張 濤 田 野,2 陳 國(guó) 宋 志 柳 瑤 高 雨

1.中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430070；2.湖北中建三局建筑工程技術(shù)有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430070

傳統(tǒng)的深基坑開(kāi)挖，多采用樁（墻）撐、樁（墻）錨的支護(hù)方案，但錨桿（索）存在出紅線(xiàn)的限制條件，支撐使用完后拆除會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也影響工程進(jìn)度。懸臂式支護(hù)樁具有設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單、節(jié)約用地空間和施工費(fèi)用低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，然而懸臂式排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)支點(diǎn)力作用，往往容易導(dǎo)致樁頂水平位移及樁身彎矩較大，容易引起傾覆、斷樁等工程事故[1]。

為了增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不少學(xué)者在直樁的基礎(chǔ)上，研究了各種形式的斜樁工作性狀[2]，相比于直樁支護(hù)技術(shù)，傾斜樁支護(hù)技術(shù)在樁身位移控制和坑外沉降控制方面都有著很好的優(yōu)勢(shì)[3]。目前傾斜樁施工在一些工程中得到成功應(yīng)用，但總體上存在一定的施工困難[4]，導(dǎo)致傾斜樁基坑支護(hù)的應(yīng)用存在一定的阻礙。

究其受阻原因，主要是受施工設(shè)備的限制，且傾斜樁數(shù)量并不多，施工中主要通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)直樁設(shè)備的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜樁成孔，如潘術(shù)文[5]提出采用鋼管鉆孔灌注斜樁的施工方法，彭衛(wèi)東[6]提出采用沖擊鉆機(jī)與回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在碼頭工程中進(jìn)行嵌巖斜樁施工的方法。本文結(jié)合工程實(shí)例，探討采用泥漿護(hù)壁進(jìn)行傾斜鉆孔灌注樁基坑支護(hù)施工，從而減少因套管護(hù)壁而帶來(lái)的成本增加、工效降低的影響。

1 工程概況

工程位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)硃山湖以南，鄂江左線(xiàn)堤上路以北處，工程占地面積約15.6萬(wàn) m2（圖1）。設(shè)置2層地下室，基坑距離紅線(xiàn)約11 m，紅線(xiàn)外為通行道路，基坑開(kāi)挖深度11.25 m，涉及傾斜樁支護(hù)段長(zhǎng)度約120 m，設(shè)計(jì)采用前斜后直傾斜樁基坑支護(hù)，鉆孔灌注支護(hù)樁樁徑0.9 m，前排斜樁間距1.1 m、樁長(zhǎng)20.5 m、傾斜角度10°，后排直樁間距2.2 m、樁長(zhǎng)18.0 m（圖2）。

圖1 場(chǎng)地平面位置示意

圖2 支護(hù)典型剖面示意

基坑側(cè)壁的主要土層自上而下依次為：①1層雜填土、①2層素填土、②層黏土、③層粉質(zhì)黏土、④1層黏土、④2層碎塊石土。其中碎塊石土，中密，碎、塊石成分主要為石英、遂石、砂巖等，多呈棱角-次棱角狀，礫徑多大于20 mm，可見(jiàn)大于110 mm的大塊狀及短柱狀巖芯，含量一般大于60%，充填物為硬塑狀黏性土，碎、塊石多被黏性土包裹，碎、塊石排列無(wú)規(guī)律。鉆探中在礫石塊徑較小時(shí)取樣進(jìn)行顆粒分析，其黏粒含量20%～90%。層中偶見(jiàn)較純的黏土夾層。場(chǎng)地北鄰硃山湖，地下水主要為上層滯水和局部孔隙承壓水。

2 施工難點(diǎn)分析

相比于直樁，傾斜鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性更難得到保障，鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，樁體空間位置及截面尺寸容易發(fā)生變化，同時(shí)，由于鉆頭和鉆桿的自重作用，成孔可能發(fā)生斜向彎曲，并隨鉆進(jìn)深度的加大，撓度不斷加大，嚴(yán)重影響成孔質(zhì)量。因樁體發(fā)生傾斜，如發(fā)生坍孔現(xiàn)象，對(duì)地面的影響范圍會(huì)更大，并可能威脅地面作業(yè)人員的安全。泥漿護(hù)壁傾斜鉆孔灌注樁成孔、成樁過(guò)程中產(chǎn)生的難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1）泥漿護(hù)壁中需確定膨潤(rùn)土的適用性，根據(jù)試成孔情況明確所需的膨潤(rùn)土泥漿配比；制備泥漿性能除滿(mǎn)足護(hù)壁要求外，還要保證孔壁在傾斜狀態(tài)施工時(shí)的穩(wěn)定性或安全性。

2）鋼筋籠吊裝的有效性，確保鋼筋籠順利下放，同時(shí)滿(mǎn)足保護(hù)層厚度要求。

3）確保傾斜樁導(dǎo)管安裝及混凝土灌注措施的可靠性，滿(mǎn)足混凝土連續(xù)灌注的要求，避免發(fā)生卡管、掛籠等現(xiàn)象，防止導(dǎo)管松脫或避免造成鋼筋籠變形、偏位。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)方法

3.1 施工工藝流程

泥漿護(hù)壁傾斜灌注樁施工流程與普通泥漿護(hù)壁灌注樁的施工步驟基本相同，主要在成樁角度控制、傾斜鉆進(jìn)、鋼筋籠吊裝及導(dǎo)管安裝等方面的具體施工方法有比較大的區(qū)別。其施工流程為：場(chǎng)地平整及樁位測(cè)設(shè)→護(hù)筒斜向埋設(shè)，護(hù)筒中心及角度復(fù)核→鉆機(jī)就位，桅桿傾角設(shè)定→泥漿護(hù)壁取土鉆進(jìn)→鉆至樁底，清孔并進(jìn)行孔深、孔徑及傾斜角度等檢測(cè)→鋼筋籠制作驗(yàn)收及吊裝入孔→安裝導(dǎo)管及二次清孔→混凝土檢測(cè)及灌注成孔→拔除護(hù)筒。

3.2 機(jī)具選擇與改進(jìn)及護(hù)筒埋設(shè)

該工程傾斜支護(hù)樁鉆孔設(shè)備優(yōu)先采用旋挖鉆機(jī)，同時(shí)為了加快鉆進(jìn)成孔速度，減少孔壁土體在傾斜狀態(tài)下因應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的向內(nèi)收縮，選用型號(hào)較大的280型鉆機(jī)。因開(kāi)口鉆斗在傾斜鉆孔時(shí)容易產(chǎn)生一定幅度的開(kāi)啟或晃動(dòng)，將對(duì)孔壁造成擾動(dòng)，造成充盈系數(shù)變大，而且會(huì)增大坍孔風(fēng)險(xiǎn)，因此確定在傾斜支護(hù)樁施工時(shí)采用1.8 m撈砂鉆斗。為更好地傳遞軸壓，提高在碎塊石土層的鉆進(jìn)效率，選用機(jī)鎖鉆桿，通過(guò)鉆桿上的凹形鍵條互扣，形成硬性連接，可更有效地傳遞軸壓，避免因采用摩阻桿，依靠鉆斗負(fù)載傳遞軸壓，在鉆進(jìn)取土?xí)r可能增加的對(duì)孔壁的擾動(dòng)。

為進(jìn)一步提高成孔穩(wěn)定性，同時(shí)防止坍孔對(duì)地面人員的安全影響，傾斜支護(hù)樁埋設(shè)4～6 m護(hù)筒，通過(guò)長(zhǎng)護(hù)筒可加強(qiáng)鉆進(jìn)導(dǎo)向作用以及保障傾斜角度。

為防止鉆桿鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)度摩擦，對(duì)鉆頭進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，旋挖鉆頭添加圓狀凸起，使之在孔內(nèi)鉆進(jìn)取土?xí)r可支撐于孔壁上，形成支點(diǎn)，解決斜樁施工時(shí)鉆桿鉆頭向下彎曲的問(wèn)題，減少鉆頭對(duì)孔壁的擾動(dòng)。該文實(shí)例采用2.8～3.0 m定制長(zhǎng)鉆頭，進(jìn)一步減小傾斜支護(hù)樁施工時(shí)鉆頭自重造成的成孔彎曲的問(wèn)題，避免成樁中心線(xiàn)為曲線(xiàn)。

3.3 鉆機(jī)就位

施工前需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，保證鉆機(jī)施工處地基不產(chǎn)生沉陷，以免鉆機(jī)傾斜影響成孔的角度；在鉆機(jī)就位時(shí)，先將地面整平壓實(shí)，鉆機(jī)對(duì)桅桿進(jìn)行定位設(shè)置，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)傾斜角度的要求。

鉆機(jī)就位時(shí)，檢查護(hù)筒埋設(shè)后樁中心與鉆頭中心是否重合，如果偏差較大應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)位置，確保鉆孔的中心符合設(shè)計(jì)要求。

3.4 泥漿護(hù)壁

1）泥漿制備。鉆孔泥漿采用膨潤(rùn)土造漿，泥漿制作采用機(jī)械攪拌的方式，泥漿經(jīng)高速攪拌不少于4 min，并經(jīng)1 d時(shí)間達(dá)到完全溶脹后方可使用。泥漿采用非機(jī)械凈化法，即通過(guò)泥漿池進(jìn)行循環(huán)沉淀凈化泥漿。

2）泥漿配比。該文工程實(shí)例旋挖取土鉆進(jìn)至5 m左右，突遇滲流地下水，孔壁不斷有土塊掉入孔內(nèi)，滲流進(jìn)入孔內(nèi)，地下水在孔中形成自由水面，嚴(yán)重影響成孔施工。隨成孔深度的增加，孔壁持續(xù)產(chǎn)生垮土現(xiàn)象，將孔內(nèi)水位引排至孔外后，孔內(nèi)水位很快得到補(bǔ)給，并加快坍孔的發(fā)生。為防止發(fā)生埋鉆，同時(shí)為避免超灌過(guò)大，基于滲流對(duì)孔壁穩(wěn)定的不利影響，需采取泥漿護(hù)壁成孔作業(yè)。為確定合理的泥漿配比，選取3根直樁、2根斜樁進(jìn)行成孔試驗(yàn)，泥漿護(hù)壁試成孔參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)直樁施工形成的泥漿參數(shù)，斜樁施工時(shí)護(hù)壁泥漿的摻料配比為水∶膨潤(rùn)土∶純堿＝100∶14∶0.6，其中膨潤(rùn)土和純堿的比例根據(jù)地層情況相應(yīng)有所增加，目的是為了進(jìn)一步增加新制泥漿的黏度，更有效地形成泥皮，達(dá)到護(hù)壁的效果。

表1 泥漿護(hù)壁試成孔參數(shù)

3）泥漿性能。根據(jù)試樁結(jié)果，確定傾斜灌注樁護(hù)壁泥漿的主要性能要求：相對(duì)密度1.20～1.25，黏度25～30 s，含砂率≤4%；針對(duì)成孔時(shí)的地層情況，若需進(jìn)一步增加泥漿相對(duì)密度，可在泥漿中摻入一定比例的重晶石粉，保證傾斜樁施工時(shí)泥漿對(duì)孔壁具有足夠的護(hù)壁能力。若需進(jìn)一步增加泥漿的黏度和相對(duì)密度等關(guān)鍵指標(biāo)，可采用比普通膨潤(rùn)土黏度更高的OCMA膨潤(rùn)土進(jìn)行造漿，該膨潤(rùn)土為綜合配比的膨潤(rùn)土，配置泥漿時(shí)，無(wú)需再摻入纖維素等材料，在黏度小于25 s時(shí)，加入0.6%質(zhì)量比的純堿，可進(jìn)一步減小泥漿的濾失量，增加泥漿的黏度，利于孔壁泥皮的形成和加強(qiáng)護(hù)壁效果。

3.5 斜向鉆孔

開(kāi)鉆前對(duì)泥漿性能、鉆頭尺寸、鉆機(jī)對(duì)位偏差以及鉆機(jī)桅桿傾斜角度檢查驗(yàn)收合格后方可開(kāi)鉆。

鉆孔時(shí)，經(jīng)常觀測(cè)泥漿液面標(biāo)高，保持孔內(nèi)泥漿壓力，孔內(nèi)水位必須高于護(hù)筒底腳0.5 m以上或地下水位以上1.5～2.0 m。鉆孔時(shí)，起、落鉆頭的速度應(yīng)均勻，不得過(guò)猛或驟然變速。

傾斜鉆進(jìn)成孔時(shí)，應(yīng)避免坍孔埋鉆的發(fā)生。旋挖鉆機(jī)操作手應(yīng)對(duì)每一次鉆進(jìn)的下斗、取土及提斗過(guò)程進(jìn)行記錄，明確存在縮徑、坍孔等突發(fā)情況所處地層及其標(biāo)高，在后續(xù)施工時(shí)對(duì)泥漿指標(biāo)和鉆孔進(jìn)尺速度進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。同時(shí)施工人員旁站觀察鉆斗頂部是否有土塊堆積等情況，判斷是否存在坍孔或縮徑的風(fēng)險(xiǎn)，以便及時(shí)將鉆頭提出孔外，防止埋鉆。

由于采用的是旋挖傾斜成孔施工，保證傾斜角度的關(guān)鍵是鉆機(jī)桅桿的角度，因此，在鉆孔作業(yè)前，需要對(duì)桅桿進(jìn)行定位設(shè)置，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)傾斜角度的要求。鉆孔過(guò)程中，鉆機(jī)操作手應(yīng)通過(guò)顯示器的桅桿工作界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桅桿的位置狀態(tài)，確保成孔的傾斜角度符合要求，成孔傾斜角度與設(shè)計(jì)角度的偏差不大于1°。

3.6 成孔驗(yàn)收

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后即開(kāi)始清孔，采用平底清孔鉆斗進(jìn)行一次清孔，清除孔底浮土后進(jìn)行成孔驗(yàn)收，對(duì)孔深、孔徑、傾斜角度等進(jìn)行檢查。

1）成孔深度及孔底沉渣檢測(cè)。鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將實(shí)際鉆孔地層地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)圖紙對(duì)照，若實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)相符合，則開(kāi)始對(duì)孔深及孔底沉渣進(jìn)行檢測(cè)。

成孔深度采用測(cè)錘進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)繩底部應(yīng)配備質(zhì)量大于1 kg的鋼筋或重錘，因成孔有傾斜角度，采用的測(cè)錘應(yīng)光圓且具有足夠長(zhǎng)度，便于測(cè)錘在斜孔孔壁順利下滑到孔底部，得到孔深真實(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)結(jié)合鉆桿長(zhǎng)度進(jìn)行孔深復(fù)核。

鉆孔灌注樁的成孔深度應(yīng)只深不淺，實(shí)際成孔深度應(yīng)超出設(shè)計(jì)孔深0～300 mm，保證沉渣厚度滿(mǎn)足規(guī)范要求，若沉渣超標(biāo)則進(jìn)行清孔，沉渣厚度控制在100 mm以?xún)?nèi)。

2）孔徑、傾斜角度測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑制作檢孔器入孔檢測(cè)（圖3），檢測(cè)時(shí)，將檢孔器吊起，檢孔器的中心、孔位中心與起吊鋼絲繩保持一致，將檢孔器慢慢放入孔內(nèi)，若能順利沿孔壁下滑至孔底，則表明孔徑大于設(shè)計(jì)的籠徑；若中途遇阻則有可能在遇阻部位發(fā)生頸縮等現(xiàn)象，應(yīng)采取措施消除。

圖3 檢孔器示意

孔徑檢查采用直徑為0.9 m（與設(shè)計(jì)樁徑相同），長(zhǎng)度為4.5 m（設(shè)計(jì)樁徑的5倍長(zhǎng)度）的圓柱形檢孔器，當(dāng)檢孔器能順利下放到孔底時(shí)，孔徑合格。因成孔具有傾斜角度，為確保檢孔器沿孔壁順利下滑，在檢孔器外完整包覆厚2 mm的鍍鋅鐵皮。

鉆孔前后應(yīng)對(duì)鉆頭尺寸進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合檢孔器檢測(cè)情況以及灌注充盈系數(shù)綜合判斷選用的鉆頭類(lèi)型及尺寸是否滿(mǎn)足成孔要求。

3.7 鋼筋籠制作與安裝

為使鋼筋籠入孔后順利傾斜下放至孔底，不對(duì)孔壁產(chǎn)生擠壓和碰撞，同時(shí)確保導(dǎo)管順利安裝，在鋼筋籠加工時(shí)，采用以下幾種構(gòu)造措施。

1）對(duì)鋼筋籠加工順序進(jìn)行調(diào)整，將加勁箍由主筋內(nèi)側(cè)調(diào)整至主筋外側(cè)，同時(shí)主筋接頭應(yīng)平順擺放，避免因加勁箍以及主筋接頭的凸起造成導(dǎo)管出現(xiàn)卡籠掛籠現(xiàn)象（圖4）。

圖4 鋼筋籠實(shí)物

2）在鋼筋籠上安裝鋼滾輪（圖5），同時(shí)保證鋼筋籠具有足夠的保護(hù)層厚度。鋼滾輪寬度100 mm，外徑180 mm，每個(gè)斷面在鋼筋籠靠孔壁一側(cè)布置2處，每個(gè)斷面沿鋼筋籠長(zhǎng)度方向按2 m間隔布置。

圖5 鋼滾輪示意

3）在鋼筋籠加工時(shí)，增加橫向鋼筋，橫向鋼筋與兩端鋼筋籠主筋連接牢固，中間套入短鋼管，保證導(dǎo)管可順利滑動(dòng)，同時(shí)保護(hù)了鋼滾輪不受導(dǎo)管沖擊破壞。橫向鋼筋直徑同主筋，長(zhǎng)度為500 mm，兩端與鋼筋籠骨架焊接牢固；短鋼管采用管徑48 mm、壁厚3 mm的鋼管，長(zhǎng)度為450 mm，短鋼管可在橫向鋼筋上滾動(dòng)。

為保證導(dǎo)管順利下放入孔，避免出現(xiàn)與鋼筋籠卡、掛的現(xiàn)象，在鋼筋籠加工時(shí)，增加橫向鋼筋，橫向鋼筋與兩端鋼筋籠主筋連接牢固，中間套入短鋼管，短鋼管可在橫向鋼筋上滾動(dòng)，保證導(dǎo)管可順利滑動(dòng)，同時(shí)保護(hù)了鋼滾輪不受導(dǎo)管沖擊破壞（圖6、圖7）。

圖6 導(dǎo)管安裝構(gòu)造措施實(shí)物

圖7 導(dǎo)管安裝構(gòu)造措施示意

4 實(shí)施效果

為驗(yàn)證支護(hù)效果，在支護(hù)段外側(cè)土體中設(shè)置測(cè)斜管，測(cè)斜管直徑75 mm。實(shí)測(cè)支護(hù)樁開(kāi)挖至基底工況下的樁身位移結(jié)果如圖8所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移最大值為24.57 mm，最大位移發(fā)生在樁頂，位移控制效果基本可滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定及工程實(shí)際要求。

圖8 開(kāi)挖至基底實(shí)測(cè)位移

5 結(jié)語(yǔ)

相比于直樁，傾斜樁基坑支護(hù)具有更好的位移控制效果，適用于更大深度的懸臂式支護(hù)。對(duì)于有條件的工程，通過(guò)泥漿護(hù)壁成孔，可解決因全套管施工產(chǎn)生效率低、成本高的問(wèn)題。該文以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，研究泥漿護(hù)壁傾斜鉆孔灌注樁基坑支護(hù)施工技術(shù)，通過(guò)成孔試驗(yàn)及工程應(yīng)用，得出如下結(jié)論：

1）在武漢碎石土地層中，當(dāng)存在地下水滲流影響、干作業(yè)無(wú)法順利成孔的情況，可通過(guò)泥漿護(hù)壁進(jìn)行傾斜鉆孔灌注樁施工，護(hù)壁泥漿相對(duì)密度1.20～1.25、黏度25～30 s、含砂率≤4%，混凝土灌注充盈系數(shù)滿(mǎn)足要求。

2）傾斜鉆孔灌注樁成樁過(guò)程中，可通過(guò)鉆頭添加圓狀凸起、鋼筋籠設(shè)置鋼滾輪和橫向鋼管等措施，確保取土成孔、鋼筋籠下放、導(dǎo)管下放及回拔等施工過(guò)程的順利實(shí)施。

3）通過(guò)實(shí)施效果監(jiān)測(cè)，基坑位移滿(mǎn)足周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制要求，達(dá)到了比較好的支護(hù)效果，可為類(lèi)似工程提供一定的借鑒。