淺析復雜地質情況下旋挖鉆機施工技術

（福建省閩宇建設工程有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概況

泉州市第十中學教學綜合樓項目位于福建省泉州市豐澤區(qū)泉州市第十中學校內，結構體系為框架結構，地上8層，地下1層。樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑為1000mm，樁長為27～31m，總樁數(shù)為101根。設計要求樁端進入碎塊狀強風化花崗巖≥3m，樁身混凝土強度為C30。

2 地質情況和水文條件

本工程巖土層名稱、揭示厚度和特征如表1所示。

表1 擬建場地巖土層名稱、揭示厚度和特征

根據(jù)地勘資料得知本工程地下水位埋深為3.30～4.60m，地下水的補給主要來自孔隙裂隙水、大氣降水和周邊河流的徑向補給。

3 施工難點剖析

（1）本工程地質復雜，淤泥層和粗砂層在成孔過程中容易出現(xiàn)塌孔或者縮頸現(xiàn)象，粗砂容易沉淀到孔底，導致孔底沉渣厚度過大，施工難度較大。

（2）周邊環(huán)境復雜，施工場地北側約4m為5層的已建教學樓，南側約4.8m為7層的小學教學樓，西南側約8m為污水池，施工場地狹小，工期緊張。

（3）施工場地位于校園內部，對樁基施工產(chǎn)生的噪音和粉塵的要求較高。

（4）巖土層中局部存在孤石，為堅硬巖，進尺困難，對施工工期影響較大。

4 成孔樁機的比選與確定

4.1 潛孔錘鉆機

該樁機利用壓縮空氣來驅動潛孔錘鉆頭將質地堅硬的巖層沖擊破碎，采用空壓機產(chǎn)生的風量將巖屑吹出孔外，粉塵污染較大[1]，對周邊教學樓正常運行影響較大，另外高壓氣流不斷沖刷孔壁，不利于孔壁的穩(wěn)定與安全。單樁成孔時間約4～6d，成孔時間長，工期難以滿足要求。綜合環(huán)保與工期等因素，該樁機不考慮。

4.2 沖擊鉆機

該樁機利用樁錘的沖擊功對巖層進行沖擊成孔[2]，采用泥漿護壁，遇到孤石時，由于孤石巖質堅硬，進尺困難，另外堅硬巖層沖擊時噪音污染較大，振動厲害，對周邊環(huán)境影響較大。樁機需要電力系統(tǒng)來供電，施工成本增加。單樁成孔時間約6～8d，施工周期長，難以滿足工期需求。因此，該樁機不考慮。

4.3 旋挖鉆機

該樁機自帶動力系統(tǒng)，行走靈活，本工程地質復雜，需要采用泥漿護壁，施工時無粉塵污染，噪音較小，對周邊環(huán)境影響較小。另外旋挖鉆機能夠實現(xiàn)自動校正垂直度和自動定位等功能，成孔質量可控性較高[3]。單樁成孔時間約為1～2d，工期有保證。

鑒于工期、環(huán)保、成孔質量及對周邊環(huán)境影響等因素考慮，本工程樁基成孔樁機選用旋挖鉆機。

5 旋挖鉆機施工技術

5.1 施工工藝流程

旋挖鉆機施工工藝流程如圖1所示。

圖1 旋挖鉆機施工工藝流程

5.2 埋設鋼護筒

旋挖樁的樁位采用J2級全站儀測放出來，樁位的偏差≤50mm，以樁位為中點拉十字控制線設置控制樁。本工程鋼護筒的內徑為1200mm，高度為3m，壁厚為8mm。采用鉆頭將鋼護筒壓入土體，護筒露出地面高度為0.4m，鋼護筒的軸線偏差≤50mm，護筒中心與樁心應重合，垂直度偏差≤1%，鋼護筒四周采用粘性土回填夯實到位。

5.3 泥漿制備

淤泥層和中粗砂層在旋挖鉆進過程中容易出現(xiàn)塌孔和卡鉆現(xiàn)象，應制備固壁能力高和黏度好的優(yōu)質泥漿。本工程泥漿采用優(yōu)質膨潤土、自來水和聚丙烯酰胺按照一定比例進行人工造漿，聚丙烯酰胺的摻量為20～30kg/m3，制備好的泥漿黏度為26～33s，泥漿比重為1.2～1.4。

5.4 旋挖成孔

樁基所在區(qū)域的巖土層存在孤石，全程采用單一鉆具進行成孔的話，鉆具磨損較大，進尺速度慢，普通鉆具難以鉆穿孤石，因此，根據(jù)地質情況不同應選用合適的鉆具進行成孔，提高成孔效率。

5.4.1 素填土、粉質粘土、淤泥、中粗砂、全風化與強風化花崗巖等巖層成孔方案

該巖層鉆具采用帶斗齒的雙層底旋挖鉆斗，素填土層旋挖時應慢速鉆進，待切土成孔至鋼護筒以下1m后即可加快旋挖速度，采用鉆頭下端的斗齒將土體切削回旋裝入鉆斗內，帶桶式鉆斗裝滿土體后提升至孔外卸土。巖土層上部的素填土和粉質粘土層采用干孔作業(yè)，旋挖鉆進至淤泥層應注入優(yōu)質泥漿，泥漿比重為1.4，慢速鉆進。旋挖鉆進至中粗砂層時，為了防止出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，應增加掃孔次數(shù)，旋挖鉆進速度應適當降低，泥漿比重調整為1.4。全風化和強風化花崗巖巖層采用帶截齒的短螺旋鉆頭將其碎裂之后再采用雙層底斗齒旋挖鉆斗進行撈渣。在軟硬交接地方，應降低旋挖速度，并適當增加掃孔次數(shù)[4]。旋挖鉆進至碎塊狀強風化花崗巖時，應上報監(jiān)理工程師，根據(jù)持力層渣樣判定標準來確定持力層，隨后旋挖鉆進3m即可終孔。

5.4.2 孤石成孔方案

該巖層鉆具采用環(huán)切滾刀鉆頭，鉆頭下端帶有子彈頭截齒，在桶式鉆斗內安裝合頁片來夾住巖芯。采取取芯鉆進的方式進行成孔，當巖層的強度不是特別高時，采用直徑為1000mm取芯筒式鉆頭以大扭矩慢速鉆進，每次鉆進的深度為0.8～1.0m，加壓操作利用鉆桿的扭力將巖芯掰斷后采用合頁片抱緊提出孔外卸巖，施工效率≥0.5m/h，直至成孔至設計高程。由于孤石的巖質較為堅硬，齒刃前角度設置為25°～45°。如果巖層強度特別高，孤石的成孔方式為分級鉆進，采用直徑為800mm的筒式鉆頭按照分層厚度為0.5m進行分層取芯，加壓加大扭矩掰斷巖芯，當扭矩突然劇減和鉆速突然劇增且鉆桿有振動現(xiàn)象，證明巖芯已被扭斷，取出巖芯后繼續(xù)成孔直至設計樁底高程。然后更換直徑為1000mm取芯桶鉆以鉆進深度為0.5m進行環(huán)切取芯，將巖芯提升到孔外卸除，反復操作直至成孔至設計樁底高程。如果遇到巖層傾斜度大的情況下，利用主卷揚機吊住鉆桿，取消鉆桿浮動，采取輕壓慢進的鉆進方式，待穿過傾斜面后再正常旋挖鉆進。

5.5 清孔

清孔方法為氣舉反循環(huán)法，下鋼筋籠前后各清孔一次，氣舉反循環(huán)清孔時應重點控制風壓，根據(jù)泥漿比重、壓力損失測算和孔深來確定風壓，計算后確定本工程風壓為0.3～0.4MPa。二次清孔后要求沉渣厚度≤50mm。

5.6 鋼筋籠制作與安裝

由于施工場地狹小，本工程樁基鋼筋籠統(tǒng)一在場外鋼筋加工場制作完成后再運至現(xiàn)場進行安裝。鋼筋籠按照實際樁長分節(jié)加工與制作，兩節(jié)鋼筋籠對接采用單面焊形式，搭接長度為10d，鋼筋錯開50%，錯開距離應≥0.5m且≥35d，主筋與箍筋采用點焊進行固定。加勁箍的設置間距為2m，十字支撐的設置間距為4m，注漿管采用無縫鋼管，直徑為25mm，注漿管采用鐵絲與主筋綁扎牢固，注漿管采用專用套管進行對接，對接位置應嚴密不漏水，注漿管上端應伸出地面高度為0.5m，下端采用膠布纏繞數(shù)圈，鋼筋籠下放后注漿管內應注滿清水，上口采用管帽蓋住。采用吊車將鋼筋籠吊起，下放時應緩慢，鋼筋籠接長時焊縫應飽滿連續(xù)，待焊縫自然冷卻后再下放至設計高程。根據(jù)樁位控制樁拉十字線來復核鋼筋籠的軸線，復核合格后采用2根吊筋將鋼筋籠固定在護筒上。

5.7 導管安裝

導管采用螺紋快速接頭，導管間加設O形橡膠密封圈，導管直徑為300mm。導管安裝之前應按照規(guī)定做密封性試驗，導管的抗拉力和密封性應滿足施工規(guī)范要求[5]。導管底節(jié)長度為4m，下口與孔底的距離為0.3～0.5m，中間節(jié)長度為3m，最上面一節(jié)根據(jù)孔深情況采用長度為0.5～1.5m的短節(jié)導管。

5.8 混凝土灌注

混凝土應嚴格按照配合比設計下料攪拌，由于夏季氣溫較高，混凝土中應摻入適量的緩凝劑，進場的每車混凝土質量必須嚴格檢查，坍落度為180～220mm，混凝土顏色應均勻一致，不得有離析現(xiàn)象。根據(jù)樁位混凝土數(shù)量和運距做好混凝土供應計劃，確保混凝土灌注的連續(xù)性。根據(jù)首灌后導管埋入混凝土深度來計算料斗的容量，本工程料斗的容量為1.5m3。將隔水栓拉起后要求罐車司機加大馬力將混凝土傾注入料斗內，直至第一車混凝土全部卸料完成，確保導管埋入混凝土深度符合施工規(guī)范要求。采用測錘測探混凝土液面高度，根據(jù)導管埋入混凝土深度對導管拆除節(jié)數(shù)進行計算，混凝土灌注過程中，導管埋入混凝土深度控制為2～6m。為了避免混凝土等待時間過長導致斷樁事故發(fā)生，混凝土灌注應連續(xù)不間斷。由于樁頂混凝土與泥漿混合，為了確保樁頂混凝土強度滿足設計要求，本工程要求混凝土超灌1m。

5.9 后注漿施工

成樁后2d采用清水進行加壓開塞，成樁后7d采用水灰比為0.5的純水泥漿進行樁底后注漿施工，水泥強度為42.5，設計總注漿量為1.3t。注漿順序為外圍樁往內圍樁，初始注漿壓力為1.5MPa，注漿時應觀察樁周和樁側等冒漿情況，如果出現(xiàn)冒漿情況應立即停止注漿，待間歇30min后重新注漿。當注漿壓力達到3MPa時停止加壓持續(xù)注漿3min或者注漿量達到設計總注漿量即可終止注漿。

6 結束語

旋挖鉆機成孔速度快，單樁成孔時間約18～24h，再加上樁機保養(yǎng)維修、鉆具更換與修理以及交叉施工等時間，單樁平均成孔時間約為28～34h，施工效率較高。旋挖鉆機在成孔時能夠對孔壁垂直度進行自動監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)孔壁垂直度超標就會發(fā)出報警信號，操作人員及時采取措施進行糾正，孔壁垂直度偏差應≤1%。由于地質中存在淤泥層和中粗砂層，樁基施工容易出現(xiàn)縮頸和塌孔現(xiàn)象，通過制備聚丙烯酰胺優(yōu)質泥漿來保證孔壁的穩(wěn)定性。根據(jù)不同的巖土層性質采取不同的旋挖鉆具和泥漿比重，旋挖成孔過程中未出現(xiàn)縮頸、塌孔和卡鉆等質量問題，成孔垂直度滿足施工規(guī)范要求。成樁28d按照設計要求進行樁身完整性檢測和靜載檢測，檢測結果均滿足設計及施工規(guī)范要求。