復(fù)合地基加固軟基工程中的長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)

林建宇

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

1 工程概況

在建的北京路工程項目位于廣東省茂名市，線路總長4.655km，呈東西走向，并與多條既有線路相交，位置詳見圖1，地質(zhì)情況略為復(fù)雜。行車技術(shù)按雙向六車道結(jié)合非機動車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬42m，瀝青混凝土路面。由于項目施工地為復(fù)合型地基，在處理過程中根據(jù)實際情況選用長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)對軟基地段進行加固。

圖1 北京路工程位置展示圖

2 長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)概述

長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)的經(jīng)濟性和環(huán)保性較好，在公路建設(shè)項目中的適應(yīng)性、可實施性也強于普通的水下灌注技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。該施工技術(shù)在借助專業(yè)的鉆孔機械設(shè)備基礎(chǔ)上，輔以人工操作的方式開展灌樁作業(yè)，以達到加固軟基地段的效果。

在具體灌樁加固中，施工人員首先利用中型機械設(shè)備將混凝土從長螺旋的鉆頭最底部壓出，其次按照邊壓灌邊提升鉆頭直到成樁的過程依次展開，最后借助專業(yè)的振動裝置在成形的樁體內(nèi)以連續(xù)的方式放置鋼筋籠，以此完成長螺旋鉆孔壓灌樁操作的整個施工過程，達到提高樁體承載力和加固地基的雙重效果。

3 長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)分析

本項目受復(fù)合型地基因素的影響，技術(shù)人員通過實際考察后，決定用高黏性強度的CFG 樁（Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石樁）對軟基地段展開加固處理，布置形式按間距150cm、樁徑50cm 的正三角形設(shè)立，加之該施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況略復(fù)雜和成孔質(zhì)量高等特點，具體作業(yè)中借助長螺旋鉆機設(shè)備完成灌樁的實際操作。

3.1 準(zhǔn)備工作

為更好地發(fā)揮長螺旋鉆孔壓灌樁技術(shù)以達到加固地基的效果，在具體操作前技術(shù)人員需做好以下施工準(zhǔn)備工作，便于后期工序的順利展開：

（1）關(guān)于CFG 樁：設(shè)置臨時便道用以施工，并在兩側(cè)布置好操控CFG 樁涉及的水電工作。在測量結(jié)束后，取適當(dāng)位置設(shè)立平面和高程控制點用以測量，并擬定范圍；其次，在樁體設(shè)立的外圍借助排水設(shè)備設(shè)置專門的排水溝，根據(jù)實際的布樁情況繪制樁位設(shè)置圖，便于完工時的檢測。此次作業(yè)中，為達到更好的加固效果，CFG 樁的拌和原料強度等級特定為C20混凝土，并在使用前通過專業(yè)的試驗分析其配比，以確保所用原料的參數(shù)和配合比在規(guī)定范圍之內(nèi)。具體配合比參數(shù)可參照水泥︰混合料︰砂︰碎石︰外加劑︰水=1︰0.50︰2.80︰4.30︰0.02︰0.81。

（2）場地整平與布置：機械設(shè)備進場前，借助人工操作將場地內(nèi)的雜物及坑洼路面處理完畢，確保場地內(nèi)干凈整潔無積水，隨后利用填筑和壓實技術(shù)，將施工地面的設(shè)計樁頂標(biāo)高提升至50cm上下，并檢驗路面的壓實程度是否合格。最后參照布置圖，將樁體準(zhǔn)確無誤地放置于樁位上，并借助化學(xué)劑（如滑石粉）進行標(biāo)注，最后結(jié)合長度約30cm的鋼筋在樁位處扎孔做標(biāo)記，便于水準(zhǔn)點的形成，為后續(xù)的檢驗工作提供便利[1]。

（3）機械設(shè)備配置：檢查施工中所用設(shè)備運行的基礎(chǔ)情況，保證其在施工場地內(nèi)行駛暢通。在本次的CFG樁試驗中，施工人員所用機械設(shè)備包括長螺旋鉆桿鉆機、小型挖機和自卸汽車等。其中，在樁頭鑿除操作中還用到了切割機。

3.2 測量放樣及樁點確認

在整個長螺旋鉆孔壓灌樁操作前，技術(shù)人員需要對選用的CFG 樁展開科學(xué)配比試驗，對其混合而成的原料及性能的強度進行數(shù)據(jù)分析，以便成樁后合理控制坍落度，實現(xiàn)成樁穩(wěn)定性和軟基加固的效果。

測量放樣及樁點確認是長螺旋鉆孔壓灌樁工藝中的基礎(chǔ)作業(yè)，操作過程簡單且完成時間短。施工人員首先對場地的原始標(biāo)高位置進行找平測量，并在地面根據(jù)實際測量結(jié)果標(biāo)注樁號位置；其次是樁頂高程的測量和控制，此處測量需選擇在碎石墊層底部進行；最后對施工區(qū)域內(nèi)不同作業(yè)場地進行劃分并標(biāo)注，派專人管理。在樁位放點時，首要參照的是施工方案里的樁位平面布置圖，標(biāo)注時選用鋼釬在樁位部位以打孔填滿石灰的形式做好標(biāo)記。需要注意的是，每個樁位設(shè)置和標(biāo)注的偏差最好控制在0.5cm，縮短測量誤差，隨后檢查合格程度。

3.3 鉆機施工

3.3.1 就位

鉆機就位前需要檢驗測量和布置好的樁位點，鉆桿及鉆頭以90°方向?qū)?zhǔn)樁位中心位置，同時施工人員要確保鉆機與每根CFG 樁的垂直交叉度的偏差方位在小于1%以內(nèi)方可開鉆。

3.3.2 成孔

作為鉆機施工的第二工序，成孔操作時參照CFG樁垂直度偏差小于1%，樁位偏差小于60mm，坍落度小于25cm，鉆頭在混凝土內(nèi)埋深控制在0.2～0.4m，提鉆速度控制在2～3.5m/min，且保證混凝土的灌入量始終高出鉆頭0.2～0.4m，避免產(chǎn)生斷樁現(xiàn)象。整個鉆孔操作中，施工人員務(wù)必遵照隔排打的方式，杜絕竄孔現(xiàn)象，并采用先慢后快的鉆孔節(jié)奏由上至下依次鉆進，避免鉆桿因速度不均勻產(chǎn)生左右擺動及偏孔現(xiàn)象，遇不易打孔地段，需要放慢鉆進速度并及時檢查，減少機械設(shè)備損壞和樁孔偏移等現(xiàn)象[2]。當(dāng)鉆頭抵達設(shè)計樁長預(yù)定標(biāo)高時，施工人員需立即在鉆機動力頭的底面做相應(yīng)標(biāo)記，以此作為施工時控制鉆孔深度的依據(jù)。此外，鉆機在地基較軟及不平穩(wěn)地段使用時比平坦地段困難，基于此，需要操作人員及時上報實際情況，以便技術(shù)人員給出專業(yè)的處理措施，確保鉆機成孔作業(yè)順利進行，避免工期延誤。

3.3.3 混合料泵送

該項作業(yè)是在鉆機抵達設(shè)計標(biāo)高之后展開，泵送前還需將由水泥、石灰、水等不同化學(xué)劑組合而成的CFG樁運至現(xiàn)場，由此展開上料工序，以碎石或卵石為基礎(chǔ)，隨后添加水泥、粉煤灰和泵送劑，最后添加砂料，目的是為水泥、粉煤灰和泵送劑夾在砂、石之間以便穩(wěn)固，且每盤料的攪拌時間必須保證在1min以上，便于上料后化學(xué)劑的黏合。成樁作業(yè)中，技術(shù)人員同時借助機械裝備對泵送的混合料展開抽樣試塊檢查，確保其抗壓強度在相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)。最后的拔管階段也極為關(guān)鍵，鉆桿應(yīng)采用靜止提拔，施工中嚴格按工藝試驗確定并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的參數(shù)控制鉆桿提拔速度和混凝土泵的泵送量，并保證連續(xù)提拔，鉆孔速度宜控制在200cm/min，成樁的提拔速度控制在200～300cm/min以內(nèi)，成樁過程應(yīng)連續(xù)進行。施工中保證排氣閥正常工作，每工班應(yīng)經(jīng)常檢查以防止排氣閥被水泥漿堵塞。灌注成樁完成后，用水泥袋蓋好樁頭進行保護。此外，施工樁頂高程高出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于500cm。

3.3.4 移機和樁底處理

待一個成孔作業(yè)結(jié)束后，首先完成長螺旋鉆機移機工作，方可展開下一個孔位鉆進。施工中由于設(shè)置的CFG 樁排土現(xiàn)象較多，直接影響了下一個成孔作業(yè)。鑒于此，在上一個成孔作業(yè)結(jié)束后，對下一根樁鉆進時要根據(jù)軸線或周圍樁的位置復(fù)核鉆進樁位，以確保樁位不偏移。樁頂處理時，CFG樁施工需達到地面深度的0.3m，且當(dāng)CFG 樁體達到一定設(shè)計強度后用膠輪挖掘機將樁間土挖至地面下0.5m，并人工清除質(zhì)量較差的0.5m 樁頂端，然后展開澆筑作業(yè)，最后用碎石墊層展開鋪筑施工，依次完成鉆機的整體工作。

3.4 質(zhì)量檢測及墊層作業(yè)

技術(shù)人員可通過專業(yè)的室內(nèi)試驗，對CFG 樁身的完整性、均勻性以及樁身強度和單樁或軟基承載力等進行檢驗。檢驗方法如下所述：

（1）檢驗時間：成樁7d內(nèi)和成樁28d進行。

（2）檢驗數(shù)量：3 根以上，具體為施工總樁數(shù)的10%。

（3）檢驗形式：低應(yīng)變形式及單樁復(fù)合地基荷載試驗形式。

（4）檢驗內(nèi)容：樁體完整性、抗壓強度、均勻性、地基承載力。

（5）檢驗參照數(shù)值：樁體混合料試塊尺寸保持為邊長160mm的立方體，養(yǎng)護條件控制在28d內(nèi)，抗壓強度平均值大于16MPa。

隨后的墊層作業(yè)在復(fù)合地基質(zhì)量檢測合格后方可展開。根據(jù)項目的實際情況，所用墊層材料為厚度大于0.6m的小碎石，墊層中間位置可鋪設(shè)雙向土工格柵，在墊層處于8%的應(yīng)變情況下，雙向抗壓強度大于90kN/m以上，且最后的壓實標(biāo)準(zhǔn)要與之前的基床底層一致。

4 長螺旋鉆孔壓灌樁施工中常見問題分析及解決措施

4.1 堵管

導(dǎo)致該現(xiàn)象產(chǎn)生的最直接原因為：①灌注所用的混凝土配比程度不合格或出現(xiàn)較大的偏差值；②攪拌期間的質(zhì)量缺陷問題，由于在冬季施工，天氣寒冷也會導(dǎo)致混凝土灌注工作難度增加，不利于施工；③設(shè)備準(zhǔn)備不充分帶來的一系列操作難題，也是造成堵管的原因之一。

由此，可借鑒以下措施解決：拌和混凝土材料時要嚴格按照試驗得出的配合比進行配料，并將允許偏差值控制在規(guī)定范圍內(nèi)。同時，遵守混凝土拌和工序，杜絕偷工省料行為，并嚴格控制拌和時間，保證拌和用料性能最佳；混合料的輸送工作要在鉆孔結(jié)束后展開，且隨時觀察管內(nèi)空氣的排出情況，并將鉆桿內(nèi)管和輸送軟硬管里的混合料以連續(xù)的方式提出，如果提鉆時間較長，會出現(xiàn)在泵送壓力下鉆頭處的水泥漿液被擠出現(xiàn)象，由此造成堵管；受天氣影響，冬季施工要控制好混凝土的入模溫度，特殊時也可采取專業(yè)的保溫措施，以確保灌注工作正常進行，同時對所用機械設(shè)備展開定期檢查和保養(yǎng)，確保設(shè)備正常運行和狀態(tài)良好[3]。

4.2 樁端不飽滿

產(chǎn)生原因：在施工中采取先提鉆后泵料的方式可直接導(dǎo)致閥門打開，由此造成樁端不飽滿，進而造成鉆頭上的土掉入樁孔或地下水浸入樁孔，直接影響CFG樁的底部承載力。為解決和杜絕此類問題的發(fā)生，需要技術(shù)人員在整體作業(yè)中密切配合，并及時溝通，確保整套鉆進工序的準(zhǔn)確及用料一致，杜絕因人工失誤而造成事故。

4.3 串孔

出現(xiàn)原因：由于本次施工現(xiàn)場的地基為復(fù)合型，因此在加固過程中鉆機接觸到的土層中會帶有松散飽和粉土及粉細砂；其次是鉆桿鉆進過程中，鉆機的葉片剪切作用會對土體產(chǎn)生擾動，因此導(dǎo)致串孔現(xiàn)象；此外，地基的土體受鉆機剪切擾動時會存在一定能量積累，時間久了會出現(xiàn)土體液化的現(xiàn)象，由此出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。

對此的解決措施為：根據(jù)實際施工情況控制鉆頭的鉆進速度，并合理提升鉆進速度，根據(jù)最初的設(shè)計方案利用隔樁和隔排跳打的方式展開鉆進作業(yè)，并以樁距較大的設(shè)計方案為實施依據(jù)，避免打樁時發(fā)生剪切擾動現(xiàn)象，盡量減少竄孔區(qū)域內(nèi)的打樁推進數(shù)量，避免因打樁擾動能量的積累。

4.4 樁體強度不均勻

出現(xiàn)原因：樁機卷揚系統(tǒng)提升沉管線速度太快時，為控制平均速度現(xiàn)場施工人員提升一段距離、停下留振一段時間以及非留振時，速度太快也會導(dǎo)致縮頸斷樁現(xiàn)象的產(chǎn)生。且在成樁后有時會出現(xiàn)樁端和樁體部位的水泥含量較少情況，由此發(fā)生浮漿過多或混合料產(chǎn)生離析現(xiàn)象，最終導(dǎo)致樁體強度不均勻。同時，該現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是提升沉管線速度太慢及留振時間過長。

在解決措施方面，可根據(jù)相關(guān)參數(shù)對其展開控制，即拔管速度掌握在1.2～1.4m/min，同時保持速度均勻一致，其次是對留振時間的掌控程度，以相關(guān)規(guī)范要求為參照標(biāo)準(zhǔn)進行。

4.5 樁頭空芯

出現(xiàn)原因：致使該項問題產(chǎn)生的直接原因是操作過程中排氣閥不能正常運行，因為鉆機在鉆進打孔時與地面和地下會產(chǎn)生直接的接觸，由此在管內(nèi)會存在大量空氣，這非常不利于泵送混合料的進入，且導(dǎo)致樁體存氣現(xiàn)象，由此形成空芯，不利于后續(xù)作業(yè)的順利展開。

對此的解決辦法為：施工人員要時常檢查和掌握排氣閥的工作情況，確保其正確、穩(wěn)定運行，發(fā)現(xiàn)有淤堵現(xiàn)象要立即展開清理工作，防止后續(xù)鉆進工作的不順利和空芯后果的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

在公路項目建設(shè)中，長螺旋鉆孔壓灌樁非常適合復(fù)合地基的加固處理，并兼具經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，未來發(fā)展方向和前景頗為廣闊。通過本工程的實踐可知，長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝操作簡單且噪聲低，成孔速度快且質(zhì)量優(yōu)良，建議大力推廣和應(yīng)用。