高回填區旋挖鉆孔灌注樁施工技術

陳峰

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 浙江 杭州 311122

近年來，許多施工建設單位在進行高回填區的旋挖鉆孔管柱樁的施工時，摒棄的以往的人工施工方式，而是采用機械化和自動化的施工技術，大大提高的施工的效率和質量。主要的原因是因為人工作業的施工難度較大，面臨的施工環境比較惡劣，并且施工的質量難以保障；而在轉變為機械施工之后，機械鉆孔的自動化程度更高，具有人工難以比擬的優越性，并且還能夠提升施工的效率和鉆孔的精準度，因而近年來逐步實現了機械對人工的替代。針對機械的施工技術，也有著多種多樣的要求與規范，這些施工的規范對于施工的效果起到至關重要的作用，下面將首先對旋挖鉆孔灌注樁技術的主要工具旋挖鉆機進行簡要的介紹。

1 旋挖鉆機的發展與應用

旋挖鉆機又稱回轉斗鉆機，是重要的鉆孔施工設備，主要的用途是對高層建筑和橋梁基礎建筑進行相關的鉆孔灌注樁施工，并輔助完成施工的任務和效果。旋挖機在施工中的應用起源于二十世紀九十年代，但是最開始的施工設備機身比較大，不容易進行精細化的施工和在比較狹窄的環境中使用，這也阻礙了旋挖鉆機的的應用與推廣。而近年來，隨著旋挖鉆機的體積不斷的縮小，使得旋挖鉆機的使用條件要求大大降低了，小型旋挖鉆機的使用更加靈活，在比較狹小的地區進行使用也不會受到地形的限制，因而十分方便。小型旋挖鉆機的使用是通過把回轉斗配在多功能步履式樁架上，并且在鉆頭旋轉時切土進入土斗，滿裝后，停止旋轉提出孔外，打開土斗棄土，并再次進入孔中旋轉切土，重復進行直至成孔。不僅如此，旋挖鉆機還能夠減少噪音的干擾，在施工的過程中減少對于能量的消耗，并在此基礎之上提高鉆孔的速度。以上的種種優勢都使得旋挖鉆機能夠得以快速的推廣與應用，并且對回轉斗工法嵌巖施工，也起到了一定的推動作用。

2 高回填區鉆孔施工難點

2.1 全面考察土壤的結構

土壤的結構對于高回填區的施工有著十分重要的影響，并且對于施工的效果起到至關重要的作用。回填土主要是由砂巖和泥巖碎石等構成的，均勻性較差，結構比較松散，因而在這樣的土層進行施工的難度比較大，需要較為專業的設備和技術進行處理與維護。在施工之前對土壤的結構進行考察與分析也成為了一項十分關鍵的準備，具體操作層面來說，首先要對土壤的承載力進行準確的估算，使用檢測設備進行土壤層的深度與土壤結構組成進行分析來確認土壤的承受能力最大限度，在此基礎上選擇較為合理的施工計劃與操作流程，不同的操作流程會帶來不同的壓力，并對土壤的結構造成不同的改變。因此，在進行施工之前從總體上考察施工的土壤結構是十分必要且需要細致的處理的。

2.2 對施工的流程進行合理化的設計

施工的流程是影響高回填區的旋挖鉆孔灌注樁施工的重要因素之一，并且對施工的效果起到關鍵的影響。通過對有關的流程進行合理化的設計可以最大限度的減少施工中可能出現的棘手問題與突發狀況，起到防范于未然的作用。考慮到高回填區的土壤結構以及最終的施工目標之間存在的問題，需要進一步對流程合理的控制與維護，保障其施工的安全與合理進行。施工的流程不僅關系到灌注樁的質量安全，還會對施工的成本控制產生重要的影響，因而進行合理的施工流程設計是進行技術安全的重要前提和難點[1]。

2.3 考察施工地區的水文條件

水文條件是影響高回填去旋挖鉆孔灌注樁施工效果重要影響因素，它的監測也是一項施工和測量的重難點。只有通過規范的測量和進一步的檢測與維護才能夠保障施工的順利進行與合理的檢測效果。在具體的檢測與測量的過程中，首先要對有關的影響水文條件的因素進行全面的排查與監測，尤其是在容易出現雨水的季節要格外注意有關水文環境的變化，落實水文環境對實地施工的影響，進而根據有關的數據進行綜合分析與評價，得出水文條件的綜合報告。人工回填的土壤一般質地會比較松散，因而水文條件對于回填的效果起到之分重要的影響作用。

3 高回填區旋挖鉆孔灌注樁施工技術

3.1 旋挖設備的選型

旋挖設備是進行高回填區的旋挖鉆孔灌注樁施工的主要施工設備，旋挖設備的選擇一定程度上要綜合考慮水文條件以及土壤結構等多方面的因素，才能使得其達到比較好的施工效果。旋挖設備一般需要綜合考量其鉆孔能力以及自身的重量等因素，因為高回填土的土壤結構比較松散，因而大型的旋挖設備一般難以進行較為靈活的操作，對施工場地的要求也比較高，不適合進行小規模的作業，因而就需要體積較小比較靈活方便的設備進行操作。除此之外，對于有關的技術設備，還需要對其性能進行進一步的考量與監測，例如，機鎖式鉆桿的機構較為復雜，使用起來的靈活性比較高，一般比較適合在地質條件較為復雜的地區進行使用，并且需要在地面承受能力較強的地面進行施工，較為適合的施工地面是雜填土和淤泥等地區。綜上所述，旋挖鉆機的使用與選擇主要是依靠樁孔直徑和鉆孔深度等[2]。

3.2 沉渣的有關控制技術

沉渣的處理是高回填區旋挖鉆孔灌注樁的重點處理技術，其處理的好壞將會直接影響到施工的效果，因而對沉渣的處理與控制是極為關鍵的處理技術。一般來說，需要控制沉渣的深度在小于等于50mm的施工要求，否則將會影響混凝土與基巖結合的承載能力。對于回填深度超過21m、樁長超過35m的情況，要達到沉渣的處理要求十分的困難，因而需要對其進行進一步的分析與控制。一般來說，影響沉渣控制的主要因素包括：鋼筋骨架在吊放時碰刮孔壁的情況，以及清理后的混凝土的澆筑情況等等。除此之外，外部環境的影響也不容忽視，雨水等自然環境也將會對沉渣的深度產生影響，還會削弱對機械的控制，導致難以對沉渣的深度進行及時的處理。針對以上的問題，通常需要采取的措施包括：當鉆孔鉆探到位之后，用鉆機重新探測深度，并將殘留的渣土吸收干凈，確保施工的準確；在鋼筋吊裝完成之后，還要對其進行二次清理，一般會采用高壓送風的方式進行，這樣可以在最大限度上減少沉渣控制不當的狀況發生。

3.3 高回填區域塌孔的有關控制技術

高回填區的施工要求具有較為靈活的施工條件和全方位的控制，否則將會對施工的順利進行造成嚴重的影響。在對土石方進行施工的過程中，如果沒有對回填土層進行充分的夯實與碾壓等步驟，在施工的場地中容易造成雨水的聚集和積壓，從而對施工條件造成破壞，不利于進一步的施工，還容易導致回填的雜土的含水量過大，進而威脅孔壁的安全性。面對這樣的問題，主要的控制手段包括：使用挖土機及時投入粘度比較高的濕度合適的黏土，并用鉆機加壓將黏土壓入孔壁，形成致密的又穩定的保護層，對塌孔起到一定的保護與穩定的作用；除此之外，還可以向孔內澆筑比較低強度的黏土來進行粘合，防治局部集中荷載和機械的過度振動，以加強高回填區域的塌孔的控制強度與質量[3]。

3.4 漏漿與縮徑的有關控制技術

高回填區的土壤主要是由雜填土、黏土和淤泥質土構成的，并且十分容易造成結構性的不穩定，主要是漏漿和直徑不合理等問題。并且結構性的問題還容易造成土壤結構的不穩定和混凝土不密實的問題，從而威脅到整體的施工的安全性。與此同時，由于軟土層的土體流動性比較大，孔壁處的土體在周圍水平土的壓力的作用下，向孔內產生一定的位移而引起直徑的減小。針對上述的問題，主要的處理對策包括：配置密度較高的保護層，保護層的材質主要是水泥漿，這樣可以有效的保障保護層的厚度，從而產生足夠的泥漿壓力來對抗可能會產生的孔壁上的直徑的縮小的壓力，從而起到防止直徑縮小的作用；除此之外，針對不方便使用泥漿進行操作的區域，還可以采用預注漿的方式來對減少漏漿和縮徑發生的可能性，并通過對預注漿的過程來達到防范和調整的作用，進而使得施工的穩定性大大提高。

3.5 灌注混凝土有關的施工控制技術

在進行混凝土的灌注之前，要首先在孔口安裝孔口漏斗，這樣可以起到保護鋼筋骨架的作用，接下來在安裝完鋼筋骨架之后再進行導管等設備的安裝，有助于進行檢測與維護[4]。在具體的混凝土澆筑環節，最好應當保障澆筑的連續性，這樣不僅可以提高澆筑的工作效率，還能夠起到保障施工質量的效果。同時，澆筑的時間不宜過長，保持導管埋入孔內的深度不小于1m，當灌注的混凝土到達鋼筋骨架底部時，要逐步的減慢灌注的速度，指導混凝土灌注到四米的時候，再提升導管使其底口高于鋼筋骨架底部兩米以上再恢復正常的澆筑速度。并且還要注意，在灌注的過程中要時刻關注速度與深度，確保灌注的過程在可以控制的范圍之內，避免發生混凝土溢出的問題，使得混凝土灌注達到較好的施工效果。

4 高回填區旋挖鉆孔灌注樁施工實例

4.1 工程概況

某市有一處超高層公寓樓要進行施工，最大單樁軸力約為6000KN，鋼管混凝土框筒結構，核心筒部分嵌巖鉆孔樁直徑分別為1200mm、1400mm、1500mm等，共140根。單樁極限承載力要求達到14300KN、19600KN、22500KN。根據設計規定，樁端嵌巖深度不小于1.0m。據巖土工程勘察報告分析，此巖層的分布范圍在自然地坪下62~67m范圍內，進入此層達到嵌巖要求后，單樁豎向承載力特征值平均可達到25562KN，滿足設計承載力要求[5]。

4.2 導向護筒埋設

旋挖樁機對定位樁中心對中的正確率要求較高，誤差的允許值僅為2cm。因此為確保天車、主動鉆桿中心、樁位三點一線，需首先將定位樁中心用十字線外引，并打入引樁。通過將引樁的十字線進行交叉的方式作為護筒埋設的中心，并以此為依據進行進一步的旋挖機工作。鐵架的中心，不僅包括以上的旋挖機確定的中心，還包括根據旋挖機斗底面做相同的園鐵架，此鐵架的中心，即為樁中心。在確定中心之后，要進行灌水，進行導管的鋪設，在鋪設的過程中要加強對旋轉鉆頭的檢測，確保開孔的尺寸和大小符合設計的要求。旋挖機成孔的導向護筒比普通鉆機的護筒要長，一般約3.5m左右。除此之外，要充分的利用好導向管的定位作用，將導向管的左右兩端進行垂直的挖掘，保障施工的精準程度。在護筒定位完畢之后，周邊用粘性土回填和分層夯實，測量筒頂水平面標高，并詳細填寫開工通知書上報監理部[6]。

4.3 成孔嵌巖

本工程選用的是國產東明TRM220系列旋挖機，該鉆機動力頭扭矩為220KN·M，旋挖速度6~20轉/分，加壓力為180KN·M，在轉速和扭矩的自適應控制、立柱垂直度自動檢測、平臺回轉自動對準、鉆孔深度的自動控制方面均采用了國內先進技術。根據機器的特點，在鉆孔過程中，監理應根據地質情況觀察進尺速度，在軟土地層時，可適當加快鉆進速度；當進入硬土層時，要慢速鉆進；在易縮徑的粘土層，應適當增加掃孔次數；對中砂層，則采用慢鉆速慢鉆進，并適當增加穩定液的密度和粘度。進入強風化層，監理就要求施工方及時取出巖樣，與地質勘察圖的鉆孔柱狀圖進行比對，并測量孔深[7]。一旦進入中風化巖，監理就在鉆斗卸土中現場取樣，與地質勘察隊放置在現場的鉆孔巖樣進行比較，然后測量鉆機的進巖深度，確保每一成孔嵌巖均能達到設計要求。與此同時，要防止提升速度過快對孔壁造成的沖突，容易引起坍孔。

5 結束語

綜上所述，針對高回填區本身的結構性的特點，在進行旋挖鉆孔灌注樁的施工操作時，要注重對于施工工具的選擇以及技術流程上的規劃，從多方面綜合保障高回填區施工的高效進行。旋挖樁機施工主要是以它高效、低噪、環保、機械化程度高、成樁質量好等優點，近期在我國迅速發展，但從施工實踐看，它更適合于軟土層地基。因而對于高回填區的施工，需要對有關的施工機械進行靈活的選擇，保障其在在粉土、粉砂、淤泥質粉質粘土、中細沙等土層中進行旋挖游刃有余。同時，考慮到旋挖施工的優勢，還需要針對施工的過程中可能出現的各種問題進行有針對性的解決與維護，并不斷對高回填區旋挖鉆孔灌注樁施工技術進行探索與優化，推動高回填區的施工效果與質量。