灌注樁機械組合接力成孔施工應用研究

李飛 劉進 尹正貴

摘 要：現代城市建筑樁基礎施工過程中，因部分鋼筋混凝土灌注樁樁身較長，同時穿越多個不同的地質土層，單一的施工機械無法有效地保證成孔質量，因此需要多種機械施工方案組合接力成孔。文中以河南鄭州新時代商務中心項目樁基分部工程為例，灌注樁成孔過程中穿越多個地層，地質條件復雜多變，對比分析了機械成孔方案和組合施工方案。通過對比研究，本工程最終選用組合施工方案中的回轉鉆機+旋挖機組合方案。

關鍵詞：接力施工;灌注成孔;旋挖機

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0088-03

Abstract： In the process of modern urban construction pile foundation construction， due to the long pile body of some reinforced concrete cast-in-place piles， and through multiple different geological soil layers， a single construction machinery can not effectively ensure the quality of the hole， so it is necessary to combine a variety of mechanical construction schemes. Taking the pile foundation branch project of Zhengzhou New Era Business Center as an example，In the pile foundation division project of Zhengzhou New Era Business Center， the bored pile passes through multiple strata during the drilling process，and the geological conditions are complex and changeable. The construction process has explored a variety of construction schemes through practice. Through comparative analysis， it is proved that the introduction of two kinds of mechanical combination relay construction methods in engineering geological conditions has good performance in hole quality and work efficiency， which can be popularized.

Keywords： relay construction;perfusion into holes;rotary drilling machine

近年來，隨著大中城市的快速發展，我國高層與超高層建筑的數量逐漸增多。為了滿足上部結構的需要，深基礎工程也不斷向縱深發展，其中鋼筋混凝土灌注樁是常用的一種深基礎形式。為滿足承載力的需求，灌注樁經常要穿越多個不同土層，直到承載力較高的土層或巖層。因此，灌注樁機械成孔過程中如何在保證安全和成孔質量的前提下解決施工效率的問題是需要關注的重點。本文以鄭州新時代商務中心樁基項目灌注樁施工為例，總結出反循環鉆機+沖擊錘組合接力施工工法、回轉鉆機+旋挖鉆機組合接力施工工法，并與其他機械施工工法進行經濟效益、社會效益等方面的對比分析，以證明以上兩種工法的優越性和合理性[1-2]。

1 工程概況

鄭州新時代商務中心3#樓項目位于河南鄭州東站東廣場，地上150 m，地下17 m，常年地下水位位于樁基施工作業面以下3 m，基礎結構形式為直徑800 mm、樁長45 m的后注漿鋼筋混凝土灌注樁，成孔過程穿越土層。

第（7）層：細砂（Q4-1al+pl），灰色～灰黃色，飽和，密實。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（8）層：粉土夾粉質黏土（Q4-1a1），黃褐色，濕，密實。無光澤反應，干強度低，搖振反應中等，韌性低。該層成分不均，局部黏性較強，夾薄層黃褐色可塑狀粉質黏土。

第（9）層：細砂（Q4-1al+pl），黃褐色，飽和，密實。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（10）層：粉質黏土（Q3al），灰黃色～黃褐色，可塑～硬塑，無搖振反應，稍有光澤，干強度高，韌性高。含灰色條紋，姜石含量在5%左右，姜石粒徑為0.2～4.0 cm。

第（10）-1層：細砂（Q3al），黃褐色，保護、密實。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（11）層：粉質黏土（Q3al），黃褐色～棕黃色，硬塑，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。含黑色鐵錳質浸染，姜石含量在10%左右，姜石粒徑為0.2～4.0 cm。該層底部局部輕微膠結。

第（11）-1層：細砂（Q3al），黃褐色，飽和，密實。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（11）-2層：細砂（Q3al），灰黃色～灰白色。成巖較差，呈碎塊狀，夾少量粉質黏土。該層不連續，呈透鏡體分布，位置及深度變化比較大。

第（12）層：粉質黏土（Q3al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅硬，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。含藍灰色及黑色斑塊、條紋。該層姜石含量比較高，局部姜石富集，呈不連續狀膠結。

第（12）-1層：鈣質膠結（Q3al），灰黃色～灰白色，成巖較差，呈碎塊狀，短柱狀，局部夾堅硬狀泥質膠結，含少量粉質黏土。該層不連續，呈透鏡體分布，位置及深度變化比較大。

第（13）層：細砂（Q3al），黃褐色，飽和，密實。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。該層局部夾少量粗砂。

第（13）-1層：粉質黏土（Q3al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅硬，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。含灰斑。該層姜石含量較高，局部姜石富集。

第（14）層：粉質黏土（Q2al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅硬，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。含灰斑。該層姜石含量較高，局部姜石富集，夾少量泥質膠結。

第（14）-1層：鈣質膠結（Q2al），灰黃色～灰白色，成巖較差，呈短柱狀，局部夾堅硬狀泥質膠結，含少量粉質黏土。該層不連續，呈透鏡體分布，位置及深度變化不大。

本場地地下水水位量測在勘探鉆孔過程中進行。外業施工期間量測的地下水水位在地面以下14.60～16.10 m，絕對標高約為68.50 m。勘察期間量測的地下水位較深，且未量測到承壓水，主要是受相鄰場地基坑降水的影響，水位下降較深。根據鄰近場地經驗，勘探深度內含水層分為兩層，即上層的潛水和下層的承壓水。潛水主要賦存于8.50～12.00 m（絕對標高為72.29～74.57 m）以上Q4-3、Q4-2的粉土、粉質黏土、粉砂中，屬弱透水層;承壓水主要賦存于8.50～12.00 m（絕對標高為72.29～74.57 m）以下的粉砂、細砂中，該層富水性好，屬強透水層，具有微承壓性，與上部潛水有一定水力聯系。樁基工程施工期間，水位位于作業面以下約4 m，以承壓水為主。

從上述內容可知，成孔穿過14個土層。在現場實際施工過程中，施工作業面以下，7～10 m主要為細砂層，土體自立性極差，特別是地面以下4 m，無泥漿護壁，開孔即塌，旋挖成孔效率低;10～40 m為粉質黏土摻雜不均勻鈣質結層，回轉鉆機、反循環鉆機效率低下，鉆進困難;40～45 m土層接近中、微風化巖石[3-4]。

2 常用鉆機成孔工藝關鍵

回轉鉆機成孔工藝：測量放樣后鉆機就位開始鉆機，鉆井速度應適當控制，在護筒刃腳處應低檔緩慢鉆進，使刃腳處有較好的泥漿護壁。鉆到刃腳下1 m后可根據地質情況調整至正常速度。鉆進過程中注意往孔內及時補充漿液量，維持護筒內的水頭高度，保證孔壁穩定。提升鉆具時應平穩，當鉆頭處于護筒底口位置時，必須防止鉆頭鉤掛護筒。鉆進過程中應實時檢查鉆孔直徑和豎直度。鉆孔完成后要檢測孔深、傾斜度、直徑及清孔情況。

旋挖鉆機成孔工藝：測量放樣后鉆機成孔埋護筒，護筒直徑略大于樁直徑以便于施工，護筒高出施工作業面不小于300 mm，周邊應填密實。干作業成孔過程中根據地質情況考慮是否需要護壁措施，濕作業成孔時，因地下水壓力作用為保持孔壁穩定不塌孔，應采用泥漿護壁措施，成孔后要清孔保證孔底沉渣符合規范要求，檢測孔深、直徑、傾斜度。

沖擊反循環鉆機成孔工藝：測量放樣后鉆機成孔埋護筒，護筒直徑略大于樁直徑以便于施工，護筒高出施工作業面不小于300 mm，周邊應填密實。沖擊反循環鉆機作業環境常為濕作業，因此護壁效果好、不易塌孔，但是應根據地質情況調整進尺速度，為粉砂土時應適當降低鉆進速度，黏性土或巖性土可適當加快速度。提鉆、下鉆時要平穩，至孔口要減速，防止鉆頭碰護筒導致護筒移位。施工過程中注意泥漿配制比重，成孔后要清孔、洗孔，確保沉渣不能過量。

3 機械成孔方案分析

新時代商務中心3#樓的總樁數為246根，工程總工期為46 d，場地狹小、工期緊、任務重。為保證如期完工，前期方案計劃使用旋挖樁機進行施工。施工發現，作業面以下7～10 m砂層部分因泥漿護壁效果差、經常塌孔、不能有效作業等問題造成工期無法保證，因此對多種濕作業施工方案進行分析、比選，主要施工方案如表1所示。

旋挖樁機方案：旋挖機移動靈活、鉆進快、成孔效率高，適用于粉土、黏性土、填土、中風化及微風化巖土層，但泥漿護壁效果較差，特別是在本項目施工作業面以下7～10 m細砂土層中，塌孔率在70%以上，極大地影響了成孔質量，增大了混凝土充盈系數、混凝土用量。同時，旋挖機體型較大，狹小場地無法供多臺機械同時作業。

沖擊反循環鉆機方案：適用于黏性土、粉砂、細砂、中粗砂及軟巖土層，項目前期使用沖擊反循環鉆機進行施工，在作業面以下7～10 m細砂土層中表現良好，成孔效率高且不易塌孔。10～40 m粉質黏土摻雜不均勻鈣質結層中鉆進效率低，最長單孔時長達28 h，鉆頭鉆桿損壞較大;40～45 m中、微風化巖石土層中無法鉆進。體型小，可多臺同時作業，本場地最大容量3臺同時作業，需要3個泥漿池配合作業，場地污染嚴重[5]。

回轉鉆機方案：適用于黏性土、粉砂、細砂、中粗砂土層。回轉鉆機本場地作業面以下7～10 m細砂土層中表現良好，成孔效率高且不易塌孔;10～40 m粉質黏土摻雜不均勻鈣質結層中鉆進效率極低，基本無法有效作業。回轉鉆機體型小，可多臺同時作業。

沖擊錘機方案：適用于粉土、砂土、碎石土、風化巖層，粉土及砂土中成孔效率低，本場地最長單成孔時長7 d，巖層中成孔效率高。沖擊錘機移動不靈活，樁機架設時間較長。

4 組合施工方案對比分析

經分析，正、反循環鉆機均無法單獨完成成孔作業，旋挖鉆機可單獨完成作業，針對細砂土層塌孔風險大，沖擊錘單獨成孔施工效率極低，結合現場實際情況，本項目可采用施工機械組合方案（見表2）。本研究僅對兩種經濟、合理、效率高的組合施工方案進行對比分析。

第一，3臺沖擊反循環鉆機+1臺沖擊錘組合方案。該方案較好地完成了泥漿護壁，能有效解決砂土成孔過程中的塌孔問題。沖擊反循環鉆機體型不大、移動靈活，因此，可多臺機械同時作業施工。本場地可同時容納3臺沖擊反循環鉆機和1臺沖擊錘施工，機械租賃費用較經濟。但該方案泥漿池數量較多，現場泥漿污染嚴重，泥漿池需要經常清理，對現場機械配合要求較高、容錯率低。沖擊反循環鉆機為輪胎式，對場地要求較高，沖擊錘架設、調整時間較長，因此，施工效率一般，每天成樁4～5根。

第二，1臺回轉鉆機+1臺旋挖機組合方案。該方案前端采用回轉鉆機施工，較好地完成了泥漿護壁，能有效解決砂土成孔過程中的塌孔問題，回轉鉆機和履帶式旋挖機移動靈活、架設調整時間短、旋挖機施工效率高、受場地影響小。泥漿池數量較少，現場泥漿污染小，旋挖孔渣可用鏟車及時清理，泥漿池不需要經常清理，對現場機械配合要求較低、容錯率高。因此，施工效率較高，每天成樁6～8根。但該方案旋挖鉆機體型較大，對于狹小場地無法多臺同時作業;日租賃費用較高，經濟性略差。

根據業主對工期的要求，本工程最終選用組合施工方案中的回轉鉆機+旋挖機組合方案。

5 結論

鄭州新時代商務中心3#樓樁基分部工程，地下水豐富、地質條件復雜多變，施工過程中多工種交叉作業、施工場地狹小，如何選取合理的方案關系到項目成敗。本文通過對比分析各種適用機械施工方案及多種組合機械施工方案，并在施工過程中進行實踐探索，引入兩種機械組合接力施工工法。其中，反循環鉆機+沖擊錘組合方案較為經濟，回轉鉆機+旋挖機組合方案的效率高，能保證施工進度。同時，兩種方案在成孔質量、工作效率等方面均表現良好，可推廣使用。

參考文獻：

[1]王慶軍，武坤倫.旋挖鉆機和回轉鉆機合成孔在鉆孔灌注樁中的應用[J].價值工程，2014（2）：129-130.

[2]韓善羽.淺談深樁鉆孔復式接力施工[J].江西建材，2014（19）：52-55.

[3]沈育龍，楊統元，丁恩亮，等.電鉆+旋挖接力鉆孔灌注樁施工技術應用[J].安裝，2017（9）：58-61.

[4]鄭剛，焦瑩.深基坑工程設計理論與工程應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2010：33.

[5]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009：68-92.

3907500338235