張威 曹汝義

(中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

1 工程概況

航天首府一期深基坑工程位于湖北武漢，該基坑緊鄰“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一隧”武漢長(zhǎng)江隧道。場(chǎng)地地貌屬長(zhǎng)江南岸一級(jí)階地，地下水豐富。地下室為2層，基坑開挖深度8.9 m～11.2 m，形狀呈不規(guī)則矩形，長(zhǎng)約226 m，寬約165 m，開挖面積約為28500 m2。

該基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁+雙圓環(huán)內(nèi)支撐+樁間攪拌樁止水的支護(hù)方案，其中支護(hù)樁576根，立柱樁134根，樁徑有1000 mm和1200 mm兩種，樁心間距1500 mm，樁長(zhǎng)20 m～24 m不等。

2 成樁設(shè)備及工藝選型

基坑支護(hù)樁設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，并未明確采取何種成孔工藝。進(jìn)場(chǎng)前工程樁正在同時(shí)施工(8臺(tái)GPS-15回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，2臺(tái)靜壓樁機(jī))，場(chǎng)內(nèi)網(wǎng)電容量600 kVA，已無(wú)富余?；又苓呡^平整，鑒于工期緊，柴油發(fā)電成本又過(guò)高，綜合考慮采用2臺(tái)SR250型旋挖鉆機(jī)施工支護(hù)樁。施工到近一半時(shí)，隨著雨季的到來(lái)，場(chǎng)地泥濘不堪，雖多次鋪填磚渣硬化道路，但收效甚微。加上工程樁施工完后遺留的泥漿坑未清理徹底，立柱樁樁位較分散，旋挖鉆機(jī)施工需要大面積修建臨時(shí)道路，勢(shì)必使成本增加，不得已將旋挖鉆機(jī)退場(chǎng)換成5臺(tái)GPS-15型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)繼續(xù)施工，克服了場(chǎng)地陷機(jī)和交叉施工的影響。

工程所在地以前是一所學(xué)校，拆遷時(shí)未對(duì)建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行清理。施工中回轉(zhuǎn)鉆和旋挖鉆都碰到了埋深較深的不明障礙物，嘗試用反鏟開挖清除無(wú)法奏效，只能采用CK1500型沖擊鉆強(qiáng)行往下砸穿透地障到達(dá)設(shè)計(jì)孔深成孔(事后開挖基坑揭示不明地障是成片的老建筑物的鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，埋深在－5 m以下)。

通過(guò)三種成孔工藝的組合圓滿完成了支護(hù)樁和立柱樁的施工，其中旋挖鉆施工379根樁，回轉(zhuǎn)鉆施工267根樁，沖擊鉆施工64根樁。

3 各成孔工藝的特點(diǎn)

旋挖鉆、回轉(zhuǎn)鉆、沖擊鉆這三種鉆孔灌注樁除成孔工藝不同外，其他工藝如鉆孔定位、護(hù)筒埋設(shè)、泥漿制作、清孔、鋼筋籠制作安裝、混凝土灌注基本完全相同。

3.1 旋挖鉆施工特點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

1)工效高。旋挖樁機(jī)靠帶有活門的筒式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，將其裝入鉆斗內(nèi)提升運(yùn)至地面，無(wú)需將巖土攪碎靠泥漿返出孔外，施工效率在適合的地層同比鉆、沖孔樁機(jī)可提高5倍～6倍甚至更高。2)自動(dòng)化程度高。采用履帶式底盤，可自行行走，移機(jī)方便。通過(guò)機(jī)身電腦控制樁位、深度、垂直度、鉆壓，不需要人工進(jìn)行鉆桿的拆除和組裝，可降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)精度。3)噪聲小。旋挖樁機(jī)施工的噪聲主要來(lái)自機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音和鉆筒倒渣時(shí)的活門撞擊聲。4)排漿少，環(huán)保效果明顯。旋挖樁機(jī)施工泥漿用量比較少，施工過(guò)程中泥漿的主要作用在于增加孔壁的穩(wěn)定性，大大減少了泥漿的排放，同時(shí)節(jié)省了泥漿外運(yùn)的成本。5)無(wú)需提供動(dòng)力電源。旋挖樁機(jī)大部分都采用機(jī)身柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，在野外線路和市政工程等不適合鋪設(shè)電纜的現(xiàn)場(chǎng)尤其適用。6)人員配置少，易于管理。同比鉆、沖孔樁施工過(guò)程中所需機(jī)械和人員大大減少，易于管理。

3.1.2 缺點(diǎn)

1)設(shè)備昂貴。國(guó)產(chǎn)旋挖樁機(jī)的售價(jià)都在400萬(wàn)元以上，一次性投入比較大，且運(yùn)營(yíng)、維修保養(yǎng)等費(fèi)用較高。2)自重大，對(duì)場(chǎng)地要求比較嚴(yán)格。特別在填土地區(qū)，如果地表沒(méi)有進(jìn)行硬化或換填處理，旋挖樁機(jī)移機(jī)就位非常困難，容易發(fā)生孔斜超標(biāo)的質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致鉆機(jī)傾覆的安全事故。3)孔壁護(hù)壁差。特別在填土和軟土地層，容易發(fā)生塌孔和縮徑，要合理控制轉(zhuǎn)速，盡量多轉(zhuǎn)少鉆，達(dá)到護(hù)壁的要求，進(jìn)尺不宜太大。4)軟土地層充盈系數(shù)大。旋挖樁機(jī)鉆筒與土體接觸面比較大，鉆斗提升過(guò)程容易產(chǎn)生負(fù)壓，產(chǎn)生“活塞效應(yīng)”，增大旋挖樁機(jī)體上拔負(fù)重的同時(shí)易形成孔壁縮徑，下一個(gè)鉆進(jìn)取土回次中又對(duì)縮徑處的土進(jìn)行切割，如此往復(fù)造成擴(kuò)孔率增大，灌注時(shí)浪費(fèi)混凝土。

3.2 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工特點(diǎn)

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

1)適應(yīng)性廣，既可在陸地，又可在水域進(jìn)行。對(duì)場(chǎng)地條件要求不高，既可在曠野山地，又可在城市建筑密集區(qū)。成孔直徑0.3 m ～4.0 m，樁長(zhǎng)30 m ～70 m。

2)回轉(zhuǎn)鉆打軟土和砂層較快。正循環(huán)回轉(zhuǎn)用高壓泥漿通過(guò)鉆機(jī)的空心鉆桿，從鉆桿底部射出，同時(shí)鉆頭鉆進(jìn)，將土層攪松成為鉆渣，被泥漿包裹浮懸，隨著泥漿上升而溢出流到井外的泥漿溜槽，經(jīng)過(guò)沉淀池凈化，泥漿再循環(huán)使用。鉆進(jìn)與排渣同時(shí)連續(xù)進(jìn)行，成孔速度較快。

3)造價(jià)低。設(shè)備一次性投入較少，工藝簡(jiǎn)單成熟，人工和機(jī)械費(fèi)用折合成單方造價(jià)和旋挖鉆、沖擊鉆相比一般最低。

4)泥漿指標(biāo)可控度高，沉渣清理干凈，孔壁圓滑，充盈系數(shù)較好控制，節(jié)省混凝土材料。3.2.2 缺點(diǎn)

1)泥漿量較大，不利環(huán)保。施工現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)不當(dāng)造成漿液四處滿溢，場(chǎng)內(nèi)泥濘影響吊車等機(jī)械配合作業(yè)，同時(shí)泥漿傾倒場(chǎng)占用大量土地，環(huán)保性差。

2)對(duì)深度較大的鉆孔垂直度控制不好。地表土長(zhǎng)期浸泡在泥漿中逐漸沉降下陷，枕木如不及時(shí)糾正，極易引起鉆機(jī)底座歪斜，鉆桿長(zhǎng)久的偏心旋轉(zhuǎn)易造成斷裂，機(jī)械停機(jī)維修誤工費(fèi)時(shí)。

3)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，危險(xiǎn)系數(shù)大?；剞D(zhuǎn)鉆的鉆桿通常3 m左右一節(jié)，鉆桿的拆除和組裝都要人工進(jìn)行，稍有不慎就會(huì)發(fā)生傷人事故，勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)都較大。

3.3 沖擊鉆施工特點(diǎn)

3.3.1 優(yōu)點(diǎn)

1)沖擊鉆嵌巖尤其是破碎有裂隙的堅(jiān)硬卵礫石功效好。

2)設(shè)備簡(jiǎn)單，鉆機(jī)參數(shù)易掌握，操作方便，不受場(chǎng)地條件限制，移動(dòng)靈活，機(jī)械故障較少。

3)鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿由于懸浮作用，鉆渣循環(huán)至地表泥漿坑中及時(shí)排除，保持了孔壁穩(wěn)定，泥漿用量少。

4)噪聲比回轉(zhuǎn)鉆略小，無(wú)振動(dòng)影響。

3.3.2 缺點(diǎn)

1)沖進(jìn)速度較低。沖擊鉆掏渣土置換泥漿和提升鉆頭沖擊不可同步進(jìn)行，停鉆掏渣時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，功效損失大。

2)由于沖錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，隨著鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)沖錘擺動(dòng)容易造成樁孔不圓，擴(kuò)孔率較高，帶來(lái)混凝土充盈系數(shù)增大，材料浪費(fèi)多。

3)遇地層不均勻，特別是巖溶地區(qū)容易出現(xiàn)卡錘、掉錘、斜孔等事故。

4)孔深和孔徑受沖擊能限制均比回轉(zhuǎn)鉆施工的適應(yīng)性小。

4 效果檢驗(yàn)

施工完成后對(duì)所有支護(hù)樁均進(jìn)行了小應(yīng)變檢測(cè)，從結(jié)果來(lái)看三種成孔工藝均能使樁身質(zhì)量合格，滿足設(shè)計(jì)要求。區(qū)別更多在于外觀上，填土較厚區(qū)段尤為明顯。旋挖鉆和沖擊鉆施工的樁型很不規(guī)則，特別在護(hù)筒底部“鼓肚”現(xiàn)象最明顯，混凝土擴(kuò)散比較大，局部樁為滿足地下室外墻施工用風(fēng)鎬進(jìn)行了多余混凝土鑿除。回轉(zhuǎn)鉆施工的樁身圓滑規(guī)整，比較美觀。旋挖、回轉(zhuǎn)、沖擊三種成孔工藝的混凝土充盈系數(shù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分別為1.14，1.09，1.25。

5 經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

在本基坑工程支護(hù)樁施工前期場(chǎng)地硬化條件好，無(wú)網(wǎng)電情況下，旋挖樁機(jī)還是發(fā)揮出了工效高，移動(dòng)方便，無(wú)需動(dòng)力電源的優(yōu)勢(shì)，但是在軟土地區(qū)施工會(huì)有充盈系數(shù)比較大，混凝土浪費(fèi)較多的弊端。回轉(zhuǎn)鉆雖作為傳統(tǒng)鉆孔工藝產(chǎn)生泥漿多，不利環(huán)保，但是也有適應(yīng)性廣，各類地層均發(fā)揮穩(wěn)定，充盈系數(shù)最容易控制的優(yōu)點(diǎn)。沖擊鉆成孔雖然慢，但是其善于攻堅(jiān)，啃“硬骨頭”，對(duì)嵌巖深或回填區(qū)障礙物多的地層可以發(fā)揮用武之地，其他樁型無(wú)法比擬。所以實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該就樁的性質(zhì)、地層特點(diǎn)經(jīng)過(guò)仔細(xì)比對(duì)，科學(xué)的取舍尋求最適合的成樁方式，才能既滿足質(zhì)量要求，又達(dá)到較好的工期和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］劉俊巖.深基坑工程［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］趙金祥.淺析旋挖樁機(jī)施工的優(yōu)缺點(diǎn)［J］.西部探礦工程，2010(4):104-105.