流沙層和高回填區(qū)域旋挖成孔灌注樁的施工工藝分析

唐友木 袁浩 中交四航局第三工程有限公司

1.前言

云南省東川港一期建設(shè)項(xiàng)目屬于白鶴灘水電站附屬工程，工期緊張，且工程選址處原地貌為高邊坡，各級(jí)平臺(tái)均采用半挖半填法形成作業(yè)平臺(tái)，土類多為含礫覆蓋層及碎石層，此地常年干枯，土類穩(wěn)定性較差，地下含有流沙層，樁基施工越往深處流沙層面積越大，施工過程中容易發(fā)生塌孔等現(xiàn)象。根據(jù)施工條件綜合分析，旋挖鉆機(jī)是最合適本工程的成孔機(jī)械，再結(jié)合實(shí)際情況施工合理選擇混凝土回填法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法與回填法同時(shí)使用等工藝進(jìn)行施工。

2.工程概況

云南省東川港一期建設(shè)項(xiàng)目位于云南省昆明市東川區(qū)境內(nèi)，碼頭水工建筑物采用分級(jí)直立式平臺(tái)布置，各級(jí)平臺(tái)均采用高樁框架結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)采用灌注樁形式，灌注樁進(jìn)入中風(fēng)化巖按5倍樁徑控制。工程灌注樁總數(shù)為590根，樁基為嵌巖樁，受力類型為端承樁，樁徑有1.2m、1.6m、1.8m三種型號(hào)，樁基混凝土采用C30混凝土。

3.成孔設(shè)備的選擇情況分析

3.1 施工條件分析

圖1 作業(yè)區(qū)原地貌

圖2 作業(yè)區(qū)開挖填筑后

圖3 流沙鉆渣圖

云南省東川港工程屬于白鶴灘水電站附屬工程，受到白鶴灘水電站蓄水影響，項(xiàng)目工期十分緊張；項(xiàng)目選址處為高邊坡地帶，受到地形和征地拆遷等影響，現(xiàn)場可使用土石方量有限，僅僅夠用于各級(jí)平臺(tái)填筑作業(yè)平臺(tái)，施工作業(yè)面狹窄。根據(jù)前期地勘報(bào)告，本工程位于青藏地震區(qū)青藏高原中部地震亞區(qū)西南側(cè)的鮮水河—滇東地震帶內(nèi)，且工程區(qū)附近東側(cè)為小江斷裂帶，現(xiàn)代地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈，工程區(qū)區(qū)域地層構(gòu)造穩(wěn)定性較差，地質(zhì)條件復(fù)雜。與沖擊鉆、回旋鉆等設(shè)備相比，旋挖鉆自動(dòng)化程度高、機(jī)動(dòng)靈活、成孔快、準(zhǔn)確性高，能夠達(dá)到沉渣少、粉塵污染少的效果，樁基質(zhì)量得到有效保證，能夠滿足本項(xiàng)目施工作業(yè)需求。

3.2 旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢分析

1)機(jī)動(dòng)靈活，有效提高施工效率。旋挖鉆機(jī)具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活及多功能特點(diǎn)，根據(jù)以往施工記錄數(shù)據(jù)中顯示，旋挖鉆機(jī)成孔時(shí)間大約是沖擊鉆機(jī)的30%，另受到現(xiàn)場場地約束，無法投入多臺(tái)沖擊鉆機(jī)同時(shí)施工，對(duì)比可知旋挖鉆作業(yè)效率高，有利于加快進(jìn)度，確保項(xiàng)目順利履約。

2)節(jié)能降耗，有利于降本增效。受到地下水及流沙層影響，鉆孔至流沙層位置時(shí)，普通泥漿護(hù)壁基本已無法控制流沙層對(duì)樁孔的影響，澆筑混凝土?xí)r更加容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，因此同條件下沖擊鉆機(jī)需要泥漿護(hù)壁的同時(shí)還要采用混凝土回填和鋼護(hù)筒跟進(jìn)等措施，而旋挖鉆機(jī)干挖施工法則不需要泥漿護(hù)壁，所以選用旋挖鉆機(jī)更有利于降低成本，增加成孔成功率，加快施工進(jìn)度。

3)綠色環(huán)保，有利于安全文明施工。由于現(xiàn)場場地有限，無法大量投入沖擊鉆機(jī)進(jìn)場施工，且現(xiàn)場無法滿足沖擊鉆泥漿池的布置條件，另道路交通受限，泥漿外運(yùn)及處理不便，且易對(duì)環(huán)境造成不利影響。選用旋挖鉆干挖成孔工藝，施工過程中不易產(chǎn)生大量泥漿，與其他工藝相比起來更綠色環(huán)保，且旋挖鉆機(jī)施工受天氣影響較小，有利于降低管理成本。

4.在流沙層及高回填區(qū)域樁基成孔過程中的施工工藝分析

云南省東川港一期建設(shè)項(xiàng)目施工區(qū)域地下存在流沙層，且流沙層位置處于地下水水位線頂部，地下水水位高差大，流速較快，在流沙地層使用旋挖鉆不易成孔，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面。第一是從流沙穩(wěn)定力學(xué)來分析，在鉆孔達(dá)到流沙層的時(shí)候，影響流沙層穩(wěn)定的外界因素就有地層以及流沙層自身的重力，還有孔內(nèi)的液體沖刷力，通過分析可以知道地層的壓力是通過上層傳遞的，在地質(zhì)條件確定的情況下，僅僅是與荷載量有關(guān)，所以當(dāng)荷載量增大的時(shí)候就會(huì)造成失穩(wěn)狀態(tài)。而流沙層自身的重力會(huì)產(chǎn)生分離，導(dǎo)致流沙層的工藝受到影響。其次，是旋挖鉆成孔技術(shù)與其他工藝比較，它的沖擊鉆旋環(huán)傳以及其他工藝具有特殊性，所以在使用的過程當(dāng)中要針對(duì)性地去采取相應(yīng)的施工措施。

（1）加強(qiáng)技術(shù)管理和交底。必須做好技術(shù)安全交底工作,在施工前向作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的培訓(xùn)交底,并說明地質(zhì)狀況及其特點(diǎn),同時(shí)要求鉆機(jī)作業(yè)人員嚴(yán)格把控鉆進(jìn)過程，確保鉆機(jī)在鉆進(jìn)時(shí)機(jī)器的所有技術(shù)參數(shù)指標(biāo)正常；要求作業(yè)人員控制好鉆桿位置在樁中，保持鉆進(jìn)速度平穩(wěn),尤其是當(dāng)鉆頭通過流沙地層時(shí)要注意將速度放緩,同時(shí)操作幅度也不宜過大,并且對(duì)于流沙層鉆孔也是選擇適當(dāng)?shù)你@機(jī),如此就可以提高轉(zhuǎn)孔的效率。

（2）混凝土回填法。流沙層對(duì)于樁基施工來說，是一個(gè)比較嚴(yán)重的問題，因?yàn)榱魃硨訕O其不穩(wěn)定，且該項(xiàng)目受到地下水的影響，流沙層流動(dòng)較快，在鉆進(jìn)及澆筑過程中容易出現(xiàn)塌孔，縮徑等問題，在開挖區(qū)域的樁基，原始土層相對(duì)穩(wěn)定，在鉆機(jī)穿越流沙層后，采用回填混凝土的方式可以較好的控制流沙在孔內(nèi)的流動(dòng)。由于流沙層距離孔口較高，回填混凝土?xí)r不能采用自卸的方式回填，需采用導(dǎo)管法澆筑混凝土，澆筑時(shí)嚴(yán)格按照樁基施工規(guī)范進(jìn)行，導(dǎo)管底口距離孔底需控制在30-50cm，埋入混凝土內(nèi)深度控制在2m-6m，待鉆機(jī)穿越流沙層后，迅速回填混凝土，混凝土終凝后再繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)施工，在下一步鉆進(jìn)施工過程中，可以根據(jù)樁孔內(nèi)出渣渣樣及出渣量判斷回填混凝土是否成功，如果渣樣中不含流沙狀鉆渣，且孔內(nèi)鉆進(jìn)出渣量正常，則說明該孔回填已初具成效，流沙未繼續(xù)流入孔內(nèi)。

（3）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。由于該工程選址位于高邊坡地帶，施工作業(yè)平臺(tái)皆為半挖半填，且受到交通及征地拆遷等問題，無法取用土質(zhì)較好，粘性高的土方填筑作業(yè)平臺(tái)，故平臺(tái)填筑皆為就地開挖，當(dāng)?shù)赝临|(zhì)較差，地層風(fēng)化嚴(yán)重，沙層較厚，因此在灌注樁澆筑混凝土過程中，由于澆筑速度快，樁孔內(nèi)地下水水位隨著混凝土澆筑的高度上升，水位上升至頂層回填區(qū)域時(shí)，容易造成塌孔現(xiàn)象，對(duì)樁身質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此對(duì)于這類情況來說，在施工過程中可以采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行防護(hù)，根據(jù)現(xiàn)場原地貌高程數(shù)據(jù)計(jì)算出回填區(qū)域厚度，具體樁位根據(jù)厚度定制相同長度的鋼護(hù)筒（圖4），在施工過程中保證護(hù)筒長度能夠穿越回填沙層，防止在樁基澆筑混凝土地下水位上升導(dǎo)致沙層位置塌孔的情況發(fā)生。

圖4 鋼護(hù)筒安裝

（4）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法與回填法同時(shí)使用。隨著日益增長的鋼材價(jià)格，鋼護(hù)筒定制費(fèi)用較高，在有流沙層及回填區(qū)域鉆孔時(shí)，如果樁長較長，流沙層位于地下深層，那么采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)至流沙層底部，鋼護(hù)筒的造價(jià)及人工費(fèi)用將是一筆巨大的開支，所以遇到此類情況，可以采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)和回填混凝土兩種方法來保證成樁率，此類做法在該工程中水位平臺(tái)可以顯示，中水位平臺(tái)樁基樁長較長，回填區(qū)域?qū)雍窦s4-5米厚，流沙層位于地下20米左右，如遇到流沙層及回填土層區(qū)域樁基，僅采用回填混凝土法無法保證澆筑過程中是否出現(xiàn)塌孔問題，如果采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)，則會(huì)導(dǎo)致成本的增加，所以采用回填混凝土及鋼護(hù)筒跟進(jìn)兩種辦法，利用鋼護(hù)筒跟進(jìn)至回填區(qū)域底層，避免在澆筑過程中回填區(qū)域發(fā)生塌孔現(xiàn)象，同時(shí)采用混凝土回填法，保證鉆機(jī)在流沙層位置的順利鉆進(jìn)成孔。這兩種方法同時(shí)采用，不僅可以提高在流沙地質(zhì)和回填區(qū)域的樁基成孔率以及樁基成樁質(zhì)量，還可以降低項(xiàng)目成本。

（5）過程監(jiān)測及應(yīng)急預(yù)案。在旋挖鉆機(jī)進(jìn)行流沙地質(zhì)鉆孔時(shí)，鉆孔記錄應(yīng)減短記錄間隔，增加記錄頻次，主要記錄孔內(nèi)地下水高度，出渣量和渣樣類別，通過這些記錄可以判斷孔內(nèi)是否塌孔、縮頸，如果使用混凝土回填流沙層后，通過出渣量和渣樣類別可以判斷回填是否有效果，如果一次回填不成功，則應(yīng)立即停鉆重新對(duì)孔內(nèi)流沙層再次回填，二次回填時(shí)，混凝土塌落度需要適當(dāng)提高，這樣有助于混凝土在孔內(nèi)的流動(dòng)，提高回填成功率。通過過程記錄完善應(yīng)急預(yù)案，加大力度配備應(yīng)急設(shè)備和物資，確保意外事故得到及時(shí)處理，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)處理措施，直到各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能夠順利解決旋挖鉆在流沙層及高回填區(qū)域施工過程中遇到的各種問題，提高旋挖鉆施工成孔率和成樁質(zhì)量。

5.結(jié)論

本文結(jié)合云南省東川港一期建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際情況，針對(duì)大面積流沙層及高回填區(qū)域施工條件下的樁基施工，選用科學(xué)合理的鉆孔設(shè)備、施工工藝和質(zhì)量控制措施，加強(qiáng)施工前技術(shù)管理和交底及施工過程中的質(zhì)量跟蹤監(jiān)管，能夠有效克服流沙層和高回填區(qū)域旋挖成孔灌注樁施工過程中的各種問題，保證了旋挖成孔灌注樁施工的質(zhì)量和效率，為后續(xù)的工程建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。