軟土復(fù)合地層中旋噴鉆機與旋挖鉆機組合灌注樁成孔技術(shù)

袁 敬

(珠海君豪巖土科技有限公司，廣東 珠海 519090)

1 概述

隨著我國工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，樁基礎(chǔ)在橋梁、港口碼頭、高層建筑物等大型工程中大量采用，已成為我國工程建設(shè)中最重要的一種基礎(chǔ)形式。特別是鉆孔灌注樁因使用機械鉆孔，不擾動周圍土層，承載力高，適應(yīng)性強，承載力計算清晰等優(yōu)點，已成為國內(nèi)外大型工程基礎(chǔ)中最常用的樁型，且樁徑、樁長也在不斷增大。

鉆孔灌注樁施工包括以下幾個主要步驟：成孔、鋼筋籠制作安放、清孔、灌注混凝土、成樁質(zhì)量檢測。其中，成孔是鉆孔灌注樁施工的第一步。成孔的機械設(shè)備或方式有很多，如機械回旋鉆機、旋挖鉆機、全回轉(zhuǎn)鉆機、全液壓鉆機及人工開挖等，各種機械設(shè)備或方式有各自的優(yōu)點和缺點[1-6]。

機械回旋鉆機因為操作簡單、施工工藝易掌握、對場地承載力要求不高、施工成本低等原因，在土層中鉆孔灌注樁通常采用機械回旋鉆機成孔[7]；但當遇到巖層時，受機械回旋鉆機扭矩、合金切削齒硬度等限制，機械回旋鉆機穿越巖層工效低甚至無法穿越。旋挖鉆機因為自動化程度高，成孔工效高，對環(huán)境污染少，適應(yīng)土層、巖層、綜合經(jīng)濟好等優(yōu)點，成為成孔的常用機械設(shè)備[8，9]，但旋挖鉆機也有明顯的缺點，表現(xiàn)為自身重量大，對場地承載力要求高。

對場地上覆地層為軟弱土層、下伏地層為巖層的軟土復(fù)合地層來說，使用施工成本低的機械回旋鉆機，能穿越土層，但穿越巖層成孔工效低，或不可能穿越巖層成孔。如果用綜合經(jīng)濟性好的旋挖鉆機，盡管能穿越軟土復(fù)合地層成孔，但因為上覆軟弱土層承載力低，或不允許旋挖鉆機進入場地，自然也談不上旋挖鉆機穿越軟土復(fù)合地層成孔，或旋挖鉆機能進場施工，在旋挖鉆機重量作用下，可能引起軟弱土層中鉆孔灌注樁縮徑、塌孔等樁身質(zhì)量事故或擴徑引起的混凝土浪費。巖土工程中，軟弱土層、巖層組合的軟土復(fù)合地層十分常見，因此，在不增加施工成本的前提下，盡可能發(fā)揮成孔機械設(shè)備的優(yōu)點，順利穿越軟土復(fù)合地層成孔是一個值得研究的問題。

2 工程案例

2.1 工程概況

某C地塊樁基及基坑支護工程占地面積22 560.92 m2，總建筑面積約75 999.91 m2。地上建筑物為小高層、高層、超市、幼兒園等，計容面積為58 657.15 m2，地下面積為17 348.99 m2。C地塊位于南方地方的某市，西側(cè)為熱河南路，南側(cè)為D地塊(見圖1)。

2.2 地層結(jié)構(gòu)分布特征

C地塊內(nèi)地層結(jié)構(gòu)分布特征如表1所示。

基坑?xùn)|側(cè)KLM段支護結(jié)構(gòu)樣式為雙排φ780@1 000鉆孔灌注樁+φ700@500雙軸深攪樁，支護樁為鉆孔灌注樁，樁長14.85 m。KLM段地層從上至下：①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1強風化砂巖、④2中風化砂巖。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)分布特征，結(jié)合支護樁樁長，鉆孔灌注樁樁長范圍內(nèi)要穿越承載力低的軟弱土層——①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1強風化砂巖總共厚度6 m～8 m，進入承載力高的巖層——巖石單軸飽和抗壓強度13.28 MPa、巖面起伏不平的中風化砂巖7 m～9 m。該基坑支護樁在樁長范圍內(nèi)要穿越典型的軟土復(fù)合地層。

2.3 鉆孔灌注樁成孔難點及解決措施

如果用機械回旋鉆機進行KLM段雙排樁的鉆孔灌注樁成孔，因為④2中風化砂巖的巖石單軸飽和抗壓強度達到13.28 MPa，機械回旋鉆機穿越巖層工效低。選擇重量大的旋挖鉆機，當穿越軟弱土層——①1雜填土、①2素填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土時，由于土層承載力低，可能引起鉆孔灌注樁縮徑、塌孔和擴徑等，導(dǎo)致樁身質(zhì)量事故、混凝土充盈系數(shù)過高引起混凝土浪費等問題。

表1 C地塊地層結(jié)構(gòu)分布特征表

為了保證旋挖鉆機順利穿越軟土復(fù)合地層，施工中采取以下措施：

1)先用高壓旋噴鉆機對鉆孔灌注樁樁周軟弱土層進行加固處理(見圖2)；

2)5 d后，用旋挖鉆機在鉆孔灌注樁樁位處穿越軟弱土層后進入巖層成孔；

3)旋挖鉆機作業(yè)時，在保持孔內(nèi)泥漿面高于地下水位1 m以上的基礎(chǔ)上，控制泥漿性能指標參數(shù)及檢測泥漿性能指標參數(shù)，確保孔壁穩(wěn)定，保證順利成孔。采取上述措施后，沒有發(fā)生樁身質(zhì)量事故，混凝土充盈系數(shù)也符合要求，為后續(xù)施工奠定了基礎(chǔ)，保證了C地塊整個工程在工期內(nèi)完成。

3 結(jié)語

1)針對軟土復(fù)合地層中灌注樁高效經(jīng)濟成孔施工的要求，先用高壓旋噴鉆機加固鉆孔灌注樁樁周軟弱土層，然后用旋挖鉆機在鉆孔灌注樁樁位處穿越軟弱土層后進入巖層成孔。

2)借助于旋挖鉆機自動化集成度高的裝備技術(shù)，旋噴鉆機與旋挖鉆機組合在軟土復(fù)合地層中灌注樁成孔施工工藝可提高鉆孔灌注樁施工效率高，綜合成本低。