李永棟 賈向新

(1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2.河北省巖土工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050031)

灌注樁施工中旋挖鉆干法與泥漿護(hù)壁法相結(jié)合成孔工藝的研究與實(shí)踐

李永棟1，2賈向新1，2

(1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2.河北省巖土工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050031)

通過(guò)某項(xiàng)目試樁中使用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工的情況，在施工過(guò)程中遇到了地層坍塌、鉆進(jìn)不進(jìn)尺等情況。在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后，使用干法與濕法交替的施工工藝，在施工中取得了比較滿意的結(jié)果。成樁后通過(guò)對(duì)樁身的低應(yīng)變檢測(cè)、單樁靜載荷試驗(yàn)等試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目使用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔施工是合適和，并且在地下水位以上5-7 m處進(jìn)行加注清水，使旋挖鉆進(jìn)過(guò)程中使用粉土、粉質(zhì)黏土自造泥漿方法進(jìn)行鉆進(jìn)施工，不僅解決了地層坍孔、沉渣過(guò)厚的問(wèn)題，而且泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)形成的泥皮有效的和樁身一起承擔(dān)了摩阻力，從而提高了樁身的承載力.

灌注樁；干法；濕法；旋挖鉆進(jìn)

1 前 言

隨著旋挖鉆機(jī)的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)很多樁基礎(chǔ)施工中都在使用旋挖鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行成孔.旋挖鉆機(jī)與其它成孔工藝比，有著很多優(yōu)勢(shì).但是，在一些區(qū)域中，特定的地層中，旋挖鉆機(jī)的成孔不僅有著不同的適用范圍，而且在一些地層中，還可能存在著不同的鉆進(jìn)形式，才能解決鉆進(jìn)中的問(wèn)題，本文就華北地區(qū)某項(xiàng)目試樁施工情況，對(duì)旋挖鉆進(jìn)中使用干濕法交互進(jìn)行施工進(jìn)行分析，有著一定的借鑒意義.

2 工程技術(shù)參數(shù)

2.1 地形地貌

擬建廠址地貌上屬于太行山山前沖洪積平原，位于漕河南岸二級(jí)階地上，目前為農(nóng)田，地勢(shì)平坦開闊，略有起伏.

2.2 地層及地下水情況

施工場(chǎng)地地層主要由第四系沖洪積成因的黃土狀土、粉土及黏性土組成.地下水主要為賦存于第⑤層和⑥層中的粉土中的孔隙潛水～微承壓水，其它地層的富水性及透水性較差，在試樁場(chǎng)地25.0 m見地下水，地下水位年變幅1.0～2.0 m.

根據(jù)地層的巖性、物理力學(xué)特征及分布特點(diǎn)，勘探深度范圍內(nèi)地層自上而下分為六大層和若干亞層，主要參數(shù)指標(biāo)見下表：

表1 地層巖性特征一覽表

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

擬采用Ф800 mm旋挖灌注樁，樁身以摩擦樁為主，樁端持力層為⑥粉質(zhì)黏土層，樁端進(jìn)入⑥粉質(zhì)黏土層不小于2.0 m，從自然地面算樁長(zhǎng)30.0 m，預(yù)估單樁承載力特征值為2800 KN.樁身參數(shù)見表2.

表2 試樁及錨樁樁身設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

施工前，根據(jù)下式規(guī)范及勘察報(bào)告計(jì)算單樁承載力極限值：

式中：

R—單樁承載力特征值(kN)；

QUK—單樁承載力極限值(kN)；

rsp—調(diào)整系數(shù)，取2.0；

u—樁的周長(zhǎng)(m)；

qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

lsi—第i層土的厚度(m)；

qpk—樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

Ap—樁的截面積(m2)；

ψsi，ψP—大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù).

將表1中相關(guān)數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值的平均值為5654 KN，所以單樁承載力特征值值平均值為2827 KN.

3 旋挖鉆孔施工及檢測(cè)結(jié)果

3.1 旋挖鉆進(jìn)施工中遇到的問(wèn)題

根據(jù)地層情況及施工經(jīng)驗(yàn)[1]～[4]，原計(jì)劃使用旋挖鉆機(jī)無(wú)漿干法鉆進(jìn).由于地下水存在于25 m左右，因此，在灌注中按照水下灌注樁施工工藝進(jìn)行灌注.但是在試鉆過(guò)程中，成孔至25 m時(shí)，該深度內(nèi)的粉土出現(xiàn)地下水，連續(xù)成孔至30 m后，經(jīng)觀測(cè)，孔內(nèi)水位上漲，孔壁出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，孔底沉渣較厚.經(jīng)過(guò)40 min后孔內(nèi)沉渣達(dá)到90 cm.繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)：成孔后水位上漲速度較快，并且塌孔嚴(yán)重.結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn)，成孔至灌注時(shí)間最少耗時(shí)1.5 h，成孔60 min后孔底沉渣已經(jīng)有140 cm、水深2.8 m，無(wú)法滿足灌注要求.即使二次清孔，將安裝鋼筋籠和導(dǎo)管時(shí)間縮短，孔底沉渣厚度也不能滿足相應(yīng)規(guī)程規(guī)范[5]的要求.

3.2 解決方法措施

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)成孔試驗(yàn)，結(jié)合工程施工經(jīng)驗(yàn)[6]，與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通，將干法成孔改為干法和泥漿護(hù)壁成孔相結(jié)合的方式，水下灌注混凝土進(jìn)行施工，泥漿采用粉質(zhì)黏土、粉土自造泥漿.

根據(jù)場(chǎng)地層資料及地下水位情況，采用干法成孔至自然地面下20 m(地下水位上3～4 m)時(shí)加入清水，注水高度5.0～7.0 m，采用自造泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)成孔，成孔過(guò)程中水位始終保持高于地下水位5.0～7.0 m.經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，鉆孔內(nèi)水位保持高于地下水位5.0 m時(shí)，能有效阻止地下水流動(dòng)造成的塌孔，可滿足鉆孔灌注作業(yè).

在灌注作業(yè)過(guò)程中，隨著混凝土面的逐漸升高，孔內(nèi)水面也逐漸上升.在臨近灌注結(jié)束時(shí)，有部分泥漿反出孔口，此時(shí)需要及時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行回收.

3.3 成樁后檢測(cè)結(jié)果

在成樁后，進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)、高應(yīng)變檢測(cè)、單樁靜載試驗(yàn).從采集的低應(yīng)變檢測(cè)曲線分析來(lái)看，靜載荷試驗(yàn)前判定3根試樁8根錨樁共計(jì)11根樁樁身結(jié)構(gòu)完整，均為Ⅰ類樁(見圖1)，靜載荷試驗(yàn)后3根試樁樁身結(jié)構(gòu)完整，均為Ⅰ類樁(見圖2).

圖1 試樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線

圖2 試樁單樁靜載荷Q-s曲線

本次灌注樁單樁豎向靜載荷試驗(yàn)SZ1、SZ2都做到破壞，可取破壞荷載的前一級(jí)荷載值作為單樁豎向抗壓極限承載力；SZ3因反力裝置出現(xiàn)嚴(yán)重變形，未出現(xiàn)極限荷載，因此取最大加載值6000 kN為其極限承載力.3根樁單樁豎向抗壓承載力極限值最大極差占平均值的20%，極差不超過(guò)平均值的30%，單樁豎向抗壓極限承載力可取三根樁的平均值，即7000 kN.單樁承載力特征值為3500 KN，大于預(yù)先設(shè)計(jì)預(yù)估的2800 KN.

3.4 結(jié)果分析

(1)工藝分析.

我國(guó)早在上世紀(jì)90年代就引進(jìn)了旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工，隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)水平的提高，目前旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用范圍也非常廣泛.不僅能在常規(guī)的粉土、黏土地層中施工，也同樣能在含有卵石甚至是漂石的地層中施工[6].旋挖鉆進(jìn)有著其他成孔方式不具備的優(yōu)點(diǎn)：成樁速度快、樁機(jī)移動(dòng)靈活、成孔質(zhì)量高等.尤其是旋挖鉆機(jī)干法鉆進(jìn)成孔，不僅速度快，而且節(jié)省了泥漿的費(fèi)用，對(duì)施工環(huán)境的提高有很大的影響.在該項(xiàng)目初期，也想使用旋挖鉆機(jī)干法鉆進(jìn)，但是在實(shí)際進(jìn)行中，干法鉆進(jìn)至地下水層位置造成了塌孔，致使孔內(nèi)沉渣不符合要求.在反復(fù)比較之后，選用了在地下水位上加清水，使得內(nèi)外水頭得到平衡，從而保證了施工質(zhì)量.

(2)承載力分析.

由于地下水位處地層以粉土和粉質(zhì)黏土為主，含少量姜石，使用泥漿護(hù)壁工藝不僅保證了施工順利進(jìn)行，而且由于鉆頭在泥漿中反復(fù)摩擦，使得能夠在孔壁形成泥皮.在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土擠壓泥皮，與泥皮形成混合體，共同承擔(dān)摩擦性能，這一點(diǎn)在樁身應(yīng)力分布中就有所體現(xiàn)(見圖3).

從樁身應(yīng)力分布來(lái)看，在整個(gè)加載過(guò)程中樁身應(yīng)力分布比較均勻，在加載的初級(jí)階段(0-3000 KN)主要是18 m以上的樁身承載受力，此時(shí)整個(gè)樁身軸力分布曲線比較圓滑，說(shuō)明樁身受力良好；再繼續(xù)加載，18 m以下的樁身開始逐漸受力，但是此時(shí)仍然是上半部樁身的受力為主，在加載至4000 KN后，局部曲線有所波動(dòng)，說(shuō)明局部地層受力不均勻?qū)е聵渡硎芰Σ痪?；再繼續(xù)加載至8000 KN，整個(gè)過(guò)程樁身仍然沒(méi)有破壞，受力傳到均勻，尤其是樁底部(18 m以下)受力開始起作用，這正反映出樁下部樁身完整，與地層緊密接觸，能提供足夠的摩擦力，并且樁底沉渣符合要求，沒(méi)有發(fā)生承載力急劇下降的情況.這說(shuō)明使用該工藝能夠取得很好的成孔效果，并且能夠保證樁底沉渣符合設(shè)計(jì)要求.

通過(guò)試樁參數(shù)，計(jì)算得實(shí)際單樁承載力特征值為3500 KN.大于計(jì)算得出的2800 KN，這說(shuō)明試樁的參數(shù)是可以使用的，在實(shí)際施工過(guò)程中，按照試樁的施工工藝，考慮地層變化的情況，工程樁按照樁徑0.8 m，樁長(zhǎng)30.0 m，樁身進(jìn)入持力層不少于2 m的前提下，單樁承載力不會(huì)低于3500 KN.

4 結(jié) 論

(1)使用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁在該地層區(qū)域內(nèi)是可行的；

(2)在施工中，要按照地層情況，綜合分析施工工藝，20 m以上可以按照干法成孔施工，在20 m以下應(yīng)及時(shí)加泥漿進(jìn)行濕法鉆進(jìn)工藝；

(3)干法與濕法互相配合施工的工藝在該地層中能夠很好的控制成孔質(zhì)量，保證樁底沉渣符合設(shè)計(jì)要求.

[1]王龍,等.大型旋挖鉆機(jī)無(wú)漿快速成孔施工技術(shù)[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35，6：49～52

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[3]劉安民.旋挖樁干法成孔施工工藝及質(zhì)量保證措施[J].山西建筑，2015，41，36：45～46

[4]李成芳,等.旋挖成孔灌注樁在松散高填方地基中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6，6：1266～1269

[5]JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

[6]姚濤,等.強(qiáng)滲漏與堅(jiān)硬巖層組合條件下旋挖鉆機(jī)施工工法研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43，2：64～6

Research and Practice of Pore Forming Technique of Rotary Digging Method Combined with Slurry Wall Protection in Cast-in-place Pile Construction

LIYong-dong1，2，JIAXiang-xin1，2

(1.Hebei Construction Survey and Research Institute Co.,Ltd.,Shijiazhuang,Hebei 050031;2.Hebei Geotechnical Engineering Technology Research Center,Shijiazhuang,Hebei 050031)

In a certain project,ground collapse and no footage occur in the process of pile foundation construction of using a rotating drill.After summing up experience,theuse of such construction technologies as combined dry method with wet method has achieved satisfactory results in the construction.Through the test methods,such as low strain testing of pile and single pile static load test,using rotating drill in hole construction is found to be appropriate.In addition,water is filled above the underground water level of 5 to 7 m,and silt and silt clay are used in the process of the rotary digging to make mud drilling construction,which not only solves the problems of slumping hole formation and too thick sediment,but also mud skin formed by slurry wall protection drilling can effectively bear the friction resistance with pile bodytogether,so as to improve the bearing capacity of the pile body.

cast-in-place pile;dry method;wet method;rotary digging

2016-08-21

李永棟(1978-)，男，高級(jí)工程師，從事巖土工程設(shè)計(jì)及施工.

TU 7

A