何毅偉

(福建路港(集團)有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

同安進出島通道同安端先導工程(同集路-濱海西大道段)，主線設計段起訖樁號為K18+785～K19+215，線路長430 m，其中K18+785～K18+975屬暗埋段，K18+975～K19+215屬敞口段。HA和HB連接主線與濱海西大道，HA匝道起終點HAK0+340～HAK0+954，HB匝道起終點HBK0+106～HBK0+750，F(xiàn)A匝道起于HA匝道，銜接地面輔道及美山路，起終點FAK0+105～FAK0+350。主線采用一級公路兼城市快速路標準設計，雙向六車道，設計速度80 km/h，路基標準橫斷面寬60 m；HA、HB匝道為單出入口雙車道匝道，設計速度60 km/h，F(xiàn)A匝道為單車道匝道，設計速度40 km/h。該通道工程主線下穿濱海西大道，其中190 m長度為暗埋段，其余段均為U形槽敞口段。主體采用抗?jié)B等級至少為P8的C40防水性混凝土材料，而基坑圍護結構則采用C35鉆孔灌注樁和φ609鋼管內(nèi)支撐體系，并在樁頂增設1 200 mm寬、800 mm高的C35鋼筋混凝土，內(nèi)支撐體系中的支護樁設計樁徑包括φ1 200 mm和φ1 000 mm兩種，樁長平均取值在11～20 m之間。總之，該公路工程基坑支護思路為鉆孔灌注樁、內(nèi)支撐、基坑外φ600 mm高壓旋噴樁止水帷幕、基坑底φ700 mm水泥攪拌樁封底、基坑外降水。

2 水文地質條件

2.1 工程地質條件

結合對該工程下穿通道地質勘測資料，場地內(nèi)主要分布海相沉積，其最初的海漫灘地貌經(jīng)過人工回填后形成目前地面標高1.420～3.984 m的陸域，淤泥質土厚度較大，并且包含粒徑在100～500 mm范圍內(nèi)的不規(guī)則拋石，構造呈基本穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)域內(nèi)存在的特殊巖土如下：(1)場地表層所分布的人工填土，根據(jù)組分，①0層為局部松散性的建筑垃圾和生活垃圾，①1層為松散～稍密狀態(tài)且土質極不均勻的花崗巖殘積土、花崗巖風化碎石塊，①2層為松散～稍密狀態(tài)且粒徑大小不一、摻雜礫質粘性土的花崗巖微風化、中風化巖塊，①3層為厚度變化大、孔隙比及性質差異大、承載力低且壓縮性較高的包含微量植物根莖、粉細砂及角礫的粘性土，其土體強度經(jīng)水浸泡后顯著降低，①4層為平均厚度3.1 m、夾雜少量粘性土且存在液化現(xiàn)象的粉細砂沖填土。(2)道路區(qū)所分布的淤泥以及以透鏡體形式存在的淤泥混砂等軟土層，該巖土層厚度在0.49～35.81 m之間，在整個工程區(qū)內(nèi)軟土層天然含水量高，厚度變化大，強度低，壓縮性高且主要呈流塑、觸變特性，滲透性差，抗剪強度不高，很容易引發(fā)土體失穩(wěn)和沉降。(3)該施工區(qū)域內(nèi)還分布有礫質殘積土和強風化花崗巖層，兩類巖土均會在受水飽和擾動后出現(xiàn)軟化，結構承載力和強度迅速降低，必須在施工方案設計及施工中予以重視。

2.2 工程水文條件

該工程區(qū)內(nèi)賦存于①層巖土中的潛水具有較弱的富水性，主要補給渠道為大氣降水，對工程施工存在一定程度的影響。結合勘察報告，工程區(qū)內(nèi)地下水水位在0.68～2.31 m范圍內(nèi)變動，所對應的絕對標高為1.57～2.94 m。地下水水位主要受到季節(jié)、氣候、降水等的影響較大。結合《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2009)，該工程區(qū)場地環(huán)境屬于Ⅱ類等級，一般情況下，地下水對鋼筋混凝土等材料結構存在弱腐蝕性，但在干濕交替環(huán)境下，地下水對鋼筋混凝土材料結構等的影響為中等腐蝕性[1]。

3 施工技術及難點

3.1 施工技術

結合該工程區(qū)域地質勘查資料以及實際挖探結果，現(xiàn)場存在粒徑大小不一、分布不規(guī)則的拋石區(qū)，通過鉆孔灌注樁機械無法展開成孔施工，為此決定采用沖孔灌注樁施工工藝。借助沖擊鉆機帶動沖擊鉆頭，將鉆頭提升至設計高度后使其自由下落，充分利用鉆頭所施加的沖擊動能達到?jīng)_擠土層、破碎巖層并沖擊成孔的目的，此后再通過掏渣筒等措施排出鉆渣。在完成沖擊后，鉆頭都會在鋼絲繩轉向裝置的帶動下沿一定角度轉動，進而得到較為規(guī)則的圓形斷面[2]。結合類似工程施工經(jīng)驗，沖擊成孔樁鉆深最大能達到100 m以上，可有效克服回轉鉆機因受到鉆桿剛度影響而只能鉆進100 m以下樁基的弊端。在成孔過程中，重量為3～5 t的沖擊鉆頭在沖擊鉆機的帶動下從一定高度自由下落，在巖層破碎的過程中沖擊力始終豎直向下，沖擊成孔樁垂直度受鉆機傾斜、巖層硬度等的影響較小，成孔質量有保證。此外，與干成孔等方式相比，沖擊鉆孔灌注樁無需降水和止水，前期處理過程大大簡化，鉆進至持力層后也無需爆破和專家論證審核，危險性系數(shù)大大降低。此后的水下灌注混凝土施工工藝較為成熟，通過加強施工質量控制，便能保證樁基礎灌注質量。

3.2 技術難點

考慮到該工程地質條件特殊，回填土層在降水、潛水等不利因素的作用下土體中細小顆粒極容易散失，導致土體孔隙率大，填土厚度也無法保證，回填土體結構強度明顯降低，在此種地層條件下展開泥漿護壁沖孔灌注樁施工，泥漿性能也會受到較大影響，引發(fā)塌孔的可能性較大。

根據(jù)對工程區(qū)水文地質條件的分析，軟土層由淤泥及以透鏡體狀態(tài)存在的淤泥混砂，平均層厚為12.8 m，該土層呈流塑狀態(tài)，天然含水量及壓縮性高，抗剪強度和滲透性差，流變及觸變屬性十分明顯，很容易引發(fā)路基失穩(wěn)沉降、塌孔縮孔。

4 施工技術要點

4.1 定機及埋設護筒

該工程深基坑支護中沖孔灌注樁施工主要使用的沖孔機，該機械嵌巖深度大，性能可靠，單樁承載力高，在上部底層復雜且容易發(fā)生塌孔的地區(qū)使用時，必須加強沖擊成孔過程控制。在施工場地內(nèi)恰當位置鋪設好枕木，便于沖孔灌注樁施工機械順利進出，并為沖孔機平穩(wěn)施工提供條件，此后確保沖孔機沖擊錘中心線與樁中心定位線對齊。此后，按照設計要求挖泥漿排溝和泥漿沉淀池。

護筒由厚度4～8 mm、高1.5～4.5 m的鋼板加工而成，并在護筒上部按照設計要求開設2個溢漿孔。待完成樁位中心校核后，還應將黏土分層回填在鋼護筒四周并夯實，護筒埋深控制在1.2～1.5 m。護筒的埋設主要通過沖錘在護筒上口沖擊并借助沖擊力實現(xiàn)，護筒高度應高出地面1.0～1.5 m。此后在鋼護筒口打設引樁線，并通過拉線的方式進行沖錘中心線與樁中心線重合程度的校核。

4.2 沖孔施工

(1)泥漿制備

泥漿在沖孔過程中主要發(fā)揮著夾帶遭沖錘擊碎土石顆粒溢出孔口、連續(xù)排渣以及保護孔壁、避免地下水滲入孔壁后引發(fā)塌孔等作用。在沖孔前根據(jù)地質勘察報告繪制深基坑支護地質剖面圖，并加強泥漿濃度控制，對于黏土層土質較好的情況，可采用直接加水沖擊的方式制備泥漿，但是對于黏土和巖層連接的部位，考慮到巖石平整性不良，如果沖擊錘在直接接觸巖體后傾倒，便會引發(fā)土體破壞和塌孔；而對于流塑、軟塑等粘土層土質較差的情況，理論上必須按照《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》(GB50202-2018)要求的配合比重新配置泥漿[3]，但對于該工程而言，主要借調工地附近高質量黏土，并按設計摻加水泥進行泥漿制備，配置的泥漿即使在長期停沖孔的情況下也不會產(chǎn)生較多沉積物，可大大減輕鋼筋籠下放后的清孔工作量。該工程排渣泥漿密度應控制在1.0～1.2 g/cm3，對于砂土及夾砂層等塌孔風險較大的地層，應增設泥漿泵和循環(huán)泥漿池，并將固壁泥漿密度控制在1.0～1.3 g/cm3，待鉆進至砂夾卵石層過后，再將泥漿密度提升至1.3～1.6 g/cm3，具體見表1。

(2)沖擊成孔

當沖擊錘沖入巖石層內(nèi)后發(fā)生漏漿或偏錘，表明地層中出現(xiàn)軟弱巖體，此時應當按照設計比例將片石和水泥等材料加入，從而置換出其中的土體，48 h后恢復沖孔。在以上沖擊成孔全過程中必須加強沖擊深度、錘擊數(shù)、耗時、地層軟硬程度等施工參數(shù)的記錄，通過換漿法沖孔后還應記錄所撈取渣樣的情況， 并將其與地質剖面圖進行對比， 記錄差異。待沖孔至設計深度后應當密切結合地層情況變化決定應當繼續(xù)沖鉆還是停鉆。

表1 固壁泥漿性能參數(shù)的確定

控制沖擊錘鋼絲繩和鋼護筒中心的偏差，在沖擊錘升降過程中錘頭應當保持平穩(wěn)，不能觸碰到孔壁，開始沖孔時應先低沖程沖擊，此后依次增加沖擊速度。沖擊施工過程中，必須加強施工參數(shù)記錄及泥漿實地觀測，對于不符合施工要求的泥漿必須及時調整。觀測結果顯示，該基坑支護沖孔過程中泥漿損失并不大，且水頭始終位于護筒開口位置，有效避免了塌孔、埋錘情況的出現(xiàn)，成孔速度和質量均有保證。

(3)成孔檢測

沖擊成孔過程中及結束后必須進行孔位、傾斜度、標高、孔深、直徑、護筒標高等參數(shù)值的檢測，孔中心位置應控制在±100 mm以內(nèi)，實際孔徑應不小于設計樁徑，孔斜不超出1%，孔深必須滿足設計要求。

4.3 清孔

在沖擊成孔的過程中只要達到一定沖深或者是沉渣厚度超出一定值，必須通過換漿法清孔，即借助污水泵和污水管將沉淀池內(nèi)的泥漿高壓引入孔底，以保證泥漿順利挾帶孔底和邊角等部位的鉆渣，達到清孔的目的。待沖孔鉆進至設計深度后先將孔底鉆渣清理干凈，待地質勘察結果顯示已經(jīng)鉆進至持力層后終孔。結合該工程實際，當泥漿比重達到1.03～1.10 g/cm3、沉淀厚度在30 cm以下時便達到清孔標準。

二次清孔在下放導管后借助導管進行，二次清孔主要使用相對密度1.15～1.20 g/cm3、含砂率不超出8%、粘度不大于28 s的泥漿，清孔后孔底沉渣厚度不得超出50 mm。在清孔操作的同時必須及時補充泥漿，確?？椎纼?nèi)泥漿液面及高度的穩(wěn)定。

4.4 鋼筋籠制安

考慮到鋼筋籠安裝質量及安裝施工效率，在施工現(xiàn)場通過整體胎膜長線法進行鋼筋籠制造，將設計厚度鋼板墊塊保護層按照2.0 m的豎向間距設置在骨架位置，橫向設置數(shù)量主要根據(jù)鋼筋籠尺寸決定，一般至少為4塊。鋼筋籠骨架頂部還應當設置吊環(huán)。受到吊裝設備的限制，制作完成的鋼筋籠在孔口單面焊接，接頭應錯開1.0 m，并在下放骨架的過程中避免碰撞孔壁，吊放至孔道內(nèi)設計標高后將其吊環(huán)掛在孔口，并與鋼護筒口臨時焊接。

4.5 水下混凝土灌注

該工程深基坑支護沖孔灌注樁導管采用φ300 mm鋼導管，并在使用前通過密封圈的方式連接相鄰導管，在吊裝過程中必須將導管放置在井孔中央，在混凝土灌注前展開導管升降試驗，以確保不存在導管卡掛鋼筋骨架的現(xiàn)象。導管底口與孔底之間的距離應控制在25～40 cm，并結合孔口尺寸進行適當調整；在導管上口處增設儲料斗和隔水墊圈，并將鋼板蓋放在儲料斗口上。

在儲料斗中裝滿混凝土材料，其他環(huán)節(jié)準備好后通過樁機將儲料斗口上的蓋板拉出，并按照設計尺寸將導管下放，確保導管內(nèi)排出的泥漿能將孔底進一步?jīng)_洗干凈。為確?；炷凉嘧⑦^程的連續(xù)進行，還應將導管埋設進混凝土中一定長度，并待混凝土灌注至一定高度后，借助樁機反復升降導管的方式進行振搗，保證混凝土達到密實狀態(tài)。當將導管提升至其法蘭接頭露出孔口一定高度后，將首節(jié)和第二節(jié)導管拆除，此后重新將漏斗插入井口導管中，進行位置及尺寸校核后恢復水下混凝土灌注。導管法灌注水下混凝土施工流程[4]具體見圖1。

圖1 導管法灌注水下混凝土

水下混凝土灌注是沖孔灌注樁施工質量控制的關鍵，為保證灌注質量，必須加強施工準備及過程控制，該公路工程深基坑支護中沖孔灌注樁使用的是強度等級C35的商品混凝土，通過攪拌運輸車運輸至施工現(xiàn)場，并通過導管灌注，混凝土材料和易性良好，塌落度不超出18～22 s，且初凝時間為3～4 h。

5 結 論

綜上所述，沖孔灌注樁樁基形式對于各類型復雜地層均較為適用，通過加強從成孔到成樁各個施工環(huán)節(jié)的控制，并嚴格遵守操作規(guī)程，加強樁基檢測，以保證施工質量。該工程區(qū)巖土地質條件特殊，在采取了有效的施工質量控制措施后，成功穿越了多層軟弱巖層，從成孔到成樁僅耗費了一個月時間。工后超聲波檢測結果顯示，只有極個別灌注樁底存在沉渣較厚的情況，其余樁體質量均滿足規(guī)范要求。