軟土地區大直徑灌注樁新型施工技術

劉 濤

上海智平基礎工程有限公司 上海 200072

在城市飛速發展的今天，工程建設突飛猛進，高層建筑如雨后春筍般迅速發展，促進了建筑學技術的進步和施工技術、施工機械和建筑材料的更新與發展[1-3]。為了保證建筑物的穩定性，建筑基礎都必須滿足地下埋深嵌固的要求。建筑高度越高，其埋置深度也就越深，對基坑工程的要求也越來越高。

深基坑支護不僅要求確保邊坡的穩定，滿足變形控制要求，保證基坑內正常作業安全，而且要防止基坑及坑外土體移動，保證基坑附近建筑物、道路、管線的正常運行。尤其是在鬧市區，場地十分狹窄，無法放坡，采用大直徑灌注樁作為擋土支護技術在深基坑開挖工程中被廣泛應用，且社會效益和經濟效益十分可觀。

1 工程概況

背景工程位于上海市楊浦區，東至蘭州路、西至丹東路、南至安浦路、北至楊樹浦路?；硬捎庙樧鞣ㄊ┕ぃ瑖o體采用φ700～φ1 300 mm鉆孔灌注樁結合水泥土攪拌樁（墻）止水帷幕，Ⅰ區基坑內設置3道鋼筋混凝土支撐；Ⅱ區基坑內設置1道鋼筋混凝土支撐（圖1）。

2 工程地質水文特性

擬建場地對本工程有影響的不良地質條件主要為厚層填土、江灘土及原有建筑物舊基礎等地下障礙物。淺部第①3層江灘土屬黃浦江新近沉積土，厚度為3.5～8.1 m，以粉性土為主，夾薄層黏性土，局部夾砂性土，土性不均勻。因其沉積年代較晚，為松散狀態，鉆孔灌注樁在該層土中易坍孔。

圖1 基坑平面布置示意

另外，基坑開挖時，該層土體在動水壓力作用下，易發生流砂和管涌等現象。

3 試成孔

本次試成孔用GPS-10、旋挖鉆機、SQ10鉆機3種設備，分別對2根φ1 200 mm、1根φ1 300 mm的灌注樁進行試成孔，對各自孔徑偏差、沉渣厚度、垂直度進行對比分析。并在成樁后28 d對SQ10設備所施工的3根樁進行樁基檢測，分析其成樁質量。

分析結果表明：GPS-10設備及旋挖設備噪聲大，成孔進入①3江灘土層施工極易出現坍孔現象。

1）GPS-10鉆機成孔速度較慢，由于樁徑大于1 m，鉆桿晃動較大，噪聲大，沉渣厚度不易控制，但孔徑偏差相比旋挖鉆機較好。

2）旋挖鉆機成孔速度快，但噪聲大，施工時產生的負壓極易造成坍孔，孔徑偏差較大，沉渣厚度及垂直度不易控制。

3）SQ10鉆機成孔速度較快，噪聲低，孔徑偏差小，相比于上2種設備，其沉渣厚度及垂直度易于控制，但施工速度不如旋挖鉆機。

4 施工關鍵技術

4.1 成孔設備選擇

經過現場原位試成孔對比分析，綜合考慮本工程工期要求、地質條件（①3層江灘土）的影響及上海市軟土地區施工鉆孔灌注樁的相關規定，最終選定SQ10全液壓循環鉆機施工本工程大直徑鉆孔灌注樁。

4.2 護筒的埋設

本工程存在厚層填土、江灘土及原有建筑物舊基礎等地下障礙物，故清障區域及江灘土區域需合理有效地埋設護筒，護筒宜選用厚度不小于10 mm的鋼板制作，護筒內徑大于鉆頭直徑200～300 mm，鋼護筒的直徑誤差應小于10 mm，護筒下端宜設置刃腳。護筒頂端高出地面不宜小于0.3 m，護筒長度穿過障礙物區域，進入黏性原狀土層超過200 mm。有效埋設護筒可固定樁位，引導鉆孔方向，隔離地表水免其流入井孔，保護孔口不坍塌，保證了灌注樁的施工質量（圖2）。

圖2 護筒埋設示意

4.3 泥漿相對密度的控制

選擇合適的漿液配比，一次清孔采用相對密度稍大的泥漿，適當延長清孔時間。泥漿參數見表1～表3。

表1 注入孔口泥漿性能技術指標

泥漿的循環使用采用黑旋風設備進行泥漿除砂，確保泥漿質量滿足要求。嚴格控制施工過程中的泥漿液面高度（不足時及時補漿），保證施工中的靜水柱壓力，防止孔壁坍塌。

表2 排出孔口泥漿性能指標

表3 清孔后泥漿性能指標

4.4 成孔

大直徑灌注樁在本工程特殊地質條件下施工過程中易出現坍孔、夾樁現象，可能會造成周邊的沉降，對管線及構筑物造成不利影響，施工中應嚴格按照“三級跳孔”施工作業流程（圖3）進行。

圖3 圍護排樁施工順序示意

鉆頭選擇：選用雙腰帶鉆頭進行成孔，這種鉆頭具有強度高、排渣導流性好、切削量大、導向度高等特點。鉆頭直徑根據施工工藝、設計樁徑及試成孔各參數來確定。鉆頭設保徑裝置，施工中要經常核驗鉆頭尺寸，發現磨損過大應及時修復、更換（圖4）。

圖4 高速切削鉆頭

4.5 鋼筋籠整體吊放

本工程鋼筋籠吊裝采用整體吊裝的形式。

鋼筋籠在吊運過程中，由于其縱向抗彎能力較差，必要時在籠內加支撐，以提高鋼筋籠的剛性。

當鋼筋籠吊至孔口時，使鋼筋籠中心對準孔位中心，扶正后緩緩勻速下入孔，嚴禁擺動碰撞孔壁，邊下鋼筋籠邊安裝保護塊。當最后一個加強筋下至孔口時，用鋼板鉤將鋼筋籠臨時掛在護筒口（或采用鋼筋籠反力架進行固定）。

鋼筋籠縱向吊點設置5點（以鋼筋籠單節質量為6.5 t，籠長32.5 m為例），吊點位置為籠頂下2.5 m＋7 m＋ 7 m＋7 m＋7 m＋2 m（圖5）。

圖5 吊點布置示意

4.6 沉渣厚度控制

清孔分2次進行；第1次清孔應在成孔完成后進行，采用正循環清孔；第2次應在鋼筋籠和導管安放完畢后進行，采用氣舉反循環清孔（圖6），確保樁底沉渣厚度不大于100 mm。

圖6 氣舉反循環清孔示意

1）風管下放深度以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.55～0.65來確定，本工程將風管從灌注導管內下放至導管底口200 mm處。

2）主要參數為空壓機的風量6～9 m3/min，導管出水管直徑250 mm，送風管直徑（水管）25 mm，漿氣混合器用φ25 mm水管制作，在1 m左右長度范圍內打6排孔，每排4個φ8 mm的孔。

3）開始送風時應先孔內送漿（補漿），停止清孔時應先關氣后斷漿。清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴防因補漿不足（水頭損失）而造成坍孔。

4）開動空壓機清孔，風量、風壓由小到大，正常風量為8 m3/h，風壓為0.4～0.7 MPa。送風量應從小到大，風壓應稍大于孔底水頭壓力，當孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結時，可適當加大送風量，并搖動出水管（導管），以利排渣。

5）隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管（導管）應同步跟進，以保持管底口與沉淤面的距離。

6）清孔后，孔內泥漿相對密度應小于1.15，黏度18～20 s，孔底沉渣厚度≤10 cm。

7）混凝土澆筑采用預拌混凝土；樁身混凝土應連續澆灌，不得有斷樁、混凝土離析、夾泥現象發生，澆灌時嚴禁勾帶鋼筋籠。

5 SQ10鉆機成樁分析

本次共有科研試樁3根，檢測樁3根（表4），占可測試樁總數的100%。經超聲波及樁基小應變檢測，3根試樁均為Ⅰ類樁。

表4 成孔數據分析

6 結語

上海等軟土地區大部分開挖深度在7～12 m的深基坑，鉆孔灌注樁擋土多采用GPS系列樁機[4-6]，對于開挖深度大于10 m的基坑，則采用φ1 000 mm以上的大直徑鉆孔樁加深層攪拌樁防水，并設置多道支撐。而根據“滬建交（2012）645號《關于進一步加強本市基坑和樁基工程質量安全管理的通知》”規定，直徑超過1 000 mm的圍護灌注樁禁止用GPS系列鉆機施工。本文通過上海某大直徑排樁工程應用實例，采用SQ10全液壓循環鉆機新設備、新工藝進行φ1 200 mm、φ1 300 mm圍護排樁施工，取得了良好的效果，對基坑工程大直徑排樁的技術突破和高效、綠色環保施工有重要意義及指導作用。