含塊石粉砂土地基灌注樁鉆孔預處理施工技術的應用

(浙江江南春建設集團有限公司，浙江 杭州 311243)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

杭州市蕭山區錢塘江(七甲閘至五堡閘段)海塘加固及船閘工程，是杭州市錢塘江重點水利工程，同時是G20峰會的重點水環境工程。其船閘工程位于七甲河入江口，是在原七甲閘位置處進行拆除重建的項目，其中七甲船閘主要由上下閘首、閘室、輸水系統、導航建筑物、靠船建筑物、閘門、啟閉機械、電氣控制設備和通信、助導航、運行管理等附屬設施，生產、生活輔助建筑組成。經補充勘探，本工程基礎以粉砂土為主，部分區域存在淤泥質粉土及流沙，但在原七甲閘出口(現船閘閘室及外閘首)位置，地下存在多年前用于防沖加固的拋填塊石，高程位于1.5～-9.0m，即地面以下1.5～12m。

船閘基礎采用直徑80cm鋼筋混凝土灌注樁處理，樁型為端承摩擦樁，設計樁長22m以上。

1.2 存在問題

本工程開始施工時，考慮到基礎存在塊石問題，計劃先采用底端為尖錐形的封閉鋼護筒強行以振動方式打入地下，直至穿透塊石層，形成塊石區樁孔，然后拔出護筒，再采用回旋鉆機進行塊石層以下部位鉆孔。但是，當鋼護筒拔出后，采用回旋鉆機進行鉆孔時，孔壁四周的土體(包括塊石)出現一定的緩慢回彈，造成塊石區樁孔縮頸。為保證孔徑符合設計要求，又采用回旋鉆進行上下掃孔。掃孔時，因孔壁四周部分塊石脫落進入孔內，帶來以下三個問題：?因塊石體分布稠密程度和尺寸大小不一，塊石從孔壁脫落后，造成孔壁凹陷程度差異較大，孔徑大小極不一致；?脫落的塊石掉落至塊石層下部孔內，直接影響回旋鉆機進行下一步鉆孔；?因基礎土體以粉砂土為主，孔壁自身穩定性小，容易產生擴孔和塌孔，最終造成灌注樁施工進度緩慢，樁身超徑、縮徑情況嚴重超出設計要求，增加施工成本，拖延工期。

2 鉆孔預處理技術

針對上述施工問題，施工方成立了QC小組、工法創新課題小組，結合施工現場場地小、設備多、工期緊的情況，同時考慮經濟因素，在現有設備和施工條件下，進行了一系列的技術創新及優化，形成鋼護筒加振動錘結合沖抓鉆的預處理技術成果。

開鉆前，先采用鋼釬進行孔位初探，確定該孔位存在塊石后，采取預處理技術步驟如下：首先利用振動錘將兩端開口的鋼護筒打入至地下塊石層底部約1m位置；再采用沖抓鉆，抓出鋼護筒內的塊石及土體；然后再在鋼護筒內回填土方，并采用振動錘拔出鋼護筒；最后采取回旋鉆進行鉆孔，按無塊石基礎進行灌注樁施工。

本預處理的優點如下：

a.采用振動錘打設和拔出鋼護筒，可以適應不同深度的塊石層，同時對樁周土體及塊石層有一定的密實作用，可以有效提高后期鉆孔時四周孔壁的穩定性，減少塌孔概率；若原狀土形成的泥漿固壁效果差，可以通過改良回填土性能來提高土體造漿固壁能力，達到孔壁穩定的效果。

b.以振動錘的振動作用打設護筒，穿透能力強，遇到塊石時，只要體積小于護筒直徑，基本可以成功打設；沖抓鉆借助抓斗錐頭的沖擊力破碎塊石和土體，因護筒內塊石最大體積不大于護筒，且塊石為雜亂分散的個體，較大塊石只要進行初步破碎，即可由抓斗抓取，具有較強的通用性，若遇到個別不能破碎抓取的，可將沖抓錐改為沖擊錐，進行破碎后抓取。

c.對塊石層分布范圍較大的灌注樁施工工程，不僅可以明顯提高工程質量及進度，而且可以明顯節約施工成本。

d.采用此預處理技術，若條件許可，可將振動錘改為高頻液壓振動錘，使用挖掘機提供動力，施工進度和效果更好，施工噪聲更小，環保效果更好。

3 施工關鍵技術

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 鋼護筒制作

鋼護筒為圓筒狀，兩端開口，上口作為振動錘夾具夾緊部位，可焊接鋼板進行適當加固，并留出2孔，作為鋼絲繩的起吊點。鋼護筒采用鋼板卷制，鋼板厚度以保證護筒具備足夠的強度和剛度為依據，一般不得小于15mm，若護筒過長，應適當增加鋼板厚度；鋼護筒直徑應大于灌注樁直徑約10cm，為灌注樁施工適當留出余地；鋼護筒長度按需要穿透的塊石層底高程確定，并適當延長約100cm，以保證完全穿過塊石區。

3.2.2 振動錘打設鋼護筒

鋼護筒和振動錘由現場的履帶式吊機起吊。

施工順序：鋼護筒立直→振動錘起吊→夾具夾牢鋼護筒→鋼護筒就位→打設鋼護筒。

先按樁孔中心位置進行鋼護筒初步就位，確定鋼護筒立直并穩定后，放松起吊鋼絲繩，吊鉤在重力下自動松開，再用履帶式吊機起吊振動錘，吊至鋼護筒上方，確定正對鋼護筒上口后，由振動錘操作人員控制夾具加緊鋼護筒。夾牢后，吊起鋼護筒，進行鋼護筒準確就位于樁孔中心位置，同時通過調整吊機仰角和吊臂長度，確定吊機鋼絲繩、鋼護筒中心及樁孔中心在同一垂直線后，開啟振動錘，并逐步放松履帶吊起吊鋼絲繩，使鋼護筒垂直打入地下，達到設計高程時，停止振動錘振動，松開振動錘夾具，移開振動錘，進行下一步回填施工。

施工過程中，必須控制好鋼護筒中心與灌注樁孔位中心偏差及鋼護筒垂直度。控制孔位偏差，首先應保證鋼護筒就位誤差小于規范規定的5cm，其次應保證打設過程中的垂直度。控制鋼護筒垂直度，主要在于控制打設過程中的垂直度。因地下土體分布的差異性，造成鋼護筒四周受力并不均勻，容易產生傾斜，故必須隨時控制好履帶吊鋼絲繩的松緊度，以確保鋼護筒垂直打入，若出現傾斜，輕微時可通過調節履帶吊吊機仰角和吊臂長度進行適當修正，嚴重時可拔高后重打。

3.2.3 沖抓鉆施工

沖抓鉆施工采用8JZ系自動掛卸沖抓鉆進行施工，其工作原理相仿于沖擊鉆打樁機的升降機具和抓土機抓斗部分的綜合運用，利用沖抓錐張開錐瓣向孔底沖擊的動能，使錐瓣切入地層。當利用卷揚機通過鋼絲繩提升沖抓錐時，切入地層的錐瓣收攏并抓取土，提升抓取了土的沖抓錐，卸去土渣。該設備具有使用范圍廣、對環境污染少、工效高、結構簡單、操作和維修方便等優點。

沖抓鉆施工順序：安裝鉆機→沖擊→抓土提升→掛鉤→卸土→下一循環。

沖抓鉆操作要點如下：

安裝鉆機：采用吊機吊起鉆機機架至孔口上方，安裝卷揚機、自動拖掛器和沖抓錐，將錐頭落入鋼護筒內，檢查鋼絲繩是否在護筒中心位置，如不符合，可旋轉機架上的校正聯桿并調整斜撐，直至鋼絲繩居中為止，誤差不大于2cm。

沖擊：卷揚機吊起錐頭離孔底2～3m時，完全松開剎車，使其自由落體進行沖擊。沖擊到底部后，立即剎住卷筒，不使卷筒反轉散開鋼絲繩太多。

抓土提升：沖擊好后，扳動手柄，使卷筒正轉，鋼絲繩上升。此時井下錐頭即可將葉片閉合完成抓土動作，然后整個錐頭上升。如接繩器擱置在開閉機內未啟出，說明葉片沒有閉合，應重新下錐沖擊。

掛鉤：錐頭提升到孔口以上，碰到自動掛卸器，將掛卸器上導向罩往上頂，掛鉤自動進入掛架內，剎住剎車，等待小車卸土。

卸土：待掛鉤將錐頭掛穩后，將小車拉到錐頭下，放松剎車，將土卸到小車內(小車必須在錐頭掛牢后才能拉入，以免發生事故)。拉開小車即可重新脫鉤沖擊，進行下一個循環。小車未離孔口時，不得脫鉤。

施工中，若遇到孔內有較大漂石，抓取困難時，可投入片石進行輔助，若仍不能破碎抓取時，可改用沖擊錐鉆進。

3.2.4 護筒內回填土方及拔出護筒

待確認樁孔內塊石處理完成后，可撤出沖抓鉆，進行護筒內回填土方，回填土方須采用不含雜物的土體，若原狀土造漿固壁能力較差(灌注樁鉆孔時)，可在回填土中摻加一定量的黏性土，提高孔內泥漿固壁能力。回填土方可直接傾倒進護筒內，因地下水位較高，一般無須分層夯實。拔出護筒時，在護筒高速振動作用下，孔內和四周土體同時受到了振沖密實，土體密實度可達到中密(或接近中密)，不僅提高了樁周土體的密實度，也極大地提高了灌注樁樁身的摩阻力。

土方回填完成后，可采用振動錘緩慢拔出護筒。

3.3 回旋鉆施工

處理完成后，回旋鉆機就位，按照一般灌注樁施工程序進行施工。

4 質量控制措施

4.1 質量控制

鋼護筒打設及沖抓鉆施工質量執行《建筑樁基技術規范》，垂直度在1%以內；孔位偏差控制在5cm以內。

4.2 質量保證措施

a.控制孔位偏差，可在周圍設置控制樣點，與鋼護筒底部進行對照，確保就位準確。

b.控制鋼護筒垂直度，采用鉛垂進行隨時比對測量。打設過程中，必須隨時控制好履帶吊鋼絲繩的松緊度，以確保鋼護筒垂直打入，若出現傾斜，輕微時可通過調節履帶吊進行適當修正，嚴重時可拔高后重打。若采取振動打樁機進行護筒打設，則不需要鋼絲繩起吊護筒，只要控制打樁機的垂直度即可，更容易保證護筒的垂直度。

5 安全措施

a.操作人員應經過安全教育和培訓考核，取得合格操作證后，方可單獨操作。

b.實行定機定人定崗位責任制，非操作人員不準開機操作，嚴禁酒后操作。

c.工作前檢查設備是否平穩可靠，電器設備的絕緣、卷揚機離合、制動裝置和鋼絲繩等是否安全、靈活、可靠，注意樁架連接部位中螺栓是否松動和丟落。

d.機械工作中，操作人員應精神集中，聽從指揮，參加施工人員應堅守各自崗位。

e.履帶吊在前后移動和左右移動時，應預先放松振動錘電纜線，注意周圍障礙物，不得跨越牽引鋼絲繩。

f.機械發生異響時，必須立即切斷電源停機檢查，故障未排除前，不得繼續工作。嚴禁帶病作業，嚴禁在工作中進行維修、調整及保養。

g.現場管理人員及打樁機操作人員必須戴安全帽，機架檢修及保養人員在高空作業時，必須系安全帶，并切斷該設備電源。

h.遇到惡劣氣候(如六級以上大風)應停止作業，必要時應采取增墊枕木、拉纜風繩等加固措施，以防傾倒。

i.電線的拆、接一律由有資質的電工進行操作。有防雷接地裝置，現場一律采用TN-S系統。

6 環保措施

a.施工前先驗收“三通一平”(即路通、電通、水通，施工場地平整)，對于回填土、松軟等地層要求壓實。

b.施工現場設置專用泥漿池和排水溝渠，廢泥漿及時運出現場，雨污水經處理后排至指定地點，排放應符合標準規定，不得污染附近水源及河道。

c.施工現場采取噴灑水措施，作業時避免揚塵。

d.機械廢油及時收集，統一處理，不得隨意污染地面及水源。

e.禁止夜間施工，防止噪聲擾民。

7 結 語

鉆孔灌注樁施工中，針對地下存在埋深較大、較多的松散性障礙物，如塊石、建筑垃圾等雜物，本預處理技術皆可應用，對于局部流沙，也可推廣應用。同時本預處理技術可以適用一般的粉土、粉砂土、砂土等地質條件，并在浙江沿海的淤泥質黏土層施工中，取得了良好的效果。

沖抓鉆鉆機結構及附屬設備簡單，造價低廉，能抓起顆粒較大的碎石、卵石等雜物，同時具有一定的破碎能力。沖抓鉆施工作為一種樁基施工方法，既可獨立施工，也可作為其他施工方法的輔助技術，作為輔助施工方法時，可根據現場情況與其他施工方法靈活結合，發揮更大的優勢。