喀斯特?zé)o充填溶洞全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)灌注樁鋼筋籠雙套網(wǎng)綜合成樁施工技術(shù)

李樹青，雷 斌，鮑萬偉，馮志輝，申小平

(深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

在喀斯特巖溶發(fā)育區(qū)，一般地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，溶洞、裂隙普遍發(fā)育，在巖溶發(fā)育區(qū)灌注樁施工，一般采用沖擊和旋挖鉆進(jìn)成孔工藝，在成孔過程中由于巖面傾斜常造成鉆頭受力不均勻,易發(fā)生斜孔、卡鉆、掉鉆，沖擊鉆進(jìn)需要反復(fù)回填塊石、黏土進(jìn)行糾偏，旋挖鉆進(jìn)時(shí)則需要采用灌注混凝土處理偏孔，造成鉆進(jìn)成孔困難；而當(dāng)遇到溶洞尤其是無充填的大溶洞時(shí)，易發(fā)生泥漿滲漏、垮孔，嚴(yán)重的甚至造成地面塌陷；另外，在灌注樁身混凝土?xí)r，混凝土易沿溶洞發(fā)生充填，造成混凝土超灌量大。

本文結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)喀斯特?zé)o充填溶洞全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)灌注樁鋼筋籠雙套網(wǎng)綜合成樁施工工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

坪山鳳凰公館項(xiàng)目位于深圳市坪山區(qū)沙湖社區(qū)碧沙北路與龍勤路交界處，擬建項(xiàng)目為5棟高層(3棟商品房，2棟人才保障房)，81棟底層商墅。主樓基礎(chǔ)選用全套管全回轉(zhuǎn)混凝土灌注樁，樁徑分別為1 200～1 500mm，共計(jì)297根。

1.2 工程地質(zhì)與水文條件

根據(jù)勘察報(bào)告顯示，場(chǎng)地工程地質(zhì)情況自上而下為：回填土層、中風(fēng)化大理巖、溶洞溶槽堆積層、微風(fēng)化大理巖、微風(fēng)化大理巖。

1.3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)場(chǎng)施工情況

項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直徑為1.2～1.5m，共計(jì)297根，樁端持力層進(jìn)入微風(fēng)化花崗巖≥0.5m。由于項(xiàng)目處于巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)，存在多層溶洞及微風(fēng)化大理巖夾層，最大溶洞厚度達(dá)十幾米，溶洞以上多為土層(第四系土層)，土層松散，孔壁成孔性差，塌孔可能性較大，易卡鉆、卡錘，無法保障旋挖成孔設(shè)備及場(chǎng)地安全，經(jīng)過優(yōu)化后，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，在鋼筋籠外側(cè)包裹鍍鋅鋼絲網(wǎng)與尼龍網(wǎng)，達(dá)到成孔速度快、混凝土灌注量控制好、成樁質(zhì)量高的目的。

2 清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔工藝

本技術(shù)所述的巖溶發(fā)育區(qū)灌注樁施工方法，其關(guān)鍵技術(shù)主要包：①采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，全護(hù)筒護(hù)壁；②在鋼筋籠外側(cè)安裝鋼絲網(wǎng)、密目尼龍網(wǎng)的雙套網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在護(hù)筒起拔后能有效阻擋混凝土擴(kuò)散，確保樁身混凝土的超灌量，保證樁身質(zhì)量。

2.1 全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是利用鉆機(jī)的強(qiáng)大扭矩驅(qū)動(dòng)鋼套管鉆進(jìn)，利用套管底部的高強(qiáng)刀頭對(duì)土體進(jìn)行切割，并利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)下壓功能將套管下壓，同時(shí)采用沖抓斗挖掘并將套管內(nèi)的渣土掏出，始終保持套管底超出開挖面，這樣套管鉆進(jìn)同時(shí)成為鋼護(hù)筒全過程護(hù)壁，有效阻隔了鉆孔過程中多層溶洞的影響；同時(shí)，由于套管壁厚、剛性好，鉆進(jìn)時(shí)垂直度控制好。

當(dāng)鉆進(jìn)至溶洞頂灰?guī)r面時(shí)，采用沖擊與沖抓相結(jié)合的取土工藝，即采用沖錘在套管內(nèi)沖擊碎巖，并采用沖抓斗撈渣；反復(fù)沖擊破碎修孔，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、下壓套管，直至套管下至樁端持力層。

與第一階段實(shí)驗(yàn)的主要區(qū)別在于，本階段提供了開放的解空間，即不再使用固定格式的編碼來表達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)條件更接近真實(shí)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新的實(shí)際情況。第一階段實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)師的實(shí)際工作只是修改21個(gè)參數(shù)來控制產(chǎn)品造型變化，而實(shí)際設(shè)計(jì)方案修改方式要比這復(fù)雜得多，例如無法用統(tǒng)一格式表達(dá)，無法在引用對(duì)象上直接修改，必須重新繪制方案草圖等，大大增加了工作量。

挖掘完畢后，立即測(cè)量孔深并確認(rèn)持力層，滿足要求后進(jìn)行一次撈渣斗清孔，安裝鋼筋籠和灌注導(dǎo)管后，采用氣舉反循環(huán)工藝二次清孔，最后灌注混凝土成樁；灌注樁身混凝土的過程中，利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)巨大的起拔力，將鋼套管分段拔出。

2.2 鋼筋籠外側(cè)安裝雙套網(wǎng)

2.2.1工藝原理

由于溶洞分布，在灌注樁身混凝土?xí)r，盡管混凝土可通過添加速凝劑減緩其流動(dòng)擴(kuò)散，但水下混凝土具備一定的坍落度，灌注時(shí)在溶洞段混凝土將向溶洞的空間進(jìn)行擴(kuò)散。為避免在護(hù)壁套管起拔后樁身灌注混凝土快速流失，在溶洞分布段樁身鋼筋籠外側(cè)專門設(shè)置了鍍鋅鋼絲網(wǎng)、尼龍網(wǎng)2層結(jié)構(gòu)，以有效減緩混凝土的快速擴(kuò)散，減少混凝土的流失。

2.2.2鍍鋅鋼絲網(wǎng)

1)鋼筋籠制作按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，制作完成后根據(jù)成孔顯示的溶洞頂、底埋深，按溶洞頂向上、溶洞底向下各延伸1m，安裝鍍鋅鋼絲網(wǎng)，以確保減緩混凝土擴(kuò)散的有效性。鋼筋籠安裝鍍鋅鋼絲網(wǎng)如圖1所示。

圖1 鍍鋅鐵網(wǎng)安裝

2)鍍鋅鋼絲網(wǎng)選用優(yōu)質(zhì)低碳鋼絲，通過精密的自動(dòng)化機(jī)械技術(shù)電焊熱鍍鋅加工制成，網(wǎng)面平滑整齊，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固均勻，整體性能好；同時(shí)，鋼絲網(wǎng)具有良好的柔韌性和可塑性，即使鍍鋅鋼絲網(wǎng)的局部裁截或局部承受壓力也不致發(fā)生脫焊現(xiàn)象，依然可以減緩阻擋混凝土的擴(kuò)散；另外，鍍鋅后耐腐蝕性好，安全性高、耐久性強(qiáng)，滿足其成為樁身混凝土內(nèi)的材料要求。本技術(shù)選用熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)孔呈菱形，絲徑0.9mm。

3)鍍鋅鋼絲網(wǎng)采用20號(hào)鋼絲直接綁扎在鋼筋籠上，梅花式綁扎，橫向和豎向搭接處覆蓋20cm。

2.2.3尼龍密目網(wǎng)

2)密目尼龍網(wǎng)材質(zhì)為HDPE高密度聚乙烯，網(wǎng)目密度2 000目/100cm2，具有韌性高、彈性好、耐腐蝕的特點(diǎn)。

3)尼龍網(wǎng)安裝采用兜底法包裹鋼筋籠和鍍鋅鋼絲網(wǎng)，鋼絲按2m間距將尼龍網(wǎng)固定在鍍鋅鋼絲網(wǎng)上，尼龍網(wǎng)的安裝長(zhǎng)度為鋼筋籠底至鍍鋅鋼絲網(wǎng)頂端齊平。尼龍網(wǎng)安裝與灌注混凝土效果如圖2所示。

圖2 尼龍網(wǎng)安裝與灌注混凝土效果

2.3 施工工藝流程

灌注樁全套管全回轉(zhuǎn)氣舉內(nèi)循環(huán)清孔工序流程如圖3示。

圖3 施工工藝流程

2.4 操作要點(diǎn)

1)全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) ①采用JAR260H全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與特制鋼套管，套管直徑1 000mm，配套120型履帶式起重機(jī)、220型挖掘機(jī)等。②使用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與專門配備的液壓動(dòng)力站，將帶特制刀頭鋼套管回轉(zhuǎn)切入，同時(shí)使用沖抓斗反復(fù)抓取全套管內(nèi)的土進(jìn)行取土；遇塊石、孤石或硬質(zhì)夾層時(shí)，使用十字沖錘沖碎孤石后再使用沖抓進(jìn)行抓取。③抓斗取土?xí)r保證套管超過成孔深度2m左右，當(dāng)每節(jié)套管壓入樁孔內(nèi)到在鉆機(jī)平臺(tái)上剩余50cm時(shí)及時(shí)接入下一節(jié)套管以滿足成孔需求。④在鉆進(jìn)至溶洞附近時(shí)放慢成孔速度，使用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)夾緊套管以防止套管掉落；由專人記錄溶洞位置，并計(jì)算出鋼筋籠需安裝鍍鋅鋼網(wǎng)及密目網(wǎng)長(zhǎng)度；穿過溶洞后，繼續(xù)成孔至持力層面，在完成巖層判定后，成孔直至達(dá)到設(shè)計(jì)入巖深度，并與監(jiān)理、業(yè)主等單位進(jìn)行終孔驗(yàn)收。⑤終孔驗(yàn)收后，使用撈渣斗進(jìn)行孔內(nèi)撈渣。

2)鋼筋籠制作 ①根據(jù)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)要求提前制作好鋼筋籠底籠，為便于吊裝，底籠長(zhǎng)度<24m。根據(jù)實(shí)際成孔深度確定鋼筋籠總長(zhǎng)度后制作剩余鋼筋籠，鋼筋籠制作完畢后由監(jiān)理、業(yè)主進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，合格后安裝鍍鋅鋼網(wǎng)；②鋼筋籠底籠底部采用鋼筋焊接形成井字形，初灌混凝土可完全覆蓋底部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效防止灌注混凝土?xí)r的鋼筋籠上浮現(xiàn)象；③為確保鋼筋籠在套管起拔時(shí)被掛住帶起上浮，采用在鋼筋籠體分段設(shè)置混凝土保護(hù)層墊塊，每層3塊，確保鋼筋籠居中安放。

3)鋼筋籠外側(cè)安裝鍍鋅鋼網(wǎng) ①鋼筋籠驗(yàn)收合格后，根據(jù)實(shí)際成孔計(jì)算出所需安裝鍍鋅鋼網(wǎng)長(zhǎng)度，在鋼筋籠外側(cè)進(jìn)行安裝；②鍍鋅鋼絲網(wǎng)制作時(shí)，采用電動(dòng)剪根據(jù)需要裁剪，采用20號(hào)鋼絲將鍍鋅鋼網(wǎng)固定在鋼筋籠外側(cè)，以梅花形點(diǎn)狀綁扎；③鋼絲網(wǎng)分段搭接處采用重疊安裝，重疊≥20cm；④對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)揭示無充填的大溶洞，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可采用雙層鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大限度減少混凝土擴(kuò)散至溶洞。鋼絲網(wǎng)重疊處安裝如圖4所示、雙層鋼絲網(wǎng)安裝如圖5所示。

圖4 鋼絲網(wǎng)重疊處安裝

圖5 雙層鋼絲網(wǎng)安裝

4)鋼筋籠吊放及尼龍網(wǎng)安裝 ①鋼筋籠制作完成后，采用起重機(jī)吊放，鋼筋籠吊鉤位置處采用開口設(shè)置，并預(yù)留封口鍍鋅鋼絲網(wǎng)，待吊鉤卸除后進(jìn)行封閉，避免鋼絲網(wǎng)缺失。②鋼筋籠吊放入孔之前，根據(jù)實(shí)際成孔計(jì)算出密目尼龍網(wǎng)安裝長(zhǎng)度，并剪裁出所需密目尼龍網(wǎng)套在套管孔口；尼龍網(wǎng)采用兜住鋼筋籠底同步全程包裹設(shè)置，尼龍網(wǎng)間采用穿鋼絲線連接密封。③將鋼筋籠吊放到套管內(nèi)下放，下放的同時(shí)伴隨尼龍網(wǎng)同步下放。④鋼筋籠下放至吊鉤處時(shí)，采用起重機(jī)輔助作業(yè)將吊鉤卸除，并恢復(fù)吊鉤處鋼絲網(wǎng)覆蓋、密封，避免出現(xiàn)漏洞造成混凝土漏失。⑤鋼筋籠在套管內(nèi)持續(xù)下放，尼龍網(wǎng)連續(xù)包裹鋼絲網(wǎng)，鋼筋籠下放直至鍍鋅鋼絲網(wǎng)頂端位置后，停止下放，并用鋼絲將尼龍網(wǎng)四周綁扎在鋼筋籠上。⑥密目網(wǎng)上部套口扎緊后將鋼筋籠緩慢向上提起，每隔2m用鋼絲將密目網(wǎng)四周綁扎在鋼筋籠上，避免灌注混凝土上拔套管時(shí)在溶洞段產(chǎn)生混凝土滲漏，并觀察鋼筋籠底部的包裹情況，有多節(jié)鋼筋籠時(shí)，預(yù)留出鋼筋連接處不安裝鍍鋅鋼網(wǎng)，在鋼筋籠搭接完成后再安裝，全部鋼筋籠吊放并安裝尼龍網(wǎng)后，再將鋼筋籠下放至孔內(nèi)。鋼筋籠上每隔2m間距用鋼絲綁扎固定尼龍網(wǎng)。

5)灌注混凝土成樁 ①為避免鋼筋籠安裝鋼絲網(wǎng)后，混凝土粗骨料被鋼絲網(wǎng)阻擋造成混凝土離析，攪拌站嚴(yán)格按配合比配制混凝土，控制好細(xì)石粗骨料的用量和粒徑，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每罐車混凝土進(jìn)行檢查，保證灌注成樁質(zhì)量；②鋼筋籠下放完畢并測(cè)量孔底沉渣厚度滿足要求后，快速完成孔口灌注斗安裝，立即開始灌注混凝土，最大限度縮短準(zhǔn)備時(shí)間；③采用強(qiáng)度等級(jí)為C35、坍落度18～22cm、抗?jié)B等級(jí)為P8的細(xì)石混凝土進(jìn)行水下灌注，混凝土可適量添加速凝劑，減少混凝土的流動(dòng)；④灌注混凝土用料斗吊灌或泵車灌注，根據(jù)樁徑及導(dǎo)管埋設(shè)深度采用3m3初灌斗灌注，以確保初灌時(shí)混凝土面上升高度超過導(dǎo)管底部0.8m以上；⑤混凝土灌注時(shí)，控制混凝土灌注速度，尤其在溶洞分布段，采用慢速回頂灌注法，并定時(shí)觀察、測(cè)量套管內(nèi)混凝土面的上升高度，在每輛混凝土罐車卸料完畢后，對(duì)樁孔內(nèi)混凝土面上升高度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)埋管深度及時(shí)拆管，確保灌注時(shí)導(dǎo)管埋深2～4m，最大不超過6m；⑥混凝土灌注過程中，保持連續(xù)作業(yè)，防止堵管；灌注至樁頂標(biāo)高時(shí)，超灌80～100cm，以確保樁頂混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

6) 起拔套管 ①邊灌注混凝土邊拔出套管，在拔出每節(jié)套管后及時(shí)測(cè)量混凝土面高度，保證套管最下端在混凝土面以下足夠的深度，尤其在溶洞分布段，套管最下端在混凝土面以下埋管深度要求不少于10m,避免混凝土在溶洞段滲漏而造成孔內(nèi)灌注事故；②起拔套管采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)自帶的頂力起拔，并使用吊車輔助起拔。

2.5 施工工藝特點(diǎn)

1)鉆進(jìn)效率高 針對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)的特點(diǎn)，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，一次性解決鉆孔護(hù)壁、溶洞漏漿、鉆孔垂直度、斜巖處理、清孔等關(guān)鍵技術(shù)難題，無需反復(fù)處理，鉆進(jìn)成孔效率高。

2) 成樁質(zhì)量好 采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，全孔鋼套管護(hù)壁，確保了溶洞段不漏漿，鉆孔垂直度控制好，清孔效果好；鋼筋籠采用鍍鋅鋼絲網(wǎng)、密目尼龍網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有效解決了溶洞段套管起拔后灌注混凝土的擴(kuò)散流失問題，成樁質(zhì)量好。

3)綜合成本控制好 采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，成孔效率高，節(jié)省了大量溶洞處理時(shí)間，保證了工期；同時(shí)采用鋼筋籠雙套管結(jié)構(gòu)，有效控制了灌注混凝土的流失，節(jié)省了大量的材料，綜合成本控制好。

4) 保證現(xiàn)場(chǎng)文明施工 采用全套管全回轉(zhuǎn)施工，現(xiàn)場(chǎng)不必預(yù)先準(zhǔn)備大量的塊石、黏土回填處理溶洞；采用全套管護(hù)壁，不必采用泥漿護(hù)壁，減小了泥漿循環(huán)系統(tǒng)的布設(shè)以及泥漿用量；全回轉(zhuǎn)沖抓撈取的渣土含水量低，便于及時(shí)外運(yùn)，為現(xiàn)場(chǎng)文明施工創(chuàng)造了條件。

2.6 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

通過多個(gè)喀斯特地區(qū)灌注樁施工的實(shí)踐應(yīng)用證明，喀斯特?zé)o充填溶洞全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)灌注樁鋼筋籠雙套網(wǎng)綜合成樁施工技術(shù)無論在施工效率、施工管理，還是施工成本、現(xiàn)場(chǎng)文明環(huán)保措施等方面都突顯出了較大的優(yōu)越性，解決了喀斯特地區(qū)灌注樁成孔困難、成孔效率低、混凝土灌注量超多的問題，得到了設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和業(yè)主的一致好評(píng)，取得了顯著的社會(huì)效益。

3 結(jié)語

喀斯特?zé)o充填溶洞全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)灌注樁鋼筋籠雙套網(wǎng)綜合成樁施工技術(shù)通過全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，對(duì)灌注樁有效形成護(hù)壁，并在鋼筋籠外側(cè)安裝雙套網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有效防止混凝土往溶洞外流，有效控制混凝土灌注量，在實(shí)際工程應(yīng)用上取得了顯著成效，具有鉆進(jìn)效率高、成樁質(zhì)量好、綜合成本控制好、有利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工等優(yōu)點(diǎn)，使其易于技術(shù)推廣，是一種施工工藝上的突破和創(chuàng)新。