濕陷性黃土地區機械洛陽鏟成孔施工技術

任旭東

(甘肅建筑職業技術學院，甘肅蘭州 730050)

1 工程概況及工程特點

1.1 工程背景

蘭州市七里河區某工程(見圖1)，建筑面積27 766 m2，框架剪力墻結構，地上28層、地下1層。其中基礎采用群樁筏板基礎，共計150根直徑900 mm的混凝土灌注樁，平均樁深達27 m，混凝土強度等級為C30。

圖1 施工現場

1.2 工程地質概況

雜填土:層厚0.6 m～3.5 m，黃褐色，土質不均勻，以粉土為主，含有少量的建筑垃圾及卵石顆粒等，稍濕稍密。黃土狀粉土:層厚18.4 m～25.9 m，黃褐色，土質較均勻，孔隙蟲孔發育，含白色鈣質條紋，見垂直裂隙。無光澤，干強度低。韌性低，稍濕稍密，承載力特征值200 kPa。卵石層:埋深22.2 m ～27.10 m，厚度5.2 m～22.80 m。成分以石英巖，花崗巖，變質巖為主，磨圓度較好，呈亞圓形。表層0.8 m～1.3 m，粒徑以3 cm～10 cm為主，含漂石，其下粒徑以2 cm～6 cm為主(此層為本工程多層建筑物持力層)，承載力特征值500 kPa。黃土狀粉土層:埋深33.1 m～34.5 m。該層土質較均勻，偶含小顆粒卵石，承載力特征值300 kPa。卵石層:埋深37.7 m ～49.1 m，厚度 4.2 m ～5.9 m，承載力特征值600 kPa(高層樁端持力層，樁端進入卵石層不小于1 m)。

基礎埋深范圍內無地下水。

1.3 施工方案的選擇

本工程基礎埋深范圍內大部分土為較厚的黃土狀粉土豎向節理，其直立性較好，且無地下水。人工成孔灌注樁能適應復雜的地質結構，且機具設備簡單，施工操作方便，占用場地小，無泥漿排出，對周圍環境及建筑物影響小，施工質量可靠，可全面展開施工，而且工期短，造價低［1］。但由于本工程特殊地質情況，卵石層(持力層)埋置較深，樁基礎要伸入卵石層，井樁開挖深度要達到近30 m，考慮到人工成孔施工效率低、施工人員勞動強度大，且施工環境及安全性差，安全生產難以保證，故采用機械洛陽鏟成孔施工工藝。

2 洛陽鏟

2.1 傳統洛陽鏟

洛陽鏟，又名探鏟，為半圓柱形的鐵鏟，一端有柄，有可接長的白蠟桿。使用時垂直向下戳擊地面，可深逾20 m，利用半圓柱形的鏟可以將地下的泥土帶出，直接獲取相應深度土質樣本，并逐漸挖出一個直徑十幾厘米的深井。廣泛應用于考古發掘、地質勘探等方面。

2.2 機械洛陽鏟

機械洛陽鏟是手動洛陽鏟的電動化、機械化設備。機械洛陽鏟由電機、變速箱、卷揚機、鏟具、護筒、三角架、機架、重錘、沖錘等構成［2］(如圖2所示)。其中，鏟頭的制作比較特殊，呈圓柱體，上半部為配重，下半部由左右兩片合圍成圓筒形鏟刃組成，其間由彈簧裝置相連(見圖2a))。機械洛陽鏟一般由2人操作，即1人操縱卷揚機，1人推小翻斗車運土。鏟頭直徑一般分30 cm～40 cm，40 cm ～50 cm，50 cm ～60 cm，70 cm ～80 cm，90 cm ～100 cm，100 cm～120 cm共6種，也可根據需要特制。本工程選用90 cm的鏟頭。

圖2 機械洛陽鏟

機械洛陽鏟根據不同的地下情況可分為土層型機械洛陽鏟和巖石型機械洛陽鏟，土層型洛陽鏟使用方便、快捷，造價低，效率高。但是存在的缺點是只能應付地下大多是土層的情況，碎小的石頭，磚瓦等能正常使用，但遭遇地下巖石層時是不能使用的。而巖石型洛陽鏟則專門應用于地下有大量巖層的土層，可以打出口徑30 cm～180 cm，深度約8 m～20 m的大口徑深洞。根據本工程特點可采用土層型機械洛陽鏟。

3 機械洛陽鏟施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝操作流程［3］

機械洛陽鏟成孔樁施工工藝流程為:準備工作→放線定位→設備就位→測量控制→洛陽鏟成孔至設計標高→人工擴底→樁底驗收→安放鋼筋籠→澆筑井樁混凝土→養護→檢驗。其中機械洛陽鏟的作業是通過卷揚機控制鏟刃微微張開，利用鏟頭自重下落切土并取土(見圖2b))，再由中間軸往上提起，鏟口自動合緊將土體抱緊。當提升到距井口約1 m時開合卷揚機離合器，使鏟刃隨之開合即可將土卸落到手推車或翻斗車等機具上將土運走(如圖2c)所示)。

3.2 施工工藝操作要點

1)施工準備:在場地平整后，根據井樁施工布點圖測定樁位軸線控制網和地面高程，根據樁位進行孔口定位，并撒白灰標記。2)設備就位:設備移動，使自由懸吊的鏟具中心對準樁孔中心，鏟頭垂直對準樁位，可開孔挖土施工。3)挖土成孔:孔口定位檢查合格后開始操作機械洛陽鏟，利用卷揚機提升洛陽鏟，鏟頭自重下落切土，閉合抓土，至地面卸土，依次循環成孔。4)人工擴底:樁端擴大頭部分及清孔工作必須由人工操作完成，先挖樁身圓柱體，再按擴底尺寸從上到下削土修成擴底形。擴底直徑一般為1.5d～3.0d;鍋底中心比四周低150 mm～500 mm。5)樁底驗收:成孔到設計深度后，應經過聯合驗孔(主要檢查孔徑、樁孔垂直度和孔底高程)，驗收合格后方可進行鋼筋及混凝土成樁施工。6)設備轉移:成樁結束后可移動設備到下一根樁繼續施工。

3.3 樁端頭質量控制、驗收與安全技術措施

3.3.1 質量控制［4］

1)樁位測量控制。土中釘入長鋼筋，并保證其不發生碰撞位移;另外，做好備用基準點、十字控制線等措施控制樁的中心線。

2)挖孔時垂直度偏差控制。固定好三腳架、及時鏟除鏟頭內的余土、采取防止鋼絲繩和鏟頭晃動的措施。

3.3.2 樁端驗收

樁端驗收的主要內容包括:1)樁端進入持力層，且不小于設計深度;2)擴大頭的尺寸檢查是否滿足設計要求;3)樁徑垂直度等是否符合規范要求。

3.3.3 主要安全技術要求

1)施工人員須經過安全培訓，合格后上崗。嚴格執行工地安全規定。建立安全保證體系，配備安全員，由安全員負責工地的安全檢查和監督。2)機架的安裝和拆除應按操作規程進行，在安拆過程中或移機時必須有專人指揮，在作業區6 m內，禁止閑人靠近。3)所有施工機械和電氣設備，不得帶病運轉和超負荷作業，電機設備檢修時，要先切斷電源，嚴禁帶電作業。4)采用機械洛陽鏟成孔至設計深度后進行人工擴底施工，在作業人員進入樁孔時需要對樁孔井壁進行檢查，看是否有土體裂縫等不安全隱患。5)在擴大頭部分施工時，樁孔內作業人員必須戴安全帽，系掛安全繩，孔內設應急軟爬梯，供人員上下使用的吊籠安全可靠，不得使用麻繩和尼龍繩掉掛，并應向井下通風，加強空氣對流，必要時輸送氧氣，防止有毒氣體的危害，還應在井下設100 W防水帶罩燈泡照明。操作時上下人員輪換作業，樁孔上人員密切觀察樁孔下人員的情況，互相呼應，切實預防安全事故的發生。6)孔口四周必須設置安全防護設施，以防止孔口雜物掉入砸傷人員。7)根據土質情況，人員在孔底擴孔時，孔壁隔一定距離加設鋼護筒，以防孔壁塌方。

4 機械洛陽鏟成孔技術特點

1)機械洛陽鏟工作時間短，操作簡便、易學，設備易維護，其工作效率可達到人工挖孔作業的約15倍。

2)采用機械洛陽鏟成孔較人工直接挖孔取土及垂直運土作業避免了塌方等安全隱患風險，保證了施工作業人員的安全。

3)采用機械洛陽鏟成孔較鉆機成孔節約施工成本，且不受地形條件限制，方便了施工，同時也避免了環境污染。

4)井樁的擴大頭部分挖土和清孔工作仍需要人工輔助完成。通過人工擴底施工，樁端擴大頭提高了鋼筋混凝土灌注樁的承載力，使建筑基礎地基處理設計優化，降低工程成本，經濟效益顯著。

5)機械洛陽鏟具有輕便靈活、搬運方便、拆裝快捷的特點，而且由于它造價低，運輸成本少，因此，即使是在工程量不大的小型工程中，亦可投入多臺機械洛陽鏟同時進行施工，從而大大縮短工期。

6)機械洛陽鏟成孔工藝對場地工程地質條件要求較高，它不容易穿透硬土層，不能穿透厚砂層。另外，由于機械洛陽鏟成孔不能采取壓灌成樁工藝，因此它只適用于地下水位以上的成孔施工。如果場地存在軟弱、易塌地層，則干成孔作業可能會引發縮徑、坍孔事故，因此也不適宜用機械洛陽鏟成孔工藝［5］。

7)機械洛陽鏟不適于在有地下水影響或極易產生流砂的井樁工程中采用。

5 結語

機械洛陽鏟樁基礎成孔工藝具有設備簡單、成孔速度快、施工成本低、對現場條件要求低等特點，特別適用于無地下水粘性土、黃土、粉土及無礫石的人工回填地基［6］。從本工程機械洛陽鏟施工的結果來看，均取得了良好效果，達到了預期目標，為在濕陷性黃土地區推廣機械洛陽鏟施工積累了成功經驗。

［1］左桂四，彭海明，陳 安，等.洛陽鏟灌注樁在住宅樓地基中的應用［J］.巖土工程界，2001，7(10):27-29.

［2］王笑敏.機械洛陽鏟成孔人工擴底鋼筋混凝土灌注樁施工技術［J］.科學之友，2008，7(4):43-46.

［3］王進軍，陳 燕，柳 偉.機械洛陽鏟成孔灌注碎石樁施工技術淺析［J］.河南水利與南水北調，2011，20(6):76-77.

［4］張若征.淺談混凝土灌注樁洛陽鏟成孔質量控制［J］.山西建筑，2011，37(17):204-205.

［5］吳裕年，陳武民.機械洛陽鏟在CFG樁成孔施工中的應用［J］.西部探礦工程，2011，12(15):7-11.

［6］段新燕.機械洛陽鏟干法成孔工藝探討［J］.科技傳播，2012，5(12):85-88.