軟土地區(qū)大直徑灌注樁新型施工技術(shù)

劉 濤

上海智平基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200072

在城市飛速發(fā)展的今天，工程建設(shè)突飛猛進(jìn)，高層建筑如雨后春筍般迅速發(fā)展，促進(jìn)了建筑學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和施工技術(shù)、施工機(jī)械和建筑材料的更新與發(fā)展[1-3]。為了保證建筑物的穩(wěn)定性，建筑基礎(chǔ)都必須滿足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，對(duì)基坑工程的要求也越來(lái)越高。

深基坑支護(hù)不僅要求確保邊坡的穩(wěn)定，滿足變形控制要求，保證基坑內(nèi)正常作業(yè)安全，而且要防止基坑及坑外土體移動(dòng)，保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運(yùn)行。尤其是在鬧市區(qū)，場(chǎng)地十分狹窄，無(wú)法放坡，采用大直徑灌注樁作為擋土支護(hù)技術(shù)在深基坑開(kāi)挖工程中被廣泛應(yīng)用，且社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

1 工程概況

背景工程位于上海市楊浦區(qū)，東至蘭州路、西至丹東路、南至安浦路、北至楊樹(shù)浦路。基坑采用順作法施工，圍護(hù)體采用φ700～φ1 300 mm鉆孔灌注樁結(jié)合水泥土攪拌樁（墻）止水帷幕，Ⅰ區(qū)基坑內(nèi)設(shè)置3道鋼筋混凝土支撐；Ⅱ區(qū)基坑內(nèi)設(shè)置1道鋼筋混凝土支撐（圖1）。

2 工程地質(zhì)水文特性

擬建場(chǎng)地對(duì)本工程有影響的不良地質(zhì)條件主要為厚層填土、江灘土及原有建筑物舊基礎(chǔ)等地下障礙物。淺部第①3層江灘土屬黃浦江新近沉積土，厚度為3.5～8.1 m，以粉性土為主，夾薄層黏性土，局部夾砂性土，土性不均勻。因其沉積年代較晚，為松散狀態(tài)，鉆孔灌注樁在該層土中易坍孔。

圖1 基坑平面布置示意

另外，基坑開(kāi)挖時(shí)，該層土體在動(dòng)水壓力作用下，易發(fā)生流砂和管涌等現(xiàn)象。

3 試成孔

本次試成孔用GPS-10、旋挖鉆機(jī)、SQ10鉆機(jī)3種設(shè)備，分別對(duì)2根φ1 200 mm、1根φ1 300 mm的灌注樁進(jìn)行試成孔，對(duì)各自孔徑偏差、沉渣厚度、垂直度進(jìn)行對(duì)比分析。并在成樁后28 d對(duì)SQ10設(shè)備所施工的3根樁進(jìn)行樁基檢測(cè)，分析其成樁質(zhì)量。

分析結(jié)果表明：GPS-10設(shè)備及旋挖設(shè)備噪聲大，成孔進(jìn)入①3江灘土層施工極易出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象。

1）GPS-10鉆機(jī)成孔速度較慢，由于樁徑大于1 m，鉆桿晃動(dòng)較大，噪聲大，沉渣厚度不易控制，但孔徑偏差相比旋挖鉆機(jī)較好。

2）旋挖鉆機(jī)成孔速度快，但噪聲大，施工時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓極易造成坍孔，孔徑偏差較大，沉渣厚度及垂直度不易控制。

3）SQ10鉆機(jī)成孔速度較快，噪聲低，孔徑偏差小，相比于上2種設(shè)備，其沉渣厚度及垂直度易于控制，但施工速度不如旋挖鉆機(jī)。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 成孔設(shè)備選擇

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試成孔對(duì)比分析，綜合考慮本工程工期要求、地質(zhì)條件（①3層江灘土）的影響及上海市軟土地區(qū)施工鉆孔灌注樁的相關(guān)規(guī)定，最終選定SQ10全液壓循環(huán)鉆機(jī)施工本工程大直徑鉆孔灌注樁。

4.2 護(hù)筒的埋設(shè)

本工程存在厚層填土、江灘土及原有建筑物舊基礎(chǔ)等地下障礙物，故清障區(qū)域及江灘土區(qū)域需合理有效地埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒宜選用厚度不小于10 mm的鋼板制作，護(hù)筒內(nèi)徑大于鉆頭直徑200～300 mm，鋼護(hù)筒的直徑誤差應(yīng)小于10 mm，護(hù)筒下端宜設(shè)置刃腳。護(hù)筒頂端高出地面不宜小于0.3 m，護(hù)筒長(zhǎng)度穿過(guò)障礙物區(qū)域，進(jìn)入黏性原狀土層超過(guò)200 mm。有效埋設(shè)護(hù)筒可固定樁位，引導(dǎo)鉆孔方向，隔離地表水免其流入井孔，保護(hù)孔口不坍塌，保證了灌注樁的施工質(zhì)量（圖2）。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)示意

4.3 泥漿相對(duì)密度的控制

選擇合適的漿液配比，一次清孔采用相對(duì)密度稍大的泥漿，適當(dāng)延長(zhǎng)清孔時(shí)間。泥漿參數(shù)見(jiàn)表1～表3。

表1 注入孔口泥漿性能技術(shù)指標(biāo)

泥漿的循環(huán)使用采用黑旋風(fēng)設(shè)備進(jìn)行泥漿除砂，確保泥漿質(zhì)量滿足要求。嚴(yán)格控制施工過(guò)程中的泥漿液面高度（不足時(shí)及時(shí)補(bǔ)漿），保證施工中的靜水柱壓力，防止孔壁坍塌。

表2 排出孔口泥漿性能指標(biāo)

表3 清孔后泥漿性能指標(biāo)

4.4 成孔

大直徑灌注樁在本工程特殊地質(zhì)條件下施工過(guò)程中易出現(xiàn)坍孔、夾樁現(xiàn)象，可能會(huì)造成周邊的沉降，對(duì)管線及構(gòu)筑物造成不利影響，施工中應(yīng)嚴(yán)格按照“三級(jí)跳孔”施工作業(yè)流程（圖3）進(jìn)行。

圖3 圍護(hù)排樁施工順序示意

鉆頭選擇：選用雙腰帶鉆頭進(jìn)行成孔，這種鉆頭具有強(qiáng)度高、排渣導(dǎo)流性好、切削量大、導(dǎo)向度高等特點(diǎn)。鉆頭直徑根據(jù)施工工藝、設(shè)計(jì)樁徑及試成孔各參數(shù)來(lái)確定。鉆頭設(shè)保徑裝置，施工中要經(jīng)常核驗(yàn)鉆頭尺寸，發(fā)現(xiàn)磨損過(guò)大應(yīng)及時(shí)修復(fù)、更換（圖4）。

圖4 高速切削鉆頭

4.5 鋼筋籠整體吊放

本工程鋼筋籠吊裝采用整體吊裝的形式。

鋼筋籠在吊運(yùn)過(guò)程中，由于其縱向抗彎能力較差，必要時(shí)在籠內(nèi)加支撐，以提高鋼筋籠的剛性。

當(dāng)鋼筋籠吊至孔口時(shí)，使鋼筋籠中心對(duì)準(zhǔn)孔位中心，扶正后緩緩勻速下入孔，嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁，邊下鋼筋籠邊安裝保護(hù)塊。當(dāng)最后一個(gè)加強(qiáng)筋下至孔口時(shí)，用鋼板鉤將鋼筋籠臨時(shí)掛在護(hù)筒口（或采用鋼筋籠反力架進(jìn)行固定）。

鋼筋籠縱向吊點(diǎn)設(shè)置5點(diǎn)（以鋼筋籠單節(jié)質(zhì)量為6.5 t，籠長(zhǎng)32.5 m為例），吊點(diǎn)位置為籠頂下2.5 m＋7 m＋ 7 m＋7 m＋7 m＋2 m（圖5）。

圖5 吊點(diǎn)布置示意

4.6 沉渣厚度控制

清孔分2次進(jìn)行；第1次清孔應(yīng)在成孔完成后進(jìn)行，采用正循環(huán)清孔；第2次應(yīng)在鋼筋籠和導(dǎo)管安放完畢后進(jìn)行，采用氣舉反循環(huán)清孔（圖6），確保樁底沉渣厚度不大于100 mm。

圖6 氣舉反循環(huán)清孔示意

1）風(fēng)管下放深度以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55～0.65來(lái)確定，本工程將風(fēng)管從灌注導(dǎo)管內(nèi)下放至導(dǎo)管底口200 mm處。

2）主要參數(shù)為空壓機(jī)的風(fēng)量6～9 m3/min，導(dǎo)管出水管直徑250 mm，送風(fēng)管直徑（水管）25 mm，漿氣混合器用φ25 mm水管制作，在1 m左右長(zhǎng)度范圍內(nèi)打6排孔，每排4個(gè)φ8 mm的孔。

3）開(kāi)始送風(fēng)時(shí)應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補(bǔ)漿），停止清孔時(shí)應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過(guò)程中，特別要注意補(bǔ)漿量，嚴(yán)防因補(bǔ)漿不足（水頭損失）而造成坍孔。

4）開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)清孔，風(fēng)量、風(fēng)壓由小到大，正常風(fēng)量為8 m3/h，風(fēng)壓為0.4～0.7 MPa。送風(fēng)量應(yīng)從小到大，風(fēng)壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力，當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時(shí)，可適當(dāng)加大送風(fēng)量，并搖動(dòng)出水管（導(dǎo)管），以利排渣。

5）隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進(jìn)，以保持管底口與沉淤面的距離。

6）清孔后，孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度應(yīng)小于1.15，黏度18～20 s，孔底沉渣厚度≤10 cm。

7）混凝土澆筑采用預(yù)拌混凝土；樁身混凝土應(yīng)連續(xù)澆灌，不得有斷樁、混凝土離析、夾泥現(xiàn)象發(fā)生，澆灌時(shí)嚴(yán)禁勾帶鋼筋籠。

5 SQ10鉆機(jī)成樁分析

本次共有科研試樁3根，檢測(cè)樁3根（表4），占可測(cè)試樁總數(shù)的100%。經(jīng)超聲波及樁基小應(yīng)變檢測(cè)，3根試樁均為Ⅰ類樁。

表4 成孔數(shù)據(jù)分析

6 結(jié)語(yǔ)

上海等軟土地區(qū)大部分開(kāi)挖深度在7～12 m的深基坑，鉆孔灌注樁擋土多采用GPS系列樁機(jī)[4-6]，對(duì)于開(kāi)挖深度大于10 m的基坑，則采用φ1 000 mm以上的大直徑鉆孔樁加深層攪拌樁防水，并設(shè)置多道支撐。而根據(jù)“滬建交（2012）645號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市基坑和樁基工程質(zhì)量安全管理的通知》”規(guī)定，直徑超過(guò)1 000 mm的圍護(hù)灌注樁禁止用GPS系列鉆機(jī)施工。本文通過(guò)上海某大直徑排樁工程應(yīng)用實(shí)例，采用SQ10全液壓循環(huán)鉆機(jī)新設(shè)備、新工藝進(jìn)行φ1 200 mm、φ1 300 mm圍護(hù)排樁施工，取得了良好的效果，對(duì)基坑工程大直徑排樁的技術(shù)突破和高效、綠色環(huán)保施工有重要意義及指導(dǎo)作用。