長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術在承壓水地質(zhì)條件中的應用

先杰 范程 上海三航奔騰海洋工程有限公司

灌注樁是在工程領域中最實用和使用領域最廣的一種樁型，其適應地質(zhì)較為廣泛，可解決一些復雜的地質(zhì)問題。針對承壓水地質(zhì)條件，灌注樁傳統(tǒng)施工工藝成本較高，且成樁質(zhì)量風險較高。相反，長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝較傳統(tǒng)工藝具有施工效率高，成樁質(zhì)量好的優(yōu)點。

1.長螺旋鉆孔壓灌樁

長螺旋鉆孔壓灌樁主要是基于CFG、CIP等多種工法上擴展延伸的一種應用于地基處理的新型施工工藝，也是目前國家住房與城鄉(xiāng)建設部連續(xù)多年力推的建筑業(yè)十項新技術之一。長螺旋壓灌樁主要是長螺旋樁機鉆孔，通過螺旋鉆桿泵送成樁，履帶吊振動插入鋼筋籠。近些年來,這種成樁技術逐步在我國工業(yè)與民用建筑工程中得到推廣，長螺旋鉆機示意圖見圖1所示。

1.1 優(yōu)點

長螺旋鉆孔壓灌樁具有特殊地質(zhì)的針對性以及廣泛的適應性，該樁型與其他傳統(tǒng)樁型相比,有以下的優(yōu)點。

（1）樁身承載力高。長螺旋鉆孔壓灌樁是通過螺桿鉆進擠壓排出土體，能有效加固樁周土，且穿透力極強，能同時增加樁身摩阻力以及樁端端阻力，樁體通過高壓灌注加強樁身混凝土密實度，能有效提高樁身混凝土強度。

（2）施工效率高、工藝無污染。通過螺旋鉆機成孔，螺桿旋轉帶出土體，無須泥漿護壁，不依賴于泥漿，施工過程無污泥形成，最大限度降低了對環(huán)境的不利影響。

（3）施工速度快、成本低。長螺旋樁機鉆進成孔，無泥漿置換工序，成孔速度快，混凝土泵送壓灌，鋼筋籠整體振動插入成樁，不受鋼筋籠拼接工序影響，施工效率高，是傳統(tǒng)灌注樁施工效率的8-10倍，成樁施工速度快，整體成本低。

圖1 長螺旋鉆機示意圖

1.2 適用范圍

長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝對于填土層、淤泥質(zhì)土層、粉砂粉土層以及滲透系數(shù)大的砂礫層、卵石層、強風化巖層均適用。但與普通灌注樁施工工藝不同，該工藝所需設備多，自重大，通常使用于樁基數(shù)量大，施工場地開闊且具有一定承載力的工程。

2.工程應用

2.1 工程概況

曹娥江上浦船閘及航道工程第2標段為船閘工程，其船閘主體采用塢式結構，船閘主體總長223.5m，其中上閘首長度31m，下閘首27.5m，閘室165m，有效寬度23m，上、下游引航道各3 0 0 m。本工程鋼筋混凝土灌注樁以及素混凝土灌注樁共1632根，樁徑800-1000mm，最大樁長40m。工程原地面高程+6.5m，承壓水高程可達+1.9m，基坑開挖至-2.0m后開始進行灌注樁施工，受承壓水影響，傳統(tǒng)灌注樁工藝成樁困難。

2.2 承壓水地質(zhì)條件

根據(jù)本工程的地質(zhì)勘查資料，本工程的地質(zhì)結構由上至下主要有：填土層，淤泥質(zhì)黏土層，粉土粉砂層，圓礫卵石層，淤泥質(zhì)黏土層、強、中風化巖層。基坑開挖后地質(zhì)層主要為粉土粉砂層，圓礫卵石層、淤泥質(zhì)黏土層以及強中風化巖層。

承壓水分布于中下部，含水層主要為粉土粉砂層、圓礫卵石層，水位隨曹娥江水位變化不大，富水性中等至豐富，具有承壓性，其單井涌水量大于1000噸/日。基巖裂隙水存在于基巖的孔隙裂隙和構造裂隙中，巖性主要為白堊系下統(tǒng)壽昌組凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖，水量較為貧乏。

圖2 施工工藝流程圖

表1 主要檢查項目及控制指標

表2 樁身檢測情況匯總表

2.3 工藝選擇

地質(zhì)分布粉砂、圓礫、卵石層富含承壓水特性，單井涌水量較大，灌注樁施工難度大，施工前通過試樁情況進行工藝選擇。

（1）沖孔灌注樁施工工藝。灌注樁地質(zhì)層中有較厚圓礫卵石層，卵石粒徑較大，普通正循環(huán)施工工藝難以進行，試樁采用沖擊成孔工藝，利用膨潤土與黏土進行泥漿護壁，水下灌注成樁。試樁過程中，受承壓水影響，砂礫層發(fā)生坍塌，承壓水上涌，泥漿護壁失效，黃土回填后，再次成孔，仍然坍塌。

（2）長螺旋鉆孔壓灌施工工藝。根據(jù)地勘資料，選擇沖孔工藝施工地質(zhì)相同區(qū)域，進行長螺旋鉆孔壓灌工藝試樁施工，通過長螺旋樁機鉆進，隨著螺桿鉆頭鉆進至設計樁底標高，無承壓水涌出，混凝土泵送壓灌，鋼筋籠震動安放，試樁結束。樁身檢測完整性較好，長螺旋鉆孔壓灌樁試樁成功。

延伸分析，傳統(tǒng)沖孔灌注樁施工工藝在本工程地質(zhì)中采用全護筒跟進施工方法可克服承壓水以及砂礫層施工影響，但其成孔施工難度大，效率低，成本高，因此采用長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝。

3.長螺旋灌注樁施工技術

長螺旋鉆孔壓灌樁施工期間配備挖機以及履帶吊設備，設備自重較大，對現(xiàn)場場地要求較高，施工前應做好施工準備，包括場地整平，定位護筒埋設以及工作井的打設，為成孔與鋼筋籠拼接施工提供條件。鋼筋籠制作采用自動化滾焊機分節(jié)制作成型，運至現(xiàn)場吊放于工作井內(nèi)進行拼接。

施工前首先埋設定位護筒，樁機根據(jù)護筒中心定位，通過測量鉆桿垂直度調(diào)直鉆桿，下鉆至設計標高，采用混凝土輸送泵通過空心螺旋鉆桿將混凝土泵送入孔，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁。混凝土樁成型后移開樁機，履帶吊吊放震桿與鋼筋籠，通過導向裝置振動下放鋼筋籠直至設計標高，拔除震桿后，樁體混凝土下降，樁機復位進行混凝土回灌，直至樁頂標高。

長螺旋鉆孔壓灌工藝流程如圖2。

4.施工質(zhì)量控制措施

4.1 施工工序關鍵點控制

開工前要對地下障礙進行探摸處理，并整理地坪，施工前核實樁位并檢查鋼筋籠主筋螺旋筋焊接質(zhì)量。成孔鉆進須控制好鉆桿垂直度、鉆頭標高，灌注過程不但要控制好石子粒徑、砼塌落度、和易性、泵送混凝土連續(xù)性、樁頂標高，尤其需要重點控制鉆桿的提升速度，保證泵送提升過程鉆頭的埋深，確保施工過程中不因為提升速度過快導致斷樁情況發(fā)生；灌注后鋼筋震放要重點控制鋼筋籠保護塊、垂直度、籠頂標高控制以及成樁過程的試塊留置、成品保護等。主要檢查項目及控制指標如表1所示。

4.2 樁身檢測方法

目前對于樁身質(zhì)量檢測的研究較多，形成了不同的方法，常用的主要是高、低應變檢測、鉆孔取芯檢測、超聲波檢測、單樁豎向靜載試驗等。在本項目中為檢測承壓水地質(zhì)條件下長螺旋壓灌工藝對灌注樁成型后的質(zhì)量情況，采用低應變檢測樁身完整性，鉆孔取芯校核樁長、混凝土強度以及樁身完整性，高應變檢測樁身承載力。

4.3 檢測結果

本工程樁基按低應變10 0%、高應變5%、鉆孔取芯1%進行檢測，上、下閘首鋼筋混凝土灌注樁236 根，均為I類樁，樁身檢測情況見表2。

根據(jù)本次檢測的結果表明，長螺旋鉆孔壓灌樁的樁長、樁身強度、單樁承載力均已經(jīng)達到了設計要求，樁身完整性良好，進一步證明了長螺旋灌注樁在承壓水地質(zhì)條件下施工質(zhì)量較好的優(yōu)勢與潛在的經(jīng)濟效益。

5.小結

長螺旋鉆孔壓灌樁雖常用于地基加固處理，但仍未廣泛應用于樁基工程。本文介紹了長螺旋壓灌工藝與傳統(tǒng)灌注樁施工工藝的區(qū)別，以及在承壓水條件下長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝的適應性，并通過成樁質(zhì)量檢測驗證其施工工藝可克服承壓水等不良地質(zhì)帶來的影響，可為類似項目提供借鑒和參考。