在巖溶性地區采用風動潛孔錘鑿巖引孔施工技術

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 南寧 530001

0 引言

南寧市地處喀斯特地貌區域，地質條件復雜，存在著大量溶洞、溶溝、溶隙等不良地質情況。這種地質條件下的樁基施工，往往遇到樁底高程很難確定、施工質量難以保證等情況[1]。本文采用“CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）+褥墊層”的地基處理方式，通過長螺旋潛孔錘鑿巖引孔技術，在保證施工安全的前提下，使基礎施工達到設計和規范的要求。

1 工程概況

1.1 項目概況

某工程位于南寧市平樂大道東側，由2棟L形塔樓和裙樓組成，建筑面積128 735 m2，塔樓結構類型均為地下3層、地上23層的核心筒-框架結構，總高度為99.95 m。原設計基礎形式為單樁單柱，設計共布設工程樁213根，采用旋挖樁機澆筑成型。

1.2 地質條件

本工程整個場地土層分布大致可分為7層，依次為第四系素填土、殘積硬塑含碎石黏土、碎石、硬塑黏土、可塑黏土和泥盆系上統較破碎石灰巖及較完整石灰巖。場地覆蓋層主要為第四系人工填土、第四系殘積黏性土及碎石土，其最大厚度為51.90 m，下伏基巖為泥盆系上統扁豆狀石灰巖，巖層產狀較平緩。巖體上段巖溶較發育，巖體較破碎，下部巖體較完整，基巖面起伏變化大，場地地質條件復雜。

1.3 水文地質

本工程地下水主要為第四系覆蓋層中的上層滯水及深部扁豆狀灰巖中的巖溶裂隙水。其中上層滯水主要賦存于素填土①層及殘積含碎石黏土層上部，水量較小。巖溶裂隙水主要賦存于石灰巖的溶蝕裂隙及洞穴中，溶蝕裂隙水位、水量主要受巖溶貫通程度的影響，變化較大。

1.4 新基礎形式的確定

在實際施工過程中發現：

1）已施工的工程樁進行樁基靜載試驗時，靜載試驗的12#、13#樁試驗荷載加載到第七級時，樁頭已沒入土層，樁端下存在未探明的溶洞。

2）對裙樓及純地下室部分已施工的146根樁抽取15根樁進行鉆芯檢測，結果表明，15根樁均未進入較完整巖層，且有的樁底尚有較厚黏土層。

上述問題出現后，原有支護方案顯然存在較大安全隱患，因此立即組織專家對基礎重新選型進行分析論證。結合現場實際條件，最終確定采用“CFG樁+褥墊層”的方式進行地基處理，即基礎類型為筏板基礎，樁頂鋼筋與筏板采取柔性連接。

本工程最終共設計1 151根CFG樁，樁徑為600 mm，樁長為11.90～28.50 m。由于本工程填土層硬度較高、石灰巖分布相當不規則，且持力層為石灰巖，普通樁機難以有效地穿透，故需先進行樁位的鑿巖引孔，之后再利用長螺旋樁機進行混凝土澆筑，本工程共需要潛孔錘鑿巖引孔600根。

2 潛孔錘鑿巖引孔特點及施工難點

2.1 風動潛孔錘施工特點

風動潛孔錘施工的特點有：

1）潛孔錘根據其直徑的不同，其用途也有所不同：直徑小于500 mm的潛孔錘大多用于管樁引孔和錨碇樁工程；直徑大于500 mm的潛孔錘則直接用在鉆孔灌注樁嵌巖施工

中[2-5]。

2）潛孔錘鉆進是屬于慢回轉的一種鉆進方法。沖擊器所產生的能量可通過鉆頭破碎巖石，所以巖石要受沖擊和研磨雙重作用。

3）潛孔錘完成引孔后，應立即進行回填施工，然后再用長螺旋鉆機進行后續鉆孔。這樣能克服孔壁坍塌問題，保證樁身質量穩定、可靠。

2.2 風動潛孔錘引孔施工難點

本工程處于巖溶發育地區，由于巖體較破碎，基巖面起伏變化大，場地地質條件復雜，實際施工中將面臨著許多難題，主要表現在：

1）在廣西較少采用長螺旋潛孔錘鑿巖引孔技術，施工經驗欠缺。

2）本工程填土層硬度較高，持力層為石灰巖且石灰巖分布不規則，普通樁機難以有效穿透，如何有效地鉆進及澆筑混凝土是本次風動潛孔錘鑿巖需解決的問題。

3）通過前期的試鉆可知，長螺旋潛孔錘鑿巖的一次引孔成功率低，僅為55%，施工中經常出現斜孔和卡鉆等問題。

3 風動潛孔錘引孔施工工藝原理

以長螺旋多功能樁機作樁架，采用長螺旋動力頭作旋轉動力，在特制的鉆桿下懸掛風動式潛孔錘，潛孔錘沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，既能研磨破碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停地變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，風動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭，又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達到快速破碎巖石的作用。潛孔錘引孔后，仍然采用長螺旋樁機澆筑混凝土完成后續成樁[6-9]。

4 風動潛孔錘施工技術

4.1 施工流程

本工程潛孔錘鑿巖引孔施工的流程為：施工場地平整→施工機具進場安裝→樁基放線→樁機就位→長螺旋鉆孔→遇巖面換潛孔錘鉆頭樁機→潛孔錘鑿巖破碎至設計標高→驗收孔深并清孔→換長螺旋樁機進行澆筑混凝土→成樁完成。

4.2 施工要點

4.2.1 施工準備

編制CFG樁專項施工方案并對施工作業人員進行技術交底；根據本項目的實際情況對潛孔錘鉆頭進行選擇，本次采用平底型潛孔錘鉆頭，這是一種在破碎和裂隙性以及巖性多變的巖層中有良好鉆進效果的鉆頭，能大幅提高鉆進效率；2臺25型長螺旋潛孔錘引孔鉆機、長螺旋樁機等機械設備及工具進場就位，在允許的情況下，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，這樣可以減小鉆機自重和提升下降脈動壓力對孔的影響。

4.2.2 引孔

1）引孔開始時，首先啟動外置高風壓空壓機，在通過集氣管的高壓氣體帶動下，潛孔錘向下沖擊破碎巖石，同時樁機動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，并由風動潛孔錘的空氣將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，從而持續鉆進直至終孔。

2）鉆進多采用減壓鉆進，即孔底的鉆壓不超過鉆桿、錘頭、壓塊重力之和的80%（扣除浮力），以避免或減少斜孔、彎孔和擴孔現象。不同地層采用不同類型的鉆頭和鉆壓，土層采用普通旋挖鉆頭，進巖層或孤石層后采用鑿巖錘頭。

3）在不同的地層采用不同的鉆速，一般螺旋桿的轉數為12～16 r/min。當空壓機供氣時，以合適轉數轉動螺紋桿，從而開始鉆孔，當接觸到巖石時，潛孔錘開始工作；在水下鉆孔時，在供氣正常后逐漸將潛孔錘放下，當它接觸到巖石時，潛孔錘開始工作。這時回轉的螺旋鉆桿將碎石和泥土排出。

4）潛孔錘和它的螺旋桿停留在孔內時不能終止鉆孔，因為土的壓力會阻止它們轉動，從而可能使鉆機被粘留在所鉆的孔內（卡鉆）；在鉆孔時，不能將螺旋桿反轉，因為驅動體和頂端體的螺紋連接可能被松開，這會使得鉆具和潛孔錘掉落在孔內。

5）按鉆孔深度要求，螺旋鉆桿可通過連接加長桿來加長鉆孔深度，但用加長桿來接長的螺旋鉆桿，不準超越樁架底盤的最大負荷；當潛孔錘浸入水內時，不能將加長桿連接到螺旋鉆桿上，如果此時分離螺旋鉆桿，水和其他東西會倒流，若要分離螺旋鉆桿，應先將潛孔錘提離地面，從螺旋鉆桿上清除泥沙和雜物，釋放孔內的殘余壓力，并安裝定位圈，然后再將加長桿連接到螺旋鉆桿上。

4.2.3 終孔

1）鉆孔引孔進至設計要求的深度后，經現場工程師鑒定后確認終孔深度，確認鉆孔達到深度后終孔，進行一次清孔，清孔時將鉆頭提離孔底10～20 cm空轉，清孔后孔底沉渣厚度小于5 cm。

2）潛孔錘引孔后，仍然采用長螺旋工法完成后續成樁。成孔深度經現場工程師鑒定后確認終孔深度，確認鉆孔達到深度后終孔。

3）施工隊進行潛孔錘引孔完畢后立即進行回填施工，采用小勾機回填，回填土就近采用引孔時鉆機排出的渣土。

4.2.4 成孔澆筑

1）鉆孔機就位時應校正，要求保持平整、穩固，使在鉆進時不發生傾斜或移動。在鉆架上應有控制深度的標尺，以便在施工中進行觀測、記錄。

2）鉆孔時，先調直樁架挺桿，對好樁位；啟動鉆機鉆進0.50～1.00 m，檢查一切正常后，再繼續鉆進，土塊隨螺旋葉片上升排出孔口，達到設計深度后停鉆，然后邊提鉆邊泵壓C25混凝土，直至成樁。

3）鉆進過程中，排出孔口的土應隨時清除運走，鉆到預定深度后，應在原深度處空轉清土，盡量使孔底干凈，無殘渣、余土，然后提鉆泵壓混凝土。

4）提鉆泵壓混凝土時應慢速進行，一般控制在2.00～3.00 m/min，過快易造成坍孔或頸縮。

5）澆筑的混凝土按批次留置試塊，用于成樁后對混凝土強度等級進行檢驗。

4.2.5 施工中應注意的問題

1）采用的長螺旋鉆機應與空壓機型號相匹配，并根據現場實際在功率選擇上做相應調整。

2）鉆機就位前對樁位進行復核，控制鉆桿垂直度，確保水平和傾斜偏差不超過規范允許范圍。

3）在潛孔錘鉆頭工作時，應根據巖層的硬度及時調整潛孔錘鉆進速度，轉速太快將使鉆頭外圍的刃齒較快磨損和碎裂；轉速太慢，則將使柱齒沖擊時與已有沖擊破碎點（凹坑）重復，導致鉆速下降。一般情況下，巖石越硬或鉆頭直徑越大，越要求用較低的鉆速[10-13]。

4）澆筑混凝土前對每車混凝土進行坍落度檢測，根據混凝土泵排量及樁徑確定泵壓一次鉆桿的提升量；勻速提鉆，確保鉆頭刃尖始終在混凝土內，防止斷樁，成樁后檢查樁頂標高和成樁質量。

5）成樁后做好樁頭成品保護，達到規范齡期后及時做好樁基完整性和承載力檢測試驗。

5 檢測結果

按規范《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2002）及參考文獻[5]的要求，對本工程1 151根CFG樁的復合地基進行檢測，共選取12根樁進行復合地基載荷試驗及116根樁進行低應變檢測，選取的試驗點在平面上分布均勻、合理。經檢測，本工程的CFG樁復合地基完全合格，滿足設計及規范的要求。

6 結語

對工程實際現場條件進行分析比較，采用了“CFG樁+褥墊層”的地基處理方式。通過大直徑風動潛孔錘引孔技術，成功解決了復雜巖溶性地質條件下普通樁機難以有效穿透巖層施工的問題。該施工技術應用于CFG樁引孔沉樁工程中，既滿足設計和施工要求，又縮短了工期，減小對環境的影響，保證了工程質量。