富含大塊徑卵石的砂卵石地層旋挖樁成孔技術

盧一韓 曾昭勇 蒙永濤

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 廣西 南寧 530001

隨著我國經濟的高質量發展，舊城改造不斷擴大。旋挖樁已成為確保樁基礎施工安全性的重要支撐，其因施工速度較快、施工安全系數高、成樁質量可靠等優點而被廣泛采用[1-3]。在旋挖成孔作業中遇到富含較大塊徑的砂卵石地層時，如何避免大面積坍孔并能將砂卵石層中的大塊徑卵石有效取出，如何避免樁芯混凝土澆筑時流入相鄰樁內形成斜面狀結硬混凝土導致難以鉆入，成為富含大塊徑卵石的砂卵石地層旋挖樁成孔難題[4-5]。因此，富含大塊徑卵石的砂卵石地層旋挖樁成孔技術值得研究。

1 工程概況

廣西田林縣人民醫院醫技綜合樓項目位于田林縣人民醫院內，為新建建筑，工程高度為51.9 m，地上11層、地下1層。本工程塔樓為現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻，建筑結構設計合理使用年限為50 a，建筑結構安全等級為二級。本工程基坑支護樁為旋挖樁，基坑周圍附近為原有建筑物及道路。

場地地質條件在鉆探深度范圍內，自上而下由素填土、粉質黏土、卵石、泥巖組成，根據地質勘探報告，鉆入至砂卵石（Qal）時應為：暗黃色-灰褐色，充填物為礫砂、粗砂，分選性一般，卵石大小一般為2～6 cm，少部分達8～10 cm以上，次圓狀，成分主要為硅質巖、砂巖等，中密狀態為主，層厚為1.9～6.7 m，平均厚度為4.31 m。而在現場實際施工鉆進時，發現到達砂卵石層時，卵石占比達到40%以上，較多的卵石粒徑不僅僅為10 cm左右，不少達到了30～50 cm，個別甚至達到了60 cm以上，大塊的卵石影響旋挖機鉆孔作業進度，大塊漂石難以進入挖斗內，導致挖斗帶著漂石空轉，將本來緊實的土質攪拌成易坍孔的流砂土質，旋挖鉆進時出現取出困難和非常容易坍孔的現象（圖1），對支護樁成孔和一次成形完整性影響很大。本工程采取對富含大塊徑卵石的砂卵石地層采取高壓旋噴固結，通過固結后及時旋挖成孔的方式進行施工。

2 施工技術特點

針對工程地質環境特點，選用高壓旋噴注漿法，通過XPL-20/20A型系列履帶低架旋噴鉆機，調整垂直后進行下鉆，通過硬質合金鉆頭回轉鉆進的方法，在砂卵石層地質鉆進成孔。將經過漿液攪拌機攪拌過的水泥漿通過高壓泵和泥漿泵加壓，由注漿機經過導管送入孔中（圖2），水泥漿在高壓和旋轉噴射攪拌作用下與周圍土質結合，并滲透進入土層的裂縫和孔隙中。水泥漿硬化后將大塊徑卵石與泥土水分等固結硬化，使得旋挖鉆機在進行樁成孔作業時得以順利進行。

圖1 旋挖成孔塌方示意

圖2 高壓旋噴注漿后旋挖樁成孔示意

3 施工要點

3.1 測量放線

1）復核設計圖紙及現場交樁點，采用全站儀對樁位進行精確測放。針對本工程地處坡道處，孔位需隨鉆孔需要進行放線測量，經過多次復核后，方可鉆孔作業。

2）利用水準儀對各樁位的自然地面標高進行測量并列表記錄，確保固化深度大于支護樁鉆孔深度。

3）樁位坐標放出后，樁中心采用長50 cm、φ10 mm鋼筋打入土中，做好標識，標出管樁的外圓周后，再在四周定位出高壓旋噴鉆孔位置。

3.2 水泥入場驗收與堆置

1）P.O42.5水泥的入場驗收。由于工期趕以及工藝需求，我們選用凝結較快、強度夠高的P.O42.5水泥。水泥入場后，材料員應對其強度等級、規格以及有效期進行驗收，并做好驗收記錄。

2）P.O42.5水泥的堆置。堆放水泥的場地先整平，用軟木墊進行支墊，鋪設一層模板后再進行堆放，堆放高度不宜過高，不宜距離泥漿池過遠。

3.3 鉆孔機對位

1）由于鉆孔作業和注漿作業屬于帶水作業，現場將不可避免造成泥濘路面，所以需要挖機在現場配合修路與吊運材料配件。

2）測量定位完成后，移動高壓旋噴鉆機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩、水平，放下4個腳撐確保平穩后，鉆頭對準放線位置，鉆桿的垂直度偏差不大于1%；調好垂直度后即可下鉆。

3.4 鉆孔作業施工要點

1）采用高壓旋噴鉆機向下施鉆，先低壓噴水或不噴水向下施鉆，與高壓旋噴鉆機連接的壓力泵的壓力設為5～10 MPa。當高壓旋噴鉆機下鉆至堅硬土層標高后，增大壓力泵壓力至20～25 MPa，同時噴清水，高壓旋噴鉆機的鉆頭旋轉速度為20～25 r/min，以使堅硬土層中形成一個直徑同樁徑的飽和擾動體；當高壓旋噴鉆機下鉆至設計標高后停鉆。

2）高壓旋噴鉆機提鉆過程中，逐漸減小壓力泵的壓力，減小噴水量，拆卸鉆桿，將拆下的鉆桿碼放在鉆機邊的鉆桿堆放架上。

3.5 注漿機對位

鉆孔機鉆好孔后移機進行下一孔位的鉆孔，預留出足夠位置保證注漿機作業后，注漿機即可就位準備注漿作業。

3.6 注漿作業施工要點

1）施工準備就緒，噴射注漿前，要檢查管路系統和高壓注漿設備。在使用高壓泵時，應先測定安全閥的性能，檢查噴嘴內不得有雜物，各通道暢通，管路系統的密封圈良好無損等，保證高壓泵能夠可靠運行。同時，高壓泵的排量和壓力必須滿足實際工程的要求。

2）注漿管下放前，先用一層薄塑料膜包裹好，以有效防止泥砂堵塞噴嘴。在噴漿時，高壓漿液能夠將塑料膜沖破，可保證注漿的質量。

3）高壓噴射注漿時，先啟動空氣壓縮機，再啟動高壓泵，注意設備的啟動順序。設備運轉正常，注漿管風、水暢通后，即可旋轉注漿管開始自下而上噴射注漿。注漿壓力應符合設計要求，注漿壓力過大，可能會損壞注漿管，如果注漿壓力過小，水泥漿滲入充填深度和強度較小，對加固范圍的加固作用小，影響加固質量。注漿管提升不宜過早，達到設計注漿量或注漿壓力時，穩定3～5 min后，方可停止注漿。

4）噴射注漿施工過程中，如果拆卸注漿管，應先停止提升和回轉，同時停止送漿，最后停機。

5）水泥漿液的水灰比和性能應滿足設計、規范要求，禁止使用受潮或過期的水泥。每次配制的水泥漿液不宜過多，在噴射注漿過程中，應對水泥漿液持續攪拌，防止水泥漿沉淀、固結。

6）噴射注漿過程中，注意觀察冒漿情況。土層情況、噴射效果和噴射參數與冒漿量有著密切關系。一般情況下，冒漿量小于注漿量的20%，如果完全不冒漿或者冒漿量超過注漿量的20%，應立即查明原因，并采取對應的措施。如果地層中有孔隙較大，導致不冒漿，可以增大注漿量或在水泥漿液中加入適量速凝劑；若冒漿量過大，可以加快提升速率、縮小噴嘴直徑、減少注漿量。

7）待噴射的水泥漿硬化，達到終凝強度后，即可平整場地，進行旋挖樁鉆孔作業。

4 效果檢查

1）通過對本次采用高壓旋噴注漿法固化大塊徑砂卵石后的旋挖樁成孔作業施工效果進行檢查，所有旋挖樁孔作業過程中再無坍孔現象，成孔率達到100%。

2）本工程項目采用高壓注漿法固化樁數為33根，此前采用的方法為素混凝土灌注固化法。選用素混凝土填充再循環旋挖成孔施工時間15 d，共成孔7根，耗費素混凝土約600 m3，每樁成孔耗時約為2 d，每樁成孔成本增加約43 000元。選用高壓旋噴固結后旋挖成孔施工時間26 d，共成孔26根，高壓旋噴注漿4 700 m，每樁成孔耗時約為1 d，每樁成孔成本增加約30 800元。通過對比發現，若該區域33根旋挖樁全部選用高壓旋噴固結后再旋挖，可縮短工期33 d，節約成孔護壁成本402 600元。

5 結語

廣西田林縣人民醫院醫技綜合樓支護樁工程經過高壓旋噴注漿法施工后，旋挖樁施工鉆孔作業成孔率達到100%，無大面積坍孔現象發生。施工工藝克服了大塊徑砂卵石層旋挖鉆孔作業坍孔嚴重的難題且保證了周邊建筑的安全穩定性，保證了工期，提高了旋挖鉆孔灌注樁成樁的質量，同時也節約了成本。