上海市東方醫院青島分院鉆孔樁施工技術

李先經

(青島地質勘查開發局，山東 青島 266100)

1 工程概況

上海市東方醫院(同濟大學附屬東方醫院)始建于1920年，是一所三級甲等綜合性醫院，上海市東方醫院(同濟大學附屬東方醫院)青島分院位于膠州市香港路北側、站前大道東側、三里河南側。擬建建筑物包括1幢10層醫療綜合樓(附屬1幢3層醫技樓、1幢4層辦公樓、1幢4層餐廳和1幢4層多功能廳)、4幢3層機械停車場、1幢-1層污水處理站、1幢1層燃氣調壓柜、1幢1層10 kV配電站、1幢1層氧氣罐房、1幢1層高壓氧倉和1幢2層傳染科(病房樓)，門診樓結構類型擬采用框剪結構，其它建筑物結構形式擬采用框架結構，基礎形式均采用樁基礎。

該工程由同濟大學設計研究院設計，勘察單位為青島地礦巖土工程有限公司，監理單位為青島建通浩源集團有限公司，受總包單位青建集團委托由青島地礦巖土工程有限公司負責鉆孔灌注樁施工。樁基設計混凝土強度C35；設計樁長17～27 m；樁徑分別為600、800 mm，設計單樁豎向抗壓承載力特征值1900、2100 kN。

2 場地工程地質條件

2.1 氣象

青島地處北溫帶季風區域，屬溫帶季風氣候。市區由于海洋環境的直接調節，受來自洋面上的東南季風及海流、水團的影響，故又具有顯著的海洋性氣候特點。空氣濕潤，雨量充沛，溫度適中，四季分明。春季氣溫回升緩慢，較內陸遲1個月；夏季濕熱多雨，但無酷暑；秋季天高氣爽，降水少，蒸發強；冬季風大溫低，持續時間較長。

2.2 地形、地貌

2.2.1 地形

擬建場地地勢起伏較小，孔口地面標高2.99～5.85 m，最大高差2.86 m。

2.2.2 地貌

擬建場地地貌類型屬海岸堆積階地。

2.3 巖土層及其工程特性

根據地層巖性、成因時代及工程特性的不同，自上而下可分為以下6層：

①層素填土，灰褐色、灰黃色，稍濕-濕，松散，局部稍密，以粘性土和粉土為主，局部有少量砂土和風化殘積土，頂部含有植物根系、碎磚塊、碎石子等，局部頂部為水泥地面。回填年限約5年。該層在場地范圍內分布廣泛，厚度2.00～5.90 m，平均厚度4.17 m，層底標高-1.89～2.06 m，層底埋深2.00～5.90 m。

③層粉質粘土，褐黃色、灰黃色，可塑-硬塑，局部地段頂部約50 cm為粉土，含鐵錳結核及少量鈣質結核，夾灰白色粘性土條帶，局部含細砂顆粒較多，無搖振反應，切面有光澤，干強度高，韌性高。該層在場地范圍內分布廣泛，厚度0.80～11.60 m，平均5.76 m。

④層中砂，黃褐色、褐黃色，飽和，中密-密實，砂的主要礦物成份為長石、石英，顆粒級配較差，磨圓度較好，局部地段含較多石英質礫石。

⑤層強風化泥質砂巖，灰紫色、灰黃色，頂部風化強烈，泥質膠結，細粒狀結構，層狀構造，裂隙發育，裂隙面鐵質浸染，原巖結構構造大部分破壞，巖體呈散體狀，局部呈塊狀，錘擊易碎，礦物成分以石英為主。局部出現泥巖、泥質砂巖、粉砂巖互層交替。該層在場地范圍內分布廣泛，厚度2.50～5.20 m，平均3.71 m。從定性判別和定量判別綜合判定：巖石屬極軟巖，巖體極破碎-較破碎，巖體基本質量等級V級。

⑥層中風化泥質砂巖，灰紫色、灰黃色，巖石的主要礦物成份以石英礦物為主，泥質膠結，細粒狀結構，層狀構造，裂隙發育，裂隙面鐵質浸染，巖體較完整，巖心多呈短柱狀—長柱狀。

2.4 地質構造

依據區域地質資料及山東構造單元劃分，擬建場地位于Ⅲ級構造單元膠萊盆地西部境內，南側與膠南隆起相連，附近大的斷裂構造有膠縣斷裂、百尺河—二十五里夼斷裂和郝官莊斷裂。膠縣斷裂、百尺河—二十五里夼斷裂、郝官莊斷裂均是近EW向，是次于牟平—即墨斷裂帶的兩條較大的區域性斷裂，它們向西延伸與著名的郯廬深大斷裂相交，控制了膠州灣西北部中生代地層分布和地貌格局，直接影響了膠州灣北部岸線輪廓。膠縣斷裂自安丘縣南部經膠州至馬哥莊一帶；百尺河(諸城)—二十五里夼斷裂中的天臺寺以西—東營以東段，走向NEE，傾向SSE，傾角70°～75°，出露長度15 km，破壞了張家屯—臨洋向斜北翼地層的出露；郝官莊斷裂發育在膠州灣西岸，斷層上盤為白堊系地層，下盤為太古界和元古界地層，對膠萊坳陷起控制作用，是膠南隆起的北邊界。另有一條近EW向斷裂發育在膠州灣西岸，沿小洛戈莊、大后旺、東方鹽廠一線展布，是白堊系與侏羅系地層的分界線。

2.5 地下水

擬建場地地下水類型以第四系孔隙潛水-微承壓水為主。第四系孔隙潛水賦存于第①層素填土中，以大氣降水補給、蒸發排泄為主，勘察期間穩定水位埋深1.21～4.32 m，穩定水位標高為1.43～1.62 m；微承壓水主要賦存于第④層中砂層中，補給、排泄均以側向逕流為主，承壓水頭標高約-16.24～-4.15 m。擬建場地地下水位年變化幅度約3 m。擬建場地地下水的歷史最高水位約3.50 m。

3 鉆孔灌注樁施工工藝的選擇

本工程因工期緊、工程量大(設計樁數近2000根，樁徑分別為600、800 mm)，施工場地狹窄，地層條件較復雜(存在淤泥質土和砂層，易發生縮徑、孔壁塌孔，導致充盈系數K值大)，綜合考慮現場實際情況，故分別選用旋挖鉆進、沖擊鉆進和回轉鉆進成孔工藝，采用旋挖鉆機7臺、沖擊鉆機16臺和回轉鉆機4臺，水下灌注混凝土成樁，取得了很好的技術效果。

3.1 旋挖鉆機成孔工藝

近幾年，旋挖鉆機施工工藝在我國逐漸成為發展最快的一種新型鉆孔施工方法。國內生產旋挖鉆機的廠家多達幾十家，但性能方面與德國、意大利等國外產品相比還存在一定差距。旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、機動靈活、施工效率高及多功能特點，是一種適合建筑基礎工程中成孔作業的施工機械，廣泛用于市政建設、公路橋梁、高層建筑等基礎施工工程領域。可采用干式或濕式(回轉斗)作業，既可用于土層，也可用于巖層的成孔作業。

本工程采用徐工220型及三一重工生產的280型旋挖鉆機共7臺，取得了較好的技術效果，每臺樁機一天可完成4～6根樁，施工效率較高。施工現場見圖1。

圖1 旋挖鉆機成樁

為防止上部淤泥質土縮徑，采用加長鋼護筒技術措施，護筒長度3～6 m,并且采用泥漿護壁措施。為確保成樁質量，灌注混凝土前須進行二次清孔。

旋挖鉆機埋設鋼護筒時，先采用稍大口徑的鉆頭鉆至預定位置，提出鉆頭后，再用鉆斗將鋼護筒壓入到預定深度。本工程旋挖成孔主要技術措施如下。

(1)鉆進過程中一開始埋設鋼護筒深度2 m，因鉆遇淤泥質土縮徑無法成孔，后把護筒長度增加到3 m,個別鉆孔仍縮徑嚴重無法成孔，加長護筒長度至6 m，才可以順利成孔。

(2)根據本工程試成孔確定的鉆進參數進行施工，控制進尺速度，上部松軟地層旋挖效率高，適當降低鉆孔速度，確保孔壁穩定。

(3)成孔采用跳挖方式，鉆頭倒出的渣土距樁孔口最小距離應大于6 m。

(4)鉆進過程中，及時清理孔口周圍堆土，遇地下水、孔壁坍塌、縮徑等異常情況時，應及時處理。必要時采取泥漿護壁措施。

(5)鉆機取上來的渣土應及時用裝載機處理出鉆機的旋轉范圍以外，以便于旋挖鉆機的倒渣。

(6)終孔前確認持力層入巖深度是否滿足設計要求，達到設計深度時，及時進行清孔。

(7)本工程因上部存在回填土及淤泥質土，十分松軟，旋挖鉆機自重大，容易下陷甚至傾斜，局部地段必須先進行換填處理，用建筑垃圾等回填進行加固，確保設備施工安全。

(8)為確保成樁質量，下入鋼筋籠及灌注導管后再進行二次清孔，利用導管進行泥漿正循環方法清孔，孔底沉渣厚度滿足技術規范要求。

3.2 沖擊鉆進工藝

本工程采用16臺沖擊鉆機(見圖2)，護筒埋設完畢后，開始鉆機吊裝就位。要求鉆機安裝穩固、周正、水平、安全可靠，確保在施工中不發生傾斜、移動。保證鉆塔滑輪槽緣、錘頭中心和樁孔中心三者在同一鉛垂線上，并且錘頭中心與樁孔中心偏差≯20 mm，確保鉆孔的垂直度與樁位偏差滿足設計與規范要求。

圖2 沖擊鉆進成樁

鉆機就位后，由質檢人員、現場監理、測量人員對樁位及護筒標高、中心進行復測，確認達到設計與規范要求后，方可開始鉆進。

護筒埋設深度2 m,采用優質粘土造漿護壁，撈渣筒結合正循環方式進行清孔，以提高排渣效率。泥漿控制措施如下：

(1)控制泥漿液面：由于存在砂層及淤泥質土，為防止或減少砂層垮塌及淤泥地層縮徑，應控制孔內液面標高以保證足夠的水頭壓力，維護孔壁的穩定。

(2)控制泥漿相對密度：泥漿密度過大鉆機成孔阻力大，泥漿失水量大，泥漿相對密度一般控制在1.15～1.25 g/cm3。提高泥漿密度對淤泥質地層控制縮徑具有一定抑制效果。

(3)控制泥漿粘度：由于砂層不穩定，應適當提高泥漿粘度，同時粘度不能過高，粘度過高，則會使泵壓升高，排量顯著減少，鉆速下降，排粉困難。本工程因上部地層松散，且存在淤泥質土，砂層較厚，故泥漿粘度控制在23～28 s為宜。

沖擊鉆進過程中應控制進尺速度，不宜鉆進太快，隨著鉆進及時進行泥漿循環，及時撈渣，成孔深度達到設計要求后立即進行清孔(參見圖3)，下入鋼筋籠及導管后須進行二次清孔，確保沉渣厚度≯100 mm。

圖3 現場沖擊鉆進清孔

3.3 回轉鉆進工藝

回轉鉆機具有噪聲小，自身質量輕，對本場地較適應。局部場地上部較松軟，不適合旋挖鉆機和沖擊鉆進工藝，故采用4臺回轉鉆機(見圖4)。

圖4 回轉鉆機成樁

采用回轉鉆進泥漿護壁正循環成孔工藝，每天每臺鉆機可成樁一根。施工過程中，注意控制及維護泥漿性能，優化鉆進技術參數，根據地層情況合理控制鉆壓、轉速，控制鉆進速度，成孔后進行一次、二次清孔。

本工程運用以上3種鉆進成孔工藝，相比較而言，旋挖鉆機效率最高，每天可成樁4～6根樁，而回轉鉆機、沖擊鉆機每天可完成1～2根樁。但在邊角及場地較松軟部位更適宜回轉和沖擊鉆機成孔作業。回轉鉆機共完成106根樁，其余大部分樁是由旋挖鉆機和沖擊鉆完成的。

3.4 水下灌注混凝土成樁工藝

成孔驗收合格后下鋼筋籠，須進行二次清孔，孔底沉渣滿足規范要求后立即進行水下混凝土灌注。

(1)導管試壓合格，入孔后，應將密封圈放正、壓實，確保密封性能良好；導管在樁孔內應保持居中，并記錄導管單節長度、總長度和導管底部位置。

(2)本工程采用商品混凝土，每車混凝土運至現場首先稱重，混凝土輸送到孔口時，應檢查其坍落度及和易性，確保水下灌注混凝土順暢。

(3)混凝土初灌量滿足要求，水下混凝土澆筑時為稀釋、沖散樁底沉渣而要求足夠數量的混凝土。

(4)在灌注過程中，要隨時測量和記錄孔內混凝土灌注標高和導管入孔長度，保持埋管深度在2.0～6.0 m為宜。

(5)水下灌注混凝土必須連續不斷地進行，減少停待時間；各崗位人員應密切配合，嚴格控制提升拆卸導管的時間。

4 成樁質量檢測結果

施工結束進行一定時間的養護，2017年6月20日建設單位委托青島金源盛工程檢測有限公司陸續對1314根樁進行低應變，12根樁進行單樁靜載試驗，均滿足設計要求。其中1302根為Ⅰ類樁，12根為Ⅱ類樁。又委托青島理工大學工程質量檢測鑒定中心所測的635根樁，測試曲線基本正常，樁身無嚴重缺陷。其中Ⅰ類樁604根，Ⅱ類樁31根，均滿足設計要求，無Ⅲ類樁及Ⅳ類樁(詳見表1)。

5 結語

在成孔鉆進過程中，因地層條件復雜各異，沒有“全能鉆機”，也沒有“萬能工法”，每種鉆機都有其使用范圍。根據實際情況，本工程運用了旋挖鉆機、沖擊鉆成孔、回轉鉆進工藝進行鉆孔灌注樁施工，取得了較為理想的技術效果。隨著科技的發展，近幾年設備研發水平不斷提高，旋挖鉆機“入巖施工難”的問題已得到有效解決，入巖鉆進靠沖擊鉆的局面發生了根本改變。回轉鉆機、沖擊鉆應用數量有所減少。目前，在高鐵、高速公路建設等大部分深基礎施工項目中優先選用旋挖鉆機，大大提高了施工效率。

表1 基樁檢測結果匯總表

本工程通過嚴格項目管理和工序質量控制，保質保量按期完成了施工任務，也取得了較好的經濟和社會效益，為今后類似樁基礎施工項目積累了實踐經驗。