，常規(guī)C35及以下混凝土澆灌時(shí)按規(guī)范提高1個(gè)等級(jí)即可，高于C35以上時(shí)應(yīng)提高2個(gè)等級(jí)配制。

2.3 護(hù)筒起拔

混凝土澆筑完成（已預(yù)留補(bǔ)灌量）后，先在原地將鋼護(hù)筒振松，后利用履帶吊與振動(dòng)錘緩慢提拔鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒提拔速度不宜過快，以讓樁身混凝土緩慢填充護(hù)筒拔除后形成的空隙，拔出過程中同樣須控制垂直度，方法與護(hù)筒下沉?xí)r一致。長(zhǎng)護(hù)筒拔出時(shí)間不宜過早，否則極易造成坍孔或頸縮；拔出時(shí)間過晚則易影響樁身混凝土成形效果，造成樁身出現(xiàn)有害裂縫或斷樁。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，一般在澆筑混凝土完畢后10～25 min開拔。

履帶吊（不可以使用汽車吊）選擇時(shí)須兼顧三方面：安裝或拔出鋼護(hù)筒、下放鋼筋籠、澆筑混凝土。鋼護(hù)筒質(zhì)量明顯高于鋼筋籠、漏斗（含漏斗內(nèi)流動(dòng)混凝土），故履帶吊噸位可按護(hù)筒質(zhì)量控制下限值選擇，在實(shí)際工程中一般選取100 t即可。

3 工法優(yōu)缺點(diǎn)

1）成樁質(zhì)量：長(zhǎng)護(hù)筒區(qū)域段不會(huì)發(fā)生孔壁坍落或頸縮現(xiàn)象；采用長(zhǎng)護(hù)筒可以避免泥漿對(duì)混凝土工程性質(zhì)的影響，有利于提高混凝土對(duì)鋼筋的握裹力，避免泥漿孔壁“潤(rùn)滑劑”的負(fù)面作用；長(zhǎng)護(hù)筒方案成樁質(zhì)量可靠，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)[7]，Ⅰ類樁比例高達(dá)95%。

2）施工成本：長(zhǎng)護(hù)筒成孔無須泥漿或泥漿制備量小，可減少泥漿相關(guān)費(fèi)用；由于在長(zhǎng)護(hù)筒區(qū)域段無坍孔或頸縮現(xiàn)象，同時(shí)未混入泥漿，故成孔取土量較少，節(jié)約了土方外運(yùn)成本；樁體充盈系數(shù)減小，節(jié)約了混凝土用量；鋼質(zhì)長(zhǎng)護(hù)筒預(yù)先由工廠定制而成，同一工程中配合旋挖鉆機(jī)可循環(huán)使用，一般配備2～5個(gè)（其中一個(gè)備用）即可；工程完工后可回收，改造加工后可在新工程中繼續(xù)使用。

3）文明施工：長(zhǎng)護(hù)筒區(qū)域段無泥漿護(hù)壁，無需泥漿或需求量少，減小了因泥漿帶來的污染影響；此區(qū)域段的土體因無泥漿的混入，土體含水率低，故挖出后無需晾曬，或短時(shí)晾曬后即可滿足外運(yùn)要求。

4）適用范圍：利用長(zhǎng)護(hù)筒穿越過厚的砂土層或淤泥層，解決了常規(guī)泥漿護(hù)壁的成孔難題，拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍；但軟弱土層區(qū)域過長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)護(hù)筒或因其垂直度控制難度大而難以實(shí)現(xiàn)。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 深圳蛇口碼頭樁基礎(chǔ)工程

該工程位于深圳市南山區(qū)蛇口太子灣碼頭填海區(qū)，地處海邊，環(huán)保施工要求高。本次施工內(nèi)容為灌注樁基，共計(jì)618根，其中抗拔樁401根（包括3根抗拔試驗(yàn)樁），抗壓樁217根，樁徑均為1 300 mm。樁在地面上進(jìn)行施工，樁深35～66 m（包括約6 m空樁）。約200根樁采用旋挖成孔，但根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，此區(qū)域上部12 m范圍內(nèi)存在軟弱雜填土，直接成孔效果或不理想，最終經(jīng)多方確認(rèn)，采取13 m長(zhǎng)護(hù)筒一次性穿越此區(qū)域土層，配合旋挖順利成孔。

4.2 港珠澳大橋珠海口岸基礎(chǔ)工程

港珠澳大橋珠?？诎遁p軌預(yù)留區(qū)圍護(hù)采用鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，成孔深度19.2 m，共930根。其中WZ1型樁442根，實(shí)樁14.2 m，空樁5 m；WZ2型樁488根，實(shí)樁13.75 m，空樁5.75 m。因圍護(hù)樁成孔主要位于人工填砂層和淤泥層中，常規(guī)的泥漿護(hù)壁成孔難以實(shí)現(xiàn)，故旋挖成孔可采用20 m長(zhǎng)護(hù)筒配合完成，護(hù)筒埋設(shè)可采用100 t吊車。最終圍護(hù)樁順利完工，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

通過實(shí)例驗(yàn)證，采取埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒穿越不穩(wěn)定土層，以替代常規(guī)泥漿護(hù)壁的方案可行，并得到如下主要結(jié)論：

1）鋼護(hù)筒長(zhǎng)度要工程地質(zhì)條件確定，底部穿越不利土層，但護(hù)筒不宜過長(zhǎng)（不宜超過30 m）。長(zhǎng)護(hù)筒由工廠定制，外徑超樁徑100～300 mm，上下口須包邊加強(qiáng)。外圈設(shè)置4個(gè)控制點(diǎn)用于護(hù)筒定位，利用經(jīng)緯儀或錘球90°夾角方向校正垂直度。

3）鋼護(hù)筒起拔前先在原地振松，開拔時(shí)間控制在澆筑混凝土完畢后10～25 min。鋼護(hù)筒提拔速度不宜過快，拔出過程中同樣須控制垂直度。

4）長(zhǎng)護(hù)筒方案避免或減小了泥漿處理對(duì)工程的影響，提高了成樁質(zhì)量，減小了因泥漿帶來的污染。因無需泥漿或僅需少量泥漿及鋼護(hù)筒可循環(huán)使用，故長(zhǎng)護(hù)筒方案的施工成本較小。長(zhǎng)護(hù)筒埋設(shè)拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍。

長(zhǎng)護(hù)筒方案適用于填海區(qū)超厚淤泥或砂土層灌注樁施工，成樁質(zhì)量、文明施工、施工成本等均可控，具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。但護(hù)筒定位與垂直度控制方案的智能優(yōu)化，鋼護(hù)筒過長(zhǎng)時(shí)的垂直度控制以及護(hù)筒埋設(shè)過程中遇到障礙物時(shí)的處理[8]，是應(yīng)用長(zhǎng)護(hù)筒方案時(shí)須進(jìn)一步解決的難題。