全套管長螺旋鉆孔壓灌樁在巖溶地區的應用

潘偉峰，李 杰

（1.大榮建設集團有限公司，浙江 寧波 315192；2.浙江鴻晨建設有限公司，浙江 寧波 315040）

當工程地質為軟硬土層交替且巖溶蓋板基巖埋深不深及地下水豐富時，采用剛性樁（摩擦型樁）復合地基且剛性樁樁端持力層取風化基巖的應用技術是合理的[1]。這種地質條件下，適用沖擊鉆孔樁機或長螺旋鉆孔樁機施工，長螺旋鉆孔樁機穿越硬土層（中密以上的砂土、礫砂、礫石層）及嵌入風化基巖的能力更強，而地下水豐富的巖溶地區需全套管護壁，但傳統全套管式長螺旋樁機的全套管在沉入時依靠下動力頭旋轉式下沉，旋進硬土層及強風化基巖的能力弱，在拔出全套管時需采用大型起重機配合振動錘方能作業，配套機械多而大。下面通過工程實例說明創新型全套管長螺旋壓灌剛性樁復合地基在巖溶地區的應用技術。

1 工程概況

1.1 工程地質概況

浙江省江山市某工程地質概況如表1所示。

1.2 地下水與溶洞概況

地下水分為孔隙潛水和基巖巖溶水。孔隙潛水主要賦存于⑤卵石層，其賦水、透水性能良好，水量豐富，滲透系數為5.6×10-3cm/s，補給水源為大氣降水和側向江山河補給；基巖巖溶水埋深深，分布于深部溶洞、溶蝕裂隙中，水量不均勻。

工程地質鉆孔勘探結果為50%樁位下有溶洞，溶洞中均有軟塑狀態粘土充填。

1.3 剛性樁復合地基概況

該工程為地下室一層，筏板式承臺厚1.2m，地上為數幢高層建筑，剛性樁為?600雙向@2500素混凝土樁，采用全套管振動式長螺旋鉆孔壓灌樁，混凝土強度等級C25，樁端持力層為⑨層石灰巖，屬于端承摩擦樁。樁頂與筏板承臺底混凝土墊層之間鋪設300mm厚中粗砂的褥墊層。

2 樁機構造

2.1 振動錘液壓鉗

將傳統的全套管式長螺旋樁機的下動力頭改為振動錘液壓鉗，該裝置的上部振動錘與下部液壓鉗利用螺栓連接為整體。液壓鉗包括底部的固定鉗板與活動鉗板，均裝于殼體中；液壓鉗上部為液壓千斤頂，用鉸鏈固定于殼體中；液壓鉗中部的傳動豎板上端依靠活動鉸鏈與千斤頂的活塞連接，傳動豎板下端依靠活動鉸鏈與活動鉗板連接，傳動豎板依靠鉸鏈固定于殼體；殼體外側有豎向加強肋板。振動錘中雙電動機的功率應足夠大，振動錘中央的短豎管連接振動臺底座與振動臺頂橫梁，且插入長螺旋鉆桿可自由下鉆與提拔。整個裝置依附于主桅桿的導軌上。振動錘液壓鉗見圖1。

表1 巖土層主要物理力學性能指標

圖1 振動錘液壓鉗與全套管立面示意圖

圖2 門架式鉆頭

2.2 鉆頭

如圖2所示，長螺旋鉆桿底端改進為門架式鉆頭，鉆桿和鉆頭采用內六方接頭。鉆頭中央底端裝有活門，活門一側設有壓縮空氣出氣管，此管頂通鉆桿環形內腔；鉆頭的門架右豎板與左豎板焊接于螺旋葉片，門架左右豎板底分別焊有門架中條板和側條板，門架形成 “倒π”形。門架凈空即活門至門架中條板的豎向距離能使活門自由開啟。門架中條板與側條板底各焊有中牙輪鉆尖及左右牙輪鉆尖；其中中牙輪鉆尖比左右牙輪鉆尖要低，除中央兩個牙輪尖垂直外，其余各牙輪尖均為傾斜式裝置。鉆進過程中鉆頭底比全套管底要低約0.5m。

2.3 機頂架

機頂架安裝于鉆機主桅桿頂，機頂架包括頂中梁、頂前梁、頂橫梁及連系梁，平面呈飛機形。頂前梁后端連接于頂橫梁，頂前梁前端裝有第一滑輪組，鋼絲繩通過它牽引動力頭及長螺旋鉆桿。頂橫梁左右端裝有第二滑輪組，鋼絲繩通過它牽引振動錘液壓鉗。第三滑輪組用于牽引插筋器（素混凝土樁不用）。機頂架見圖3。

圖3 機頂架平面示意圖

3 工藝特點

1）適用性強且施工效率高 依靠振動錘液壓鉗振動式下沉全套管鉆頭尖有高壓空氣吹掉糊鉆的粘土，故比傳統的動力頭驅動旋削式下沉穿入硬土層或風化基巖的速度快，液壓鉗連接及脫卸全套管方便，施工效率高。長螺旋鉆頭低于全套管先行鉆入，全套管基本同步跟下，可防止基巖面傾斜時鉆偏，或砂粉土及卵石層坍孔。

2）樁基質量好 全套管護壁不但可防止孔壁坍塌而導致的沉渣多，而且在樁身泵送澆筑混凝土后，振動式起拔全套管，不會引起樁身混凝土裂縫。采用門架式鉆頭，可以實現先泵送壓灌混凝土自動打開活門，壓灌混凝土30s后再旋轉式提拔鉆桿[4]，保證了壓灌混凝土的連續性[3]。有全套管護壁保護，地下水不會沖散樁身混凝土的水泥漿。

3）經濟效益好 1臺全套管振動式長螺旋鉆孔壓灌樁機可在風化基巖為樁端持力層的情況下每天施工4～6根；無需大型吊機配套施工，具有較好的經濟效益。

4 施工工藝流程

施工準備→測量放線→振動錘液壓鉗夾持全套管→樁機就位對準樁位→長螺旋鉆桿在動力頭驅動下旋削式沉鉆→全套管在振動錘液壓鉗作用下同步下沉→鉆孔土體順著螺旋葉片出土→鉆進至風化基巖→振動錘液壓鉗脫離全套管→泵送壓灌混凝土→一邊提拔長螺旋鉆桿一邊繼續壓灌混凝土→振動錘液壓鉗重新夾持全套管振動式拔出→成樁養護。

5 操作要點

5.1 長螺旋鉆桿和全套管同步下沉

1）長螺旋鉆桿在動力頭驅動下旋轉式下沉，全套管在振動錘液壓鉗（鉗緊全套管的耳板）作用下同步下沉，全套管起到護壁作用。

2）開始鉆進時應控制低速緩慢進尺，長螺旋鉆桿鉆頭始終比全套管底端要低不小于0.5m，土體順著長螺旋鉆桿周邊的螺旋葉片擠壓式涌出至地面，涌出的土體及時運出場地。

3）通過試樁合理選擇和調整鉆進的工藝參數，遇硬土層時（本工程為⑤含砂卵石層）采用高轉速小進尺恒鉆壓鉆進。

5.2 嵌巖施工

1）當長螺旋鉆頭和全套管底端的加強箍刃腳觸至風化基巖（本工程為⑨石灰巖）時，鉆進顯著放慢，此時全套管進入風化基巖一定深度有利于防止長螺旋鉆頭在傾斜巖面上打滑（圖4）。

2）啟動長螺旋鉆桿加壓系統繼續鉆進至風化基巖達到設計要求，嵌巖鉆進中控制每一轉進尺10mm左右。

3）鉆孔至孔底設計標高后，繼續空轉（不進尺）清孔約30s，有利于孔底巖土碎屑被旋轉的鉆桿帶出，并進行終孔驗收。

圖4 長螺旋鉆桿及全套管鉆入到位

5.3 泵送混凝土并同步提拔鉆桿

泵送混凝土前松開液壓鉗，使其脫離全套管，隨之往長螺旋鉆桿內芯管中連續式泵入混凝土，鉆頭尖的活門在泵壓下打開，泵壓混凝土約30s后提拔鉆桿，提拔速度應緩慢，保證鉆頭始終埋在混凝土面以下不小于1m，最終泵壓混凝土至超灌1d高度。

5.4 振動式拔出全套管

壓灌混凝土完畢，樁機重新對準全套管處，將振動錘液壓鉗對準全套管的耳板液壓夾緊，然后啟動振動錘，全套管在振動錘的振動作用下緩慢拔出，樁機移位至下一樁位。

5.5 鋪設褥墊層

單位工程的素混凝土剛性樁完成后，鑿除超灌的高度，鋪設厚度為300mm的中粗砂褥墊層，褥墊層應采用羊角碾等靜力壓實機械壓實，壓實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值不應大于0.9。

6 結 語

巖溶地區的地質勘探孔數量應足夠，以探明溶洞的分布情況以及溶洞蓋板的厚度。施工的全套管振動式長螺旋樁機的動力頭和振動錘功率應足夠大，以達到設計的嵌巖深度。振動錘液壓鉗振動式拔出全套管應緩慢。本工程采用剛性樁復合地基平板載荷試驗和單樁靜載荷試驗全部達到設計要求，采用低應變動力試驗檢測素混凝土樁身完整性全部合格。實踐證明只要精心勘探、設計、施工，在巖溶地區應用全套管振動式長螺旋鉆孔壓灌樁作剛性樁的復合地基是成功的。

[參考文獻]

[1]GB/T 50783-2012，復合地基技術規范[S].

[2]劉子金.創新發展機械化施工促進施工技術進步[J].建筑機械化，2016，（10）：13-17.

[3]GB 51004-2015，建筑地基基礎工程施工規范[S].

[4]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].