林金江

福建第一公路工程集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362000

本文以福建沿海地區(qū)某公路工程的下穿通道雨水泵站基坑支護(hù)的咬合樁的應(yīng)用為背景，通過對咬合樁施工工藝的對比研究分析，系統(tǒng)歸納整理了海濱地區(qū)復(fù)雜地層中雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆機(jī)在硬切割咬合樁施工過程中的控制要點(diǎn)。

1 工程概況

沿海地區(qū)某公路工程的下穿通道的雨水泵站，該泵站處于海濱，距離海岸線距離不足20m，泵站建筑面積1947.78m2，泵站咬合樁外圍尺寸為40.2m×23.9m 的異型?；蝇F(xiàn)狀地面絕對標(biāo)高為8m，泵站結(jié)構(gòu)的正負(fù)零相對標(biāo)高對應(yīng)的絕對標(biāo)高為8.3m。

該泵站基坑主要采用Ф900mm 排樁+鋼支撐支護(hù)，咬合樁采用鋼筋混凝土樁與素混凝土樁間隔布置并咬合的形式，咬合長度為250mm（局部有調(diào)整，咬合長度不小于250mm），支護(hù)樁樁長25m，基坑深度19m，嵌入基坑底6m，咬合樁樁底位于全風(fēng)化花崗巖層，原設(shè)計(jì)圖紙上咬合樁采用軟咬合工藝，鋼筋混凝土樁采用C30 微膨脹混凝土（以下簡稱“葷樁”），素混凝土樁采用C20 超緩凝混凝土（以下簡稱“素樁”）。咬合樁布置如圖所示：

根據(jù)地質(zhì)鉆探報告，各土層分布自上而下描述如下：

（1）素填土層，松散狀，以粉質(zhì)黏土為主，層厚7m 左右.

（2）中砂層：中密狀，層厚10 m 左右

（3）粉質(zhì)黏土層：可塑性，層厚4.5m 左右

（4）孤石層：位于粉質(zhì)黏土層中，層厚0.5～1.5m 左右

（5）全風(fēng)化花崗巖層：手捏易散，遇水易崩解，巖體極破碎，為極軟巖。層厚4m 左右。

根據(jù)地質(zhì)鉆探報告揭露，地下水按其埋藏條件大致可分為潛水，孔隙、網(wǎng)狀裂隙水兩種類型。潛水層主要賦存于素填土層，勘察期間測得地下水混合穩(wěn)定水位絕對標(biāo)高為6.1m（相對標(biāo)高2.2m）,孔隙、網(wǎng)狀裂隙水主要賦存于中砂層、全風(fēng)化花崗巖層中，其中中砂層透水層，富水性好，屬強(qiáng)透水層，中砂層、全風(fēng)化花崗巖層在動水壓力下容易出現(xiàn)塌孔，流沙現(xiàn)象［1］。

基于上述地質(zhì)條件，咬合樁的施工主要難點(diǎn)在于咬合樁較長，垂直度控制要求高，中砂層、全風(fēng)化花崗巖層在漲退潮的動水壓力下容易出現(xiàn)塌孔、流沙現(xiàn)象，地層透水性極高且地下水與海水相通，位于粉質(zhì)黏土層中的孤石層穿透困難等。

2 施工工法的選擇

原設(shè)計(jì)方案中的咬合樁采用軟咬合施工，軟咬合樁施工工藝較成熟且有很多成功的施工案例。但根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況，其施工工藝有以下不足：

（1）咬合施工中止水效果的成敗主要依托于超緩凝劑的效用，如因各種因素引起葷樁成樁時間超過超緩凝混凝土的初凝時間，極易造成咬合樁漏水、斷樁，嚴(yán)重影響了基坑安全，后續(xù)因處理事故樁需采取各項(xiàng)措施，易造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和工期影響。

（2）素樁采用超緩凝混凝土，有利于葷樁的咬合切割，但本項(xiàng)目施工區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境惡劣，地下水受潮汐作用明顯，超緩凝混凝土在動水的反復(fù)沖刷下，易造成素樁樁身混凝土質(zhì)量不合格。

（3）工葷樁的過程中，由于素樁尚未終凝，在穿越中砂層、全風(fēng)化花崗巖層或套管垂直度偏差超過設(shè)計(jì)要求且需將套管拔出重新鉆進(jìn)時、易發(fā)生素樁混凝土管涌進(jìn)入套管內(nèi)的現(xiàn)象，影響咬合效果和成樁質(zhì)量。

（4）樁施工中穿越孤石層時，由于套管對孤石層的擠壓切割，極易造成孤石及沙土侵入尚未初凝的素樁，造成素樁斷樁及止水帷幕漏水。

基于以上軟咬合工法不足之處，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位深入溝通確認(rèn)后，本項(xiàng)目咬合樁施工擬采用硬切割咬合樁工法。硬法切割咬合樁是在軟咬合樁工法基礎(chǔ)上，素樁灌注普通混凝土，葷樁采用硬切割素樁成樁，施工步驟大致與軟咬合樁工法相同。這種工法從理論上講有三大優(yōu)勢。

（1）切割咬合時無須使用超緩凝混凝土，避免了采用軟咬合時素樁混凝土管涌現(xiàn)象，且超緩凝混凝土成本較高，也節(jié)約了施工成本。

（2）用硬切割工藝，葷樁成樁時間可控，避免了葷樁施工時超過超緩凝混凝土的初凝時間而引起的各種施工病害。

（3）備超強(qiáng)切削能力的成孔機(jī)械可以解決穿越深度較深的孤石層和切削強(qiáng)度等級C20 以上混凝土?xí)r存在的施工問題。

綜上所述，硬切割咬合樁工法可以擴(kuò)充既有的咬合樁的施工技術(shù)，并提高在復(fù)雜地質(zhì)成樁的施工工法的選擇，并降低了施工成本。

3 硬法切割咬合樁機(jī)械對比選擇

（1）360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)＋旋挖機(jī)：360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)無需采用泥漿護(hù)壁，切削能力一般，垂直精度高，成孔直徑標(biāo)準(zhǔn)，充盈系數(shù)小，節(jié)約混凝土。但360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)施工效率較低，施工成本較高。

（2）雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆機(jī)＋旋挖機(jī)：雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆孔機(jī)為雙動力頭可分離式鉆機(jī)，內(nèi)動力頭與外動力頭能同軸逆向旋轉(zhuǎn)，使扭轉(zhuǎn)反力自平衡；雙動力頭可上下任意分離、相對運(yùn)動、逆向旋轉(zhuǎn)分別驅(qū)動內(nèi)側(cè)螺旋鉆頭和外側(cè)套管鉆孔，在配置多套外套管時可同時開挖多根樁，提高了機(jī)械的利用率。

雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆孔機(jī)無需采用泥漿護(hù)壁，成孔直徑標(biāo)準(zhǔn)，垂直精度高，充盈系數(shù)小，節(jié)約混凝土，外動力頭帶動的外套管能夠?qū)崿F(xiàn)大扭矩的掘削鉆進(jìn)，特別是能在孤石層及堅(jiān)硬巖石層等復(fù)雜地層和切削強(qiáng)度等級C20 以上混凝土?xí)r高效率鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)硬巖石層時，螺旋鉆頭更換成帶牙輪筒鉆頭的旋挖機(jī)嵌巖，又可保證施工進(jìn)度。且施工成本相對360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)低［2］。

由以上分析可見，“雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆機(jī)＋旋挖機(jī)”可以適應(yīng)高地下水位，上部砂層下部有孤石層的硬切割咬合樁的施工，既能提高鉆進(jìn)效率，降低施工成本，又能保證施工質(zhì)量，保證止水效果。

經(jīng)過多方面因素考慮，本項(xiàng)目最終選用雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)配合進(jìn)行硬切割工法的咬合樁施工。

4 硬切割咬合樁主要工藝流程

硬切割咬合樁與傳統(tǒng)軟咬合樁施工步驟基本一致，采用間隔跳打，先施工素樁，等相鄰兩側(cè)的素樁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后切割素樁成孔葷樁，然后澆筑葷樁混凝土成樁。

施工順序如下：場地平整→測量放樣→施工導(dǎo)墻（導(dǎo)墻強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%）→鉆機(jī)就位→套管及螺旋鉆頭雙動力鉆孔→旋挖鉆清除孤石→清孔→吊放鋼筋籠（葷樁）→安裝導(dǎo)管→灌注水下混凝土→拔出導(dǎo)管→起拔套管。

5 硬切割咬合樁主要控制要點(diǎn)

5.1 垂直度控制

鉆孔施工前將套管的順直度偏差控制在1‰～1.5‰以內(nèi)，正式鉆孔前通過設(shè)備自帶儀表及全站儀校核套管垂直度，確保套管垂直度控制在設(shè)計(jì)要求的3‰以內(nèi)。

5.2 糾偏

成孔過程中應(yīng)加強(qiáng)量測，每鉆進(jìn)2m 必須校核一次套管垂直度，當(dāng)套管垂直度偏差超過設(shè)計(jì)要求時，先利用鉆機(jī)自身糾偏，如調(diào)整后垂直度還不能滿足設(shè)計(jì)要求，可緩慢拔出套管，拔出套管時應(yīng)向孔內(nèi)注水，以防止出現(xiàn)土體管涌現(xiàn)象，直至提升到上次垂直度檢查合格的位置后，重新校核垂直度合格后方能重新緩慢鉆進(jìn)。

5.3 孤石層鉆進(jìn)

當(dāng)鉆進(jìn)過程中遇到孤石層時，外套管應(yīng)緩慢鉆進(jìn)孤石層，確保套管的垂直度，鉆穿孤石層后，將鉆機(jī)的螺旋鉆頭更換成帶牙輪筒鉆頭旋挖鉆機(jī)進(jìn)行嵌巖。

5.4 葷樁鉆進(jìn)

當(dāng)素樁混凝土強(qiáng)度越高，葷樁鉆入速度越慢，機(jī)械損耗越大，施工時間也越長；當(dāng)素樁的強(qiáng)度太低時，葷樁鉆入時容易造成素樁受切割擾動損壞。

經(jīng)施工現(xiàn)場試驗(yàn)確定，當(dāng)素樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%～60% 時，切削素樁時素樁受擾動破壞小、咬合面連接較好，止水效果好，切削較為順利，葷樁的垂直度更容易控制。因此葷樁應(yīng)選擇當(dāng)相鄰兩根素樁混凝土強(qiáng)度全部達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50% 以上時方可進(jìn)行施工［3］。

另一方面，當(dāng)相鄰的兩根素樁的強(qiáng)度相差較大時，葷樁施工過程中垂直度控制難度加大，施工時應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度，加強(qiáng)垂直度控制，確保施工質(zhì)量。

5.5 防止出現(xiàn)管涌措施

本工程位于近海海濱區(qū)域，約10m 厚的中砂層透水性強(qiáng)，套管在下壓取土過程中，套管外的砂土容易大量進(jìn)入套管內(nèi)，套管外的地層被掏空，混凝土澆筑后拔出套管時，混凝土填充掏空位置，造成樁身擴(kuò)孔嚴(yán)重，影響后續(xù)的基礎(chǔ)施工且浪費(fèi)混凝土。因此咬合樁施工時必須使套管底比套管內(nèi)土面深3～4 m，必要時向孔內(nèi)注水，以防止出現(xiàn)土體管涌現(xiàn)象。

5.6 清孔

清孔時應(yīng)將套管壁上孔內(nèi)虛土和沉渣清除干凈，并用旋挖鉆機(jī)夯實(shí)孔底，防止因孔壁的虛土進(jìn)入樁身造成樁身夾泥現(xiàn)象，引起咬合樁漏水。

6 施工效果檢驗(yàn)

2020 年8 月20 日本項(xiàng)目完成了下穿通道的雨水泵站的基坑開挖工程，根據(jù)基坑開挖結(jié)果顯示：除兩處因土體管涌形成咬合樁樁徑變大侵入基坑內(nèi)需鑿除和一處輕微滲水點(diǎn)外，咬合樁止水效果良好，樁身檢測及垂直度滿足設(shè)計(jì)要求，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

7 結(jié)語

本項(xiàng)目在雨水泵站咬合樁施工過程中，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過研究分析并在施工中證明了雙動力頭強(qiáng)力多功能鉆機(jī)在硬切割咬合樁在海濱、高滲透、深基坑、復(fù)雜地質(zhì)等條件下的應(yīng)用確實(shí)可行。硬切割咬合樁與軟咬合樁對比具有工程成本低、適應(yīng)海濱復(fù)雜地質(zhì)、工序簡單可控等優(yōu)點(diǎn)。