長螺旋引孔工藝在沿海板結砂層碎石樁施工中的應用

王文杰

摘 要：文章以實際工程為例，該工程地處福建沿海，地質為板結砂層，碎石樁常規振動沉管法無法直接成樁，最終基于長螺旋輔助引孔原理，通過長螺旋引孔配合振動沉管接力的方法成樁成功，保證了工程的整體質量。

關鍵詞：碎石樁施工 板結砂層 輔助貫入

在公路工程項目中，路基基底處理質量尤為關鍵。尤其是沿海路基工程，考慮到海水腐蝕和潮汐影響，以及浸水路基抗震抗液化要求，對路基的設計和施工質量提出了更高的要求。碎石樁復合地基處理在沿海臨水路基加固處理中應用較為廣泛，是一種相對較成熟的工藝，但在一些不利的地質條件下，將碎石樁貫入到設計深度會相當困難。

1.工程概況

本項目位于長樂區文武砂鎮和江田鎮，起點位于已建成的228國道（南北澳至外文武圍墾堤段）K7+650處，沿線連續分布淤泥質粉質黏土、粉細砂層、細砂層。沿線路基包含液化地基及軟土地基，液化深度均在0～15m范圍內。本項目碎石樁樁徑50cm，呈梅花形布置，間距1.8m，全線K8+020～K12+380碎石樁處理共17段，共有77234根，單根樁樁長10.3～20m，總長1270340m，處理面積208484m2。

2.引孔方案確定過程

本項目在使用常規的DZ60和DZ90振動沉管打樁機進行碎石樁施工過程中出現電流過大，電纜冒煙，電機燒毀，碎石樁無法沉管至設計深度的現象，根據施工經驗推測實際土層密實度過大，與勘探資料不符導致無法貫入，施工方立即組織了一臺DZ150型（國內稀少）大功率碎石樁機進場，對K8+020～200位置碎石樁進行施工，仍無法沉管至設計深度，通過沉管過程狀態分析，更加肯定了原地勘數據與實際地質情況差異性較大的推測，為此，施工方組織了一臺地質勘探鉆機進行動探，通過地質鉆探機對沿線地質勘探表明，在處理范圍內，有較厚砂層處于密實狀態，通過對比分析，證實了判斷。其后通過各方專家討論，擬選擇K8+050～K8+070及K8+060～080段各20根樁采用引孔工藝進行碎石樁試樁施工。

3.長螺旋輔助引孔原理

本項目選用的長螺旋鉆機配備了75kW和90kW兩種規格的大功率扭矩動力頭，在其作用下可以推動長螺旋鉆桿的運行，鉆桿上的螺旋葉片旋轉剪切土體并通過提升將土料帶出，只有很少的一部分會被擠入到土層中。當鉆桿處于旋轉狀態時，位于螺旋葉片上的土將會與螺旋鉆桿共同作用，進一步得到土柱結構，由此提升了孔內側向土的穩定性，不容易出現塌孔現象。

引孔工藝可削弱周邊土體擠密效應，無論是側向阻力還是位于樁尖土層的空隙水壓力都得到了良好的控制。本項目整個樁長深度的地層均為密實，因此需要通長引孔至設計深度，在原引孔位置上進行振動沉管至設計高程后進行灌石振密成樁。

4.碎石樁施工流程及方法

4.1試樁施工區段選擇

根據現場的施工作業面，本次試樁施工樁號為K8+050～K8+070左1附近共20根樁，采用鉆頭直徑為500mm的引孔機進行引孔；K8+060～080左1附近20根樁，采用鉆頭直徑為400mm的引孔機進行引孔；所選段落碎石樁設計樁長為13m。每個區段各列舉5根樁，共抽取10根樁基進行分析。

4.2長螺旋引孔

路基平整至設計高程后進行試樁樁位測量放樣，將引孔機放置在指定的樁位上，調整鉆桿垂直度，長螺旋鉆頭對準樁位點，鉆孔時先慢后快，可以減少鉆桿搖晃，也可檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。在鉆桿上標出每1m的刻度，作為控制樁長的依據，引孔至設計深度后將鉆桿旋出，至下一個點位重復此操作，施工過程中注意對樁位控制點的保護，以便對樁位進行復原。

4.3打樁機就位

在振動沉管打樁機沉管上標出每1m的刻度線用以控制貫入深度；移動樁機，使樁機對準打樁線；啟動卷揚機，按照事先放出的樁位標記移動導向架，使樁管對準打樁點，人工將樁尖活瓣合緊，將樁尖對準地面上標出的樁位。

4.4振動沉管

運行樁錘電機，使其振動下沉，控制下沉速度，每行進0.5m時則需要留振30s。在操作過程中，需要對沉管速度、深度等指標進行測量并做好記錄工作。

當樁底達到指定的設計深度，在不停振的同時采取靜力施壓處理，樁管不再繼續下沉時，打樁機前段因反力輕微抬離地面即可停止。

4.5成孔、投料

灌料前對卷揚機料斗和輔助用的裝載機料斗容量進行標定，將碎石由加料口灌入樁管內，按理論方量和設計充盈系數（1.2）要求控制碎石灌入量。碎石材料為1-2-3自然級配，含泥量≤5%，最大粒徑≤5cm。

4.6樁身拔管

當管內灌入碎石高度>1/3管長時開始拔管，每次拔管高度控制在1m左右，拔管速度控制在1.5～3m/min左右，反插深度在0.3m左右，留振10～20s，控制振動均勻。及時記錄碎石灌入量、拔管速度，反插深度、留振時間及電流值等參數。

依次拔管、壓管、振密和加入碎石直至樁頂，施工過程中隨時用錘子敲擊樁管，以觀察樁管下料情況，在下次拔管前灌入碎石。

4.7成樁、移位

成樁后按照樁位布置圖移動打樁機至下一樁位，重復上述操作。

4.8質量控制及試驗檢測

除了控制碎石樁樁長、樁徑、樁距、碎石貫入量及施工過程中各項時間及電機電流電壓等參數指標外還應滿足成樁后相關試驗檢測要求。根據設計及規范要求，在成樁14d后應采用重型動力觸探檢測樁身密實度和樁長，對樁間土進行標準貫入試驗，進行荷載試驗檢測單樁承載力及復合地基承載力。

5. 試樁結論及成果

通過對試樁過程中長螺旋引孔和振動沉管兩個環節的實際表現情況和各項數據分析，主要從單臺設備工效、設備控制要點和設備組合工效幾個方面來總結試樁成果。

5.1長螺旋引孔總結

（1）引孔深度及引孔機鉆桿型號的選擇。如表1所示為兩種直徑鉆桿施工情況比較。

在樁檢同樣合格的情況下，選擇大直徑500mm鉆桿的施工情況較400mm的要順利，結合地質鉆探情況，在樁底地質為淤泥質粉質粘土等軟土層時引孔深度可適當比設計深度少1～2m，同時一次性引孔數量不宜過多，應≤2排，振動沉管樁機應及時跟上，并在2d內完成灌注成樁，避免引孔結束后土層重新板結密實。

（2）引孔機工效。試樁段樁長13m樁基長螺旋鉆孔平均成孔時間為7min（包括移位時間），75kW和90kW長螺旋成樁時間差別很小，1臺長螺旋鉆機1d工作2個臺班，成樁數量在120根以上；15～20m長樁基平均成孔時間為8～10min。

5.2振動沉管成樁總結

（1）樁尖活瓣選擇。過程中采用平合瓣試樁，沉管至11m位置時出現電流過大，電線發熱現象，在下管30min仍無法沉管至設計深度，將平合瓣改成尖活瓣，順利沉管至設計深度，采用樁尖活瓣更有利于沉管。引孔后60kW、75kW和90kW振動錘成樁區別不大。

（2）振動沉管工效。由引孔后單樁成樁時間統計數據得出，一根13m長碎石樁采用長螺旋引孔工藝后，平均沉管時間為2.85min（沉管速度3.2～6.5m/min），拔管時間為13.5min，總體成樁時間為15～17min，平均拔管速度為1.5～2.5m/min，反插次數為17～18次，平均充盈系數為1.23，振密電流在70～75A之間。

根據以上數據1臺沉管樁機1d工作2個臺班可成樁40根以上，因此1臺長螺旋鉆機搭配3臺振動沉管樁機最為經濟。

6.結束語

綜上所述，該項目實際試樁過程較為順利，證明了長螺旋引孔工藝是一種輔助碎石樁貫入施工的有效手段，其為沿海板結砂層等較為密實、難以貫入的地層提供了一種解決途徑，且不會造成工期遲延，十分值得推廣應用。

參考文獻：

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