大面積填石區域旋挖成孔灌注樁施工工藝研究

衷敬鋒 （南昌城建集團有限公司，江西 南昌 330100）

0 前言

旋挖鉆機因其施工效率高、噪聲污染小、功能組合全等特點，在混凝土灌注樁施工領域已占據主力機型的位置[1]。由于樁基施工的工藝差異大、地層變化復雜，加之施工過程中或之后機械開挖的碰撞，都會導致樁身結構出現一系列缺陷。缺陷一定程度上影響樁的正常工作性狀，從而產生潛在危險，故而施工過程中應對地質勘查報告和試樁進行分析，選擇合適的施工工藝，避免灌注樁出現一些質量通病。

本文基于贛鐵九龍府四期項目，因D 地塊樁基施工過程中現場中部區域實際地質情況與勘察報告揭示的嚴重不一致，旋挖灌注樁采用常規的施工方法難以施工。為克服施工地質情況復雜的施工環境，經過充分考慮，決定創新現有施工工藝來降低施工過程成本并確保施工質量、工期。最終成功自主研發了一種填石區域旋挖成孔灌注樁的施工工藝，并對現場的施工情況進行了調查和詳細的數據采集分析，旨在為大面積填石區域旋挖成孔灌注樁施工提供一種新的思路，并為后續類似項目施工提供可靠依據。

1 項目概況

贛鐵九龍府四期項目位于江西省南昌市紅谷灘新區內學府南大道和祥云大道交叉口東南側，分為D、G 兩個地塊。本工程基礎采用旋挖灌注樁，樁長為11～20m，總樁數為1306 根。項目D 地塊在試樁施工過程中用挖機探明基坑底中部區域表面約有7700m2的4m 左右厚填石層（粒徑一般為直徑大于50cm的中分化粉砂巖塊石），受填石影響施工的樁有231 根。現場填石照片和已探明的區域如圖1所示。

圖1 填石照片和已探明的區域

根據常規樁基施工經驗，用長鋼護筒護壁成孔施工。實際施工過程中用打拔機將長鋼護筒往地下壓，下壓過程中不僅造成長鋼護筒變形，而且在下壓過程中鋼護筒已經嚴重傾斜，難以施工。

2 施工方案選擇

由于工程總體規模較大，因部分原因導致填石區域地塊工期整體滯后，進而導致填石區域工程樁施工時間需壓縮，不然會影響后續工作及整體工期。同時，樁基施工要求在確保質量的前提下不得增加較多費用，且工程創優和樁基質量要求高，故項目需在施工工藝上尋求創新和改變。

2.1 方案提出

通過對相關文獻的檢索，已有眾多項目對填石等復雜地質條件下的旋挖鉆孔樁施工進行了分析研究[2-6]。但這些項目施工過程中均可以埋設長鋼護筒，而本項目在下長護筒過程中已造成護筒的偏位和變形，且填石均在表層，難以下護筒。通過對填石區樁基施工作業面廣、難度大、復雜等因素進行分析，提出如下可供選擇的方案。

①填石區域換填+常規旋挖成孔灌注樁施工。

將填石區域的4m 厚左右的填石清除，用穩定性好的黏土進行回填并壓實；在回填的過程中穿插旋挖成孔灌注樁施工，節省工期。

②改變施工工藝，采用沖孔灌注樁。

沖孔灌注樁由沖孔機沖擊成孔，然后放入鋼筋籠再灌注混凝土而成。

③潛孔鉆機破碎填石+常規旋挖灌注樁施工。

對常規旋挖成孔灌注樁施工方法進行創新，利用圍護的施工機械錨桿鉆機（潛孔鉆機）將樁附近的填石解體，解體完并用打拔機下長鋼護筒后采用常規旋挖成孔灌注樁施工。

2.2 方案對比

對上述三個方案從可實施性、經濟合理性、工期、其他影響等方位進行分析評估與優選，詳見表1。

表1 方案對比分析表

對比分析三種方案，方案1 需投入大量措施成本，較為不經濟；方案2 施工難度大，質量較難管控；方案3 潛孔鉆機破碎填石+常規旋挖灌注樁施工在技術、操作難易程度、經濟合理性等方面更具優勢，故選擇其作為可行方案。

3 重難點分析

對潛孔鉆機破碎填石+常規旋挖成孔灌注樁施工進行探討研究，對于實施流程、施工過程中的測量控制、質量控制等施工的要素進行分析，得出共有3 個重難點亟需解決：在用潛孔鉆機破碎填石的過程中，采用何種方式進行破碎能節省施工時間、減少工效浪費；解體填石和打拔長護筒時過程中會對樁位造成影響，樁位測量如何控制；打拔長護筒過程中如何施打才能確保鋼護筒垂直度。根據3 個重難點，制定了專門的對策及應對措施，如表2所示。

表2 重難點分析表

4 對策實施

4.1 “圍點打圓”的方式解體填石

采用“圍點打圓”的方式解體填石，利用全站儀將護筒及鉆頭位置投放好，如圖2 所示。用直徑16mm、長200mm的鋼筋打入地下作標記，沿鋼護筒位置拋撒白灰線，如圖3 所示。沿拋撒的白灰線利用潛孔鉆機鉆孔以確保長鋼護筒穿過填石區域，如圖4所示。

圖2 護筒及鉆頭放樣位置圖

圖3 現場圍點打圓放樣

圖4 采用潛孔鉆機解體填石

根據護筒和鉆頭位置進行現場放樣，明確采用潛孔鉆機平均2～3h 解體一個樁位，并順利打下長護筒，解決了該工藝的核心問題，確保一臺機械三個臺班可施工10根以上的樁。

4.2 增加測量工序

潛孔鉆機完成每一根的填石解體破碎后，均應對之前測放好樁位標志偏差進行復測。打拔完長護筒后復測樁位和長鋼護筒的偏差，如圖5所示。

圖5 樁位復測照片

圖6 打拔機下對稱打長護筒

圖7 施工流程圖

經過兩道增加的樁位復測和修正的測量程序，對成孔后的樁位進行復測，樁位滿足要求。

4.3 對稱施打長護筒

對稱均勻地施打長鋼護筒，通過振動使護筒穿過填石層，確保護筒底端進入原土層內不少于0.5m。

在打拔機下對稱打長護筒時，安排專人修正垂直度。在旋挖鉆機成孔后對樁孔的垂直度、長護筒的垂直度和變形進行測量，結構均滿足要求。

4.4 施工工藝流程

通過試樁驗證方案可行，故制定了“圍點打圓”潛孔鉆機破碎填石+常規旋挖成孔灌注樁施工總體流程。

4.4.1 樁基放樣及護筒周邊范圍放樣

①樁基放樣

采用全站儀將樁位投放好，并用長鋼筋做定位標記，要求樁位的放樣偏差不超過5mm。

②護筒周邊范圍放樣

以樁位為中心，沿長鋼護筒圓周范圍拋撒白灰放樣。平面圓周范圍的參考依據：樁徑為700mm 的工程樁采用斷面直徑為850mm 的長鋼護筒；樁徑為800mm 的工程樁采用斷面直徑為900mm 的長鋼護筒；樁徑為900mm 的工程樁采用斷面直徑為1000mm 的長鋼護筒，長鋼護筒的壁厚不小于10mm。

4.4.2 潛孔鉆機解體破碎填石

沿拋撒的白灰線每間隔200mm 鉆一個孔，利用鉆機潛孔錘的沖擊破碎解體護筒必須穿過的填石區域。以潛孔錘從上到下由在填石層中有空氣錘振動噪音變為在原土層內無聲無息作為鉆孔穿透填石層的判定依據。

4.4.3 復測樁位

潛孔鉆機破碎解體填石過程中可能會因填石層的擠壓或施工機械、人員的碰撞等因素導致樁位標志擾動，從而導致之前測放好的樁位產生偏差。所以在潛孔鉆機每完成一根填石破碎解體后，均應對之前的樁位標志進行復測偏差，確保樁位標志偏差在合理范圍內。

4.4.4 打拔機打下長鋼護筒

采用打拔機將長度5m、壁厚10mm的鋼護筒對準被擊碎解體的填石區域，均勻對稱地將護筒振動打穿填石層，使長護筒埋入原土層內不少于0.5m。

4.4.5 復測樁位和長鋼護筒

為防止施工對鋼護筒豎向和水平向的影響，護筒埋設好后最后一次復測樁位和鋼護筒的偏差，做到樁位偏差≤5mm、鋼護筒中心與樁位中心偏差≤50mm、鋼護筒垂直度偏差≤1%。

4.4.6 旋挖鉆機干作業成孔

樁位和長鋼護筒的偏差滿足要求后即可采用旋挖鉆機進行干作業成孔。若填石層內出現因填石粒徑大難以旋挖施工的情況，可重復采用潛孔鉆機對長鋼護筒內的填石進行破碎。

5 施工工藝效果

“圍點打圓”潛孔鉆機破碎填石+常規旋挖灌注樁施工的核心工藝是利用潛孔鉆機破碎解體填石后再進行旋挖鉆機干作業成孔，該工藝只增加了潛孔鉆機的臺班費，但節省了換填和樁基成本，同時填石區域工程樁均未出現斷樁、夾泥等質量缺陷，檢測后均為一類樁，樁基施工質量得到保證。

該工藝在施工過程中可提前采用潛孔鉆機解體破碎填石，有一定數量的樁位提供給旋挖機進行施工，確保旋挖作業的連續性，能縮短施工工期，且對周邊環境造成較小影響，為項目推進起到了重要的作用。

6 結語

對不同地質情況下樁基施工進行深入的探討與研究，根據實際施工情況，系統全面地考慮施工過程中存在的問題，在提出詳細可靠對策的同時，研發了針對填石地質情況下旋挖鉆施工的新型施工工藝，圓滿克服了工程原有的施工難點。

從施工與深化設計兩方面進行措施考慮，保證施工100%按要求進行實施。從最終的效果檢查可以看出，此項施工工藝達到了提高施工效率、確保施工質量、創造經濟效益的效果，對在大面積填石區域處理類似工程實踐具有現實意義。