張大偉

(1．中國建筑技術集團有限公司，北京 100000; 2．陜西建工集團有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

隨著國內樁基施工技術的發(fā)展及國外先進技術的引進，樁基施工技術越發(fā)的成熟。但在淤泥質地層及富含溶洞及地下水的一些復雜地層中?；蚨嗷蛏俅嬖谑┕に俣嚷?，一次成樁率差及充盈系數過大等問題。

目前，在類似地層條件下，普遍采用的傳統(tǒng)樁基施工方法為:鉆孔灌注樁(以旋挖灌注樁、沖孔灌注樁兩類為主) 和預制管樁等，因其施工工藝對地層適用性的差異，引發(fā)了許多工程問題。

旋挖樁施工工藝具有原理簡單、適用地層廣、施工效率高的特點，借助設備作業(yè)，無需大量人員施工，在中風化巖層以前(軟巖) 施工費用較低。鉆到微風化巖層時破巖困難[1-2]。

沖孔樁優(yōu)點是適用性更廣，可以破除微風化巖層。缺點是噪聲大、耗水耗能較大、施工速度慢、施工精度低[3-4]。其與旋挖樁只在成孔時存在差異，后續(xù)下方鋼筋籠及灌注混凝土工序等幾乎相近。

而對預制管樁而言，其優(yōu)點是成樁質量易控制，但無論采用靜壓或錘擊方法成樁，預制管樁都難以進入中風化泥質巖及灰?guī)r，因此無法保證樁端入巖深度。

由于項目樁基施工正值該地區(qū)雨季、且雨季時間過長、下雨較為頻繁。再者由于現(xiàn)場樁數較多、施工機械及人員較為密集，地質較為復雜，淤泥土較多且地基承載力不足，地下溶洞過多且分布尺寸極不規(guī)律。造成現(xiàn)場樁基施工困難，斷樁率升高進而造成一次成樁率明顯下降，施工工期嚴重滯后。而且由于溶洞的存在，造成灌注混凝土大量流失。因此如何能提高樁基的一次成樁率、成樁速度及有效降低灌注樁充盈系數進而控制工程成本是本工程的施工重點。

施工方及建設單位一直在尋找有效的解決辦法，最終確定采用潛孔沖擊高壓旋噴復合樁(DJP 復合樁) 來滿足現(xiàn)場實際需求。該項目的成功應用，為在淤泥質土層且富含地下水及溶洞的特殊地質下進行樁基作業(yè)提供了寶貴經驗，也為DJP 復合樁在復雜土層下作業(yè)提出了新的嘗試。

1 工程概況

1．1 項目概況

本工程為廣東省肇慶市某建筑工程項目。該項目原設計錘擊樁(低層區(qū)) 約為4 879 根。沖孔灌注樁(高層區(qū)1 號～10 號) 約為820 根。以場地中軸線對稱施工。

樁基參數表如表1，表2 所示，現(xiàn)場樁位分布圖見圖1。

表1 沖孔灌注樁參數表

表2 預應力管樁設計參數表

圖1 現(xiàn)場樁位分布圖

根據現(xiàn)場實際施工情況來看，低層區(qū)樁基施工采用錘擊樁施工大約1 臺機械1 d 完成5 根～6 根，但由于地層復雜的緣故，或多或少存在斷樁及樁身垂直度差等問題，造成現(xiàn)場補樁作業(yè)量較大。

高層區(qū)1 號樓采用沖孔灌注樁大約1 d 1 根～2 根(1 臺機械) ，且由于泥漿池的設置，一棟單體最多放置3 臺沖孔機，極大的限制了場地周轉利用率，施工進度較慢。

由于旋挖機機械化程度較高，移動方便。大大的提高了場地周轉利用率。為此施工方引進旋挖機對5 號樓采用旋挖灌注樁施工，但旋挖樁相較沖孔樁而言鉆進微風化巖層較為困難，且現(xiàn)場持續(xù)降雨，大約1 d 3 根～4 根(1 臺機械) ，根據最終樁基檢測報告來看，沖孔灌注樁和旋挖灌注樁樁身完整性及承載力皆滿足要求。沖孔樁單樁豎向靜載合格率在95%左右，低應變合格率為96%，旋挖樁單樁豎向靜載合格率在93%左右，低應變合格率大約在91%。但由于溶洞的存在，即使在鉆進過程中不斷回填黃泥及片石封堵溶洞，仍無法有效控制充盈系數，造成混凝土大量流失。據現(xiàn)場統(tǒng)計局部樁孔混凝土流失量已達11 m3左右仍無法封堵溶洞。嚴重不滿足建設方成本要求及現(xiàn)場進度要求。

為此施工方結合本工程地質條件及工程特點，借鑒勁性復合樁[5]工作原理，經建設、施工方多方咨詢及多次專家論證，對多種方案進行對比分析結果如下:

1) 中掘植樁法。即在預制管樁中放入螺旋鉆桿，將螺旋鉆桿伸到管樁底部，鉆桿鉆頭旋挖成孔的同時，管樁隨之下沉的植樁工法。工藝較為復雜，技術難度大，且中掘法用于擴底樁施工時，要求鉆頭能縮能擴，目前國產鉆機伸縮鉆頭容易破損，入巖難度大[6-8]。

2) 旋挖植樁法。即采用旋挖鉆機鉆孔至硬質巖層設計高程，成孔后澆筑細石混凝土，混凝土初凝前，將鋼板封底的PHC 管樁同心植入混凝土中至設計高程，隨著PHC 管樁的不斷貫入，孔內混凝土沿管樁與孔壁的空隙不斷上升填充。混凝土凝固后，PHC 管樁與樁周混凝土結合成勁性復合樁[9]。

由于淤泥質土較為軟弱，承載力不足。而且現(xiàn)場降雨較為頻繁、持續(xù)時間長。旋挖過程中容易塌孔及柔性樁中易混入淤泥和雨水等嚴重影響外芯混凝土的強度。進而削弱外樁對內樁的防護作用。

3) 鋼套管護壁潛孔錘鑿巖嵌巖植樁法。主要工序分為鑿巖成孔(同時下壓鋼套管) 、植入預應力管樁、拔出鋼套管、錘擊管樁成樁等。

該工藝潛孔錘配置一套空壓機供氣系統(tǒng)，空壓機能輔助潛孔錘高效打孔入巖，使預制樁順利進入硬質巖持力層中。鋼套管能很好地起到護壁作用，對軟土地層能防止孔壁坍塌。最后通過對管樁進行錘擊，消除孔底沉渣對樁端阻力的影響。同時將水泥漿高速噴射至孔壁，形成水泥土外壁。

通過對以上方案的分析比選，最終確定使用“潛孔沖擊高壓旋噴水泥土外樁+PHC 管樁”的方案。即DJP 復合樁，以滿足建設方及施工方成本、進度要求。并且確定對4 號樓開展DJP 復合樁試樁方案。

試樁結果顯示DJP 復合樁滿足承載力及設計要求。隨即開始4 號樓工程樁施工。

1．2 工程地質情況

場地下伏基巖為石炭系(C) 石灰?guī)r。

本次勘察見溶洞119 個，最大洞高16．30 m，鉆孔見溶洞率約為52．5%，線巖溶率為30．2%。溶洞多呈串珠狀，蜂窩狀。大部分呈全充填狀態(tài)，充填物為軟～可塑狀粉質黏土、個別為砂卵石，部分溶洞為空洞，鉆進過程中局部出現(xiàn)鉆具自沉和掉鉆現(xiàn)象。

綜上所述，場地內的下伏石灰?guī)r中溶洞發(fā)育為巖溶強發(fā)育區(qū)。工程地質剖面示意圖如圖2 所示。

圖2 工程地質剖面示意圖

1．3 水文地質情況

根據巖芯觀察及鉆孔簡易水文地質觀測，擬建場地內地下水類型主要有上層滯水、孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。上層滯水賦存于填土中，具有弱～中等透水性，富水性差，孔隙水主要為賦存于第四系沖洪積層，水量及水位主要受季節(jié)控制。其中細砂、粗砂、卵石層為強透水層，場地內分布連續(xù)，水量豐富，其余土層為弱透水層。

巖裂隙水賦存于下石炭系風化基巖中，為基巖裂隙水，視節(jié)理裂隙發(fā)育情況，具微～弱透水性，富水性差。巖溶水一般不受季節(jié)和天氣的影響，其水位的升降主要取決于水壓的傳遞。

地下水主要靠大氣降水和地下水循環(huán)及附近河流補給，排泄方式為蒸發(fā)和側向徑流。表層地下水位受季節(jié)氣候影響，雨季水面上升，旱季水面下降。

總體評價，場地地下水水量相對豐富。

2 技術原理

DJP 復合樁是在不取土的情況下，開動動力頭旋動鉆桿，向鉆桿底部的潛孔錘沖擊器提供高壓空氣及高壓水，潛孔錘沖擊器在高壓空氣及高壓水的驅動下開始工作，在沖擊、振動和高壓空氣及高壓水的作用下，一邊破壞土體一邊下沉鉆進。到達設計標高后啟動高壓注漿泵，邊提升鉆桿邊噴射水泥漿液。進而對鉆桿周圍的土體進行二次攪拌和切割。加上潛孔錘釋放的垂直高壓氣流所產生的翻攪和擠壓作用，使已成懸浮狀態(tài)的土體顆粒與高壓水泥漿充分混合，形成直徑較大、混合均勻、強度較高的水泥土樁[10]。

水泥土外樁施工完成后立即進行管樁施工，采用柴油打樁錘進行沉樁，進而形成DJP 復合樁?，F(xiàn)場施工圖如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場施工圖

3 設備材料選型及工藝流程

3．1 設備材料選型

本方案樁基采用跳樁法施工，鉆進過程采用DJP-90 鉆機，空壓機2 臺，空氣量30 m3/min?，F(xiàn)場采用型號UPS3-75 和ZB2-100 的兩種注漿泵。鋼套管型號為Φ720-2 m(壁厚不小于10 mm) ，柴油錘型號為500 t，水泥土外樁采用P．O42．5 普通硅酸鹽水泥。水泥漿液比重為1．65，水泥摻量不小于100 kg/m，且水泥土試塊抗壓強度不小于1． 0 MPa，噴嘴高壓水壓強為5 MPa ～20 MPa，水泥漿注漿壓力為15 MPa ～20 MPa，提升速度0．3 m/min ～0．4 m/min，鉆 桿 轉 速 為 16 r/min ～21 r/min。噴嘴直徑為4．0 mm。

設計水泥土樁直徑為700 mm，芯樁采用UHC600-Ⅱ-130-C105，選擇樁端持力層為③層微風化灰?guī)r，樁端嵌入持力層深度不小于1．0 m，持力層應為連續(xù)厚度不小于5 m 的完整基巖。設計單樁承載力特征值Ra≥4 900 kN。第一節(jié)管樁樁端焊接“梯形臺十字鋼樁尖”。DJP 復合樁設計參數如表3 所示，DJP 樁身及截面大樣圖如圖4 所示。

表3 DJP 復合樁設計參數表

圖4 DJP 樁身及截面大樣圖

3．2 施工工藝流程

施工工藝流程圖如圖5 所示[11]。

圖5 施工工藝流程圖

4 施工質量控制

1) 施工機械設備及性能、水泥及外摻劑質量，接樁用材料應符合出廠及設計要求，管樁外觀質量應無蜂窩、漏筋、裂縫、色感均勻且樁頂處無空隙。

2) 嚴格按照設計進行放線定位，在鉆機機身位置安放北斗云工作站，以便對樁位進行準確定位，鋼護筒宜先輕后重緩慢打入，且樁位放樣允許偏差在10 mm 以內。樁尖中心線偏差在2 mm 以內，端部傾斜控制在0．5%D(D為樁徑) 以內，用水平尺測量。樁尖板應焊接牢固確保管樁內壁沒有浮漿。

3) 鉆進過程嚴格按照設計標準、設計提升速度進行?？刂聘邏鹤{泵壓力，噴至設計樁頂標高以上500 mm。當遭遇大孤石，必須準確記錄孤石上、下界面的位置，在噴射灌漿至孤石上、下界面時，應降低鉆機速度，且靜噴3 min ～5 min，同時適當加大漿液比重及潛孔錘錘擊壓力。等待孤石破碎之后繼續(xù)鉆進。注漿泵泵頭用細目紗網罩罩住，防止吸入粗顆粒物而堵塞鉆頭噴嘴?？卓诓幻皾{或冒漿量少時，應加大漿液濃度，從1．1 加大到1．3左右繼續(xù)噴射。鉆進至溶洞底時，控制好潛孔錘鉆進速度，保持“吊打”保證進入下部基巖段的垂直度。

4) 停錘標準按設計標高控制為主，以貫入度控制為輔的原則。預制樁樁端應達到DJP 水泥土樁施工樁底標高，且最后三陣錘的每陣(十擊) 總貫入度不大于30 mm，且遞減。為防止樁上浮和附近的樁上浮，錘擊時將樁錘停留在樁頭時間長一些。

管樁對接前，上下端板坡口處應刷至露出金屬光澤。焊接時宜先在坡口周圍上對稱點焊4 點～6 點，待上下樁節(jié)固定后拆除導向箍再分層施焊，施焊宜由兩個焊工對稱焊接。焊好后的樁接頭應自然冷卻后方可繼續(xù)錘擊施打，自然冷卻時間不宜小于8 min，嚴禁用水冷卻或焊好后即打。

5 施工效果檢查

5．1 成樁質量方面

最終成樁質量以單樁豎向抗壓承載力及樁身完整性為檢驗標準，樁基施工完成28 d 后對其進行單樁豎向抗壓靜載檢測，并且根據JGJ 106—2014 建筑基樁檢測技術規(guī)范的要求，按照抽檢樁數不應少于總樁數的1%，且不得少于3 根，當總樁數小于50 根時，抽檢樁數不得少于2 根的原則。選取3 根樁進行單樁豎向抗壓靜載檢測。最大試驗荷載為9 800 kN。檢測結果顯示僅有1 根樁不滿足承載力要求，于是擴大檢測發(fā)現(xiàn)合格率在93%左右。荷載沉降曲線如圖6 所示。

圖6 單樁荷載沉降曲線

對工程樁進行樁身完整性抽樣檢測，測試方法采用低應變法。按照抽檢樁數不應少于每個承臺樁數的30%，且單位工程抽檢總樁數不得少于20 根，每個柱下承臺抽檢數不應少于1 根的原則。選取41 根進行檢測發(fā)現(xiàn)樁身完整性合格率為95%左右，滿足設計及規(guī)范要求。

綜上沖孔樁成樁質量最好，繼而為DJP 復合樁，其次為旋挖樁。且三者都能滿足現(xiàn)場質量要求。

5．2 進度方面

據現(xiàn)場實際來看沖孔樁1 臺機械約完成1 根/d ～2 根/d，1 棟單體最多放置3 臺，即1 d 最多完成3 根～6 根。旋挖樁1 臺機械約完成3 根/d ～4 根/d，而DJP復合樁1 d 約完成7 根～8 根，且移動方便，若作業(yè)面足夠1 d 預計完成12 根以上。綜上DJP 復合樁施工速度最快。

5．3 成本方面

沖孔樁及旋挖樁采用勞務分包模式，沖孔樁單價約242．72 元/m(不含稅) ，旋挖樁單價約310 元/m(不含稅) 。DJP 復合樁采用專業(yè)分包模式，包工包料單價約825．69 元/m(不含稅) ，扣除材料費即人工費及機械費等約600 元/m，即DJP 復合樁人工及機械費等單價最高，沖孔樁最低。如若按理論無溶洞考慮DJP 復合樁暫定總價約為220 萬元，旋挖樁為約216．7 萬元，而沖孔樁約為198 萬元。

而灌注樁在鉆孔過程中會對孔壁造成一定的沖擊作用，產生一定擴孔的現(xiàn)象。且由于溶洞的存在造成灌注混凝土大量流失。而DJP 復合樁主要承載力為預制樁提供。不存在混凝土流失填充溶洞等問題。

因此最終根據現(xiàn)場實際來看DJP 復合樁工程成本最低。

5．4 地層適用性及安全文明方面

由于現(xiàn)場灌注樁需要泥漿護壁，所以現(xiàn)場必須設置泥漿池等循環(huán)系統(tǒng)。且正值該地區(qū)雨季造成現(xiàn)場泥濘不堪。而DJP 復合樁由于施工工藝的差異，不需要取土和泥漿護壁，植入的都是預應力管樁。且DJP 復合樁的全過程對地層擾動較小，對周圍環(huán)境的污染降低到了可控范圍之內。滿足現(xiàn)場安全文明施工要求。

并且DJP 復合樁采取前方潛孔錘不斷沖擊土層，兩邊高壓水、氣不斷切削土體，進而大大提高了成孔效率及對復雜地層的適用性。而且形成的水泥土外樁較為柔軟，為下方管樁做了堅實的基礎，周圍水泥土也對管樁起了一定保護作用，增加了管樁與周圍土體的摩阻力。相對旋挖及沖孔樁而言地層適用性更廣。

6 結語

1) DJP 復合樁在本項目的應用解決了傳統(tǒng)靜壓樁不能入巖及灌注樁在淤泥質土及富含溶洞的地層中孔壁易坍塌、孔底易沉渣、斷樁、夾泥、混凝土填充溶洞等問題。充分發(fā)揮PHC 管樁樁身混凝土強度高和基巖承載力大的優(yōu)勢，使PHC 管樁真正成為嵌巖樁。

2) 管樁與孔壁間填充水泥土，對管樁起到了有效防護，而且加大了復合樁與周圍土體的摩阻力。有效保證PHC 管樁的完整性，樁身垂直度及樁位準確性得到良好控制。

3) DJP 工藝通過高效的鉆孔，水泥土護樁，有效的管節(jié)對接，防腐，提高了樁基的地層適用性，且施工精確度更高，施工速度更快，現(xiàn)場文明施工程度高。在復雜含溶洞地層下能有效控制工程成本。但由于該工藝需多種機械相互配合，若施工作業(yè)面不足，效率將大大降低。