漂石地層中旋挖成孔的快速施工工藝

王曉曙 陳一村 張建波 楊騰宇

云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 云南 昆明 650501

近年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)扶貧工作，在全國(guó)多地推進(jìn)易地搬遷項(xiàng)目。易地搬遷項(xiàng)目如何改進(jìn)施工技術(shù)，保證按質(zhì)、按時(shí)、高效地完工是關(guān)鍵。本研究針對(duì)旋挖樁在富含漂石的深厚卵石地層的施工，借鑒類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采取了“旋挖＋沖孔”“合金鉆齒”“牙輪鉆”這3種方案進(jìn)行比選，通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證分析，從而得到有效的處置措施[1-3]。

1 工程概況

背景工程位于云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)西南部，項(xiàng)目屬高層建筑樁基礎(chǔ)施工，共涉及422根樁，樁長(zhǎng)為12～18 m。

項(xiàng)目工期緊張，針對(duì)旋挖樁基礎(chǔ)施工中地質(zhì)條件較復(fù)雜，存在深、厚卵石層（夾雜粒徑20～100 cm的漂石）的情況，在保證施工質(zhì)量與安全的同時(shí)提高施工工效，顯得尤為重要。

2 工程地質(zhì)及水文條件

本工程樁基礎(chǔ)成孔范圍內(nèi)主要土層有：①耕土、②人工填土、③粉質(zhì)黏土、③1粉土、③3卵石、③4漂石、③5卵石。勘察深度范圍內(nèi)，揭露地層主要為漂石、卵石地層，為中-強(qiáng)透水層，且地勢(shì)較高，排泄條件較好，實(shí)測(cè)鉆孔內(nèi)均未見到穩(wěn)定的地下水位。

據(jù)調(diào)查，地下水埋深較深。其中卵石成分為中風(fēng)化花崗巖，粒徑2～8 cm，漂石主要成分為中風(fēng)化花崗巖，粒徑20～80 cm，最大達(dá)1 m。地層情況導(dǎo)致旋挖成孔損耗大、工效低。

3 成孔方案比選

本項(xiàng)目緊鄰地塊施工時(shí)，受深、厚卵石層及漂石影響，旋挖成孔速度慢，鉆齒消耗量大，施工過程中鉆筒維修頻繁，施工工效低，施工進(jìn)度難以保證（圖1、圖2）。

圖1 旋挖鉆取出的漂石情況

圖2 鉆筒、鉆齒損壞情況

為保證施工工效，本工程提出了3種方案進(jìn)行比選。

1）方案一：采用旋挖＋沖孔成孔。旋挖成孔用于填土層、黏土層、粉土層及卵石層，鉆進(jìn)至硬層后，更換沖孔樁機(jī)施工（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，漂石層位于孔深4～10 m附近位置），由沖孔樁機(jī)沖破硬層，成孔至樁底。此方案可大幅減少旋挖鉆筒、鉆齒消耗。由于沖孔樁機(jī)施工速度慢，故需增加沖孔樁機(jī)數(shù)量。該項(xiàng)目施工用電暫未接入，若采用沖孔樁機(jī)，需額外增加柴油發(fā)電費(fèi)用。

2）方案二：采用旋挖鉆機(jī)成孔，配高強(qiáng)、耐磨合金鉆齒（圖3）。此方案增加一定的成本（單顆鉆齒成本提高），但消耗量減少，施工工效有一定提高。采用此方案需考慮補(bǔ)充旋挖鉆機(jī)。

3）方案三：采用旋挖鉆機(jī)成孔，配牙輪鉆頭（圖4）。牙輪鉆頭工作時(shí)切削齒交替接觸硬層，易于進(jìn)尺，工作刃總長(zhǎng)度長(zhǎng)，因而相對(duì)減少磨損。此方案增加了成本（單顆鉆齒成本大幅提高），但消耗量大幅減少，施工工效提高。采用此方案需考慮補(bǔ)充旋挖鉆機(jī)。

圖3 合金鉆齒

圖4 牙輪鉆頭

4 現(xiàn)場(chǎng)適用性分析

4.1 方案一實(shí)施情況

項(xiàng)目11#棟、16#棟部分樁基礎(chǔ)施工采用方案一，進(jìn)場(chǎng)1臺(tái)360型旋挖鉆機(jī)，6臺(tái)沖孔樁機(jī)。實(shí)施過程中，旋挖成孔至漂石層附近的進(jìn)度為6～8根/（臺(tái)·d），沖孔樁機(jī)成孔至樁底標(biāo)高的進(jìn)度為1根/d，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，每天須完成樁基14根，預(yù)估需進(jìn)場(chǎng)2臺(tái)旋挖鉆機(jī)，14臺(tái)沖孔樁機(jī)。沖孔樁機(jī)采用柴油發(fā)電機(jī)供電，若14臺(tái)沖孔樁機(jī)同時(shí)施工，需配備約4臺(tái)400 kW柴油發(fā)電機(jī)，每天需供柴油約1 120 L，項(xiàng)目成本較高。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，方案一適用性不強(qiáng)。

方案一適用于工期要求不高、現(xiàn)場(chǎng)施工用電已接入的項(xiàng)目。

4.2 方案二實(shí)施情況

12#棟樁基礎(chǔ)施工采用方案二。實(shí)施過程中，旋挖成孔平均3～4根/（臺(tái)·d），甚至達(dá)到7根/（臺(tái)·d），同時(shí)鉆齒消耗量降低至5～8個(gè)/孔?；緷M足施工進(jìn)度要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，若采用方案二，結(jié)合場(chǎng)內(nèi)已有3臺(tái)旋挖鉆機(jī)，額外進(jìn)場(chǎng)2臺(tái)旋挖鉆機(jī)可滿足施工進(jìn)度要求。此外，經(jīng)項(xiàng)目部調(diào)查，由于當(dāng)?shù)厝杂虚e置旋挖樁機(jī)，故進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用較低。

方案二適用于工期要求高、旋挖樁機(jī)便于補(bǔ)充的項(xiàng)目。

4.3 方案三實(shí)施情況

15#棟樁基礎(chǔ)采用方案三。實(shí)施過程中，旋挖成孔平均4～5根/（臺(tái)·d），鉆齒消耗量降低至平均1～2個(gè)/孔，基本滿足施工進(jìn)度要求。若采用方案三，額外進(jìn)場(chǎng)1臺(tái)旋挖鉆機(jī)可滿足施工進(jìn)度要求。

方案三適用于工期要求高、旋挖樁機(jī)能夠補(bǔ)充的項(xiàng)目，對(duì)比方案二，旋挖樁機(jī)數(shù)量要求較低。

5 工效及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，在滿足施工進(jìn)度要求的情況下：

方案一需進(jìn)場(chǎng)14臺(tái)沖孔樁機(jī)，增加400 kW柴油發(fā)電機(jī)4臺(tái)。沖孔樁機(jī)從大理裝運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用按50 000元/臺(tái)考慮。

方案二需補(bǔ)充2臺(tái)旋挖鉆機(jī)，采購(gòu)合金鉆齒（200元/顆），過程中需進(jìn)行鉆筒維修、鉆齒更換。由于本項(xiàng)目周邊有閑置旋挖鉆機(jī)，故進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用按5 000元/臺(tái)考慮。

方案三需補(bǔ)充1臺(tái)旋挖鉆機(jī)，采購(gòu)牙輪鉆（1 500元/顆），過程中需進(jìn)行鉆筒維修、鉆齒更換。由于本項(xiàng)目周邊有閑置旋挖鉆機(jī)，故進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用按5 000元/臺(tái)考慮。

經(jīng)計(jì)算，僅考慮成孔費(fèi)用的情況下，方案一的綜合單價(jià)為413.2元/m，方案二的綜合單價(jià)為359.95元/m，方案三的綜合單價(jià)為418.3元/m。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明， “合金鉆齒”方案（即方案二）可按工期要求完成樁基礎(chǔ)施工，且表現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)性和施工效率，每米節(jié)省成本53.25～58.35元，總計(jì)約32萬(wàn)元。經(jīng)過靜載試驗(yàn)檢測(cè)得知，樁基礎(chǔ)承載力滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)低應(yīng)變檢測(cè)，Ⅰ類樁占比94%以上，Ⅱ類樁占比6%以下，無(wú)Ⅲ、Ⅳ類樁現(xiàn)象。該成果為該地區(qū)樁基礎(chǔ)項(xiàng)目提供了施工經(jīng)驗(yàn)。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件、場(chǎng)地情況、設(shè)計(jì)要求、工期要求等因素確定合理可行的施工設(shè)備及方案，從而在保證工程質(zhì)量、進(jìn)度的同時(shí)，提高工效及經(jīng)濟(jì)性。