袁 況 王 歡 陳志偉 劉振寰 唐 超 劉 雨

中建五局第三建設(shè)有限公司 湖南 長沙 410004

1 流砂地層旋挖樁樁基成孔研究現(xiàn)狀

1.1 研究背景

我國河道縱橫，流域廣闊，是多水之國，河流總長度超40萬 km，而我國建筑有依山而建、伴水而居的居住、生活習(xí)慣和特點。在重慶這座兩江交匯的城市，建筑工程臨水建設(shè)或布置于舊河道區(qū)域的現(xiàn)象尤為普遍。

在舊河道區(qū)域以及臨水區(qū)域的流域沖積平原，通常地下水位高、地層活動頻繁，造成影響建筑施工的不良流砂地層。在此種地質(zhì)條件下，重慶區(qū)域的建筑工程多采用旋挖成孔灌注樁作為基礎(chǔ)形式，其具有成孔速度快、安全系數(shù)高、自動化程度高等優(yōu)點。

1.2 研究現(xiàn)狀

在面對流砂地層時，傳統(tǒng)處理方案多為低強度等級混凝土反壓再成孔或者鋼護筒輔助成孔施工工藝，在大量工程實踐過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)以上2種工藝現(xiàn)場處理較為復(fù)雜，面對突發(fā)問題的應(yīng)對能力不足，容易造成工期、成本的浪費，且無法保證樁基施工質(zhì)量。而新興的自帶跟進式護筒護壁旋挖鉆孔施工技術(shù)又受到施工成本、設(shè)備緊缺等影響，現(xiàn)場難以推廣應(yīng)用。為解決流砂地層給旋挖樁施工帶來的不良影響，王樹民[1]通過分析流砂地層土應(yīng)力傳播特點來對施工工藝進行優(yōu)化，以解決旋挖樁施工問題，崔元龍[2]、王衛(wèi)平[3]、李文生[4]將旋挖樁成孔施工環(huán)節(jié)進行拆分，針對性研究、解決各環(huán)節(jié)的常見問題，提高旋挖樁成形質(zhì)量。流砂地層成因復(fù)雜[5]，影響因素繁多[6]，對旋挖樁基礎(chǔ)施工危害極大，若不及時采取針對性措施，將對旋挖樁基安全質(zhì)量造成無法挽回的損失。同時，旋挖樁作為建筑根基，受到業(yè)主、監(jiān)理及質(zhì)監(jiān)站各方關(guān)注，質(zhì)量要求越來越高。在建筑市場如此嚴峻形式下，傳統(tǒng)及新型工藝均無法滿足現(xiàn)在所需的質(zhì)量及經(jīng)濟要求。

2 項目流砂地層旋挖樁樁基成孔研究分析

2.1 工程概況以及流砂地層旋挖樁成孔問題

中建·瑜和城（二期）Ⅰ05-1/01地塊項目位于重慶市巴南區(qū)李家沱王家壩路，靠近長江流域，是集住宅、商業(yè)、幼兒園于一體的綜合性房建項目，住宅最大高度為98.3 m，基礎(chǔ)形式多為旋挖樁基礎(chǔ)。經(jīng)地質(zhì)勘探，項目地質(zhì)條件良好，無明顯地下水位及其他不良地質(zhì)影響。

起初，項目基礎(chǔ)工程采用傳統(tǒng)機械旋挖成孔灌注樁工藝進行施工，并在施工過程中，發(fā)現(xiàn)有樁孔坍塌、高地下水位、泥砂反涌等現(xiàn)象，經(jīng)參建單位研討，采用傳統(tǒng)處理方式（即低強度等級混凝土反壓再成孔或者鋼護筒輔助成孔施工工藝）進行處理。由于前期工程量小，現(xiàn)場反應(yīng)迅速，并未發(fā)生重大的質(zhì)量事故。

隨著工程基礎(chǔ)施工大面積鋪開，15#樓棟第1批次樁基出現(xiàn)大量Ⅳ類樁基，經(jīng)現(xiàn)場勘察，原因為流砂地層導(dǎo)致樁身成形質(zhì)量完整性不合格。

2.2 流砂地層旋挖樁施工問題損失測算

針對本次廢樁（Ⅳ類樁不滿足樁基質(zhì)量要求，即為廢樁）現(xiàn)象，項目從經(jīng)濟方面對廢樁問題成本進行測算，主要從人工機具成本、材料成本等方面進行測算，其中還未包括工期、管理及其他方面的損失。

2.2.1 人工機具成本測算

在發(fā)生廢樁事故以后，首先需采用履帶式旋挖機在原樁位進行破樁鉆進，直至基底標高，隨后按照旋挖樁基礎(chǔ)施工工藝，重新進行樁基混凝土澆筑。上述過程中，根據(jù)破樁鉆進（即二次成孔）深度、二次混凝土澆筑時間，以及旋挖樁成孔單價、工人每天的工資，可以得到廢樁造成的人工機具損失。經(jīng)計算，人工機具成本損失合計為55 225元。

2.2.2 材料經(jīng)濟損失

廢樁后，原鋼筋混凝土樁基需全數(shù)由機械破除，這些鋼筋混凝土無法二次利用，直接導(dǎo)致材料浪費。根據(jù)合同單價及信息價，出站的鋼筋單價為4 160元/t，C30水下混凝土單價為457元/m3。經(jīng)計算，鋼筋混凝土成本損失合計為37 827元。

2.2.3 其他損失

由于樁基成形質(zhì)量不達標，導(dǎo)致工期增加，現(xiàn)場為了追回工期，要求勞務(wù)單位增加1臺260型旋挖機，造成進場費1萬元的經(jīng)濟損失；樁基二次成形同樣需要進行樁基完整性超聲波檢測以及樁身鉆孔檢測，造成檢測費用5 000元的經(jīng)濟損失，合計15 000元。

2.3 廢樁問題原因分析

2.3.1 地質(zhì)勘探報告不準確的影響

根據(jù)原始地勘報告可知，本項目并無高地下水位、流砂地層等不良地質(zhì)情況。但在實際施工過程中，卻頻繁出現(xiàn)流砂地層等，分析其原因，主要有以下兩點：

1）進場施工前，建設(shè)單位委托地勘單位按20 m×20 m間距進行地質(zhì)勘察，由于前期地質(zhì)勘測點分布較稀，地勘報告較為粗略，且未進行超前鉆補勘，造成地勘與現(xiàn)場實際情況不符，使作業(yè)人員無法對地質(zhì)情況有準確的認識。

2）項目駐地原為當(dāng)?shù)刈∶袼邪~塘，蓄水深度1.2～2.0 m，時間達到10年，池水抽干后，塘底淤泥堆積，最深處達到1 m，沒及人腰部，車輛、人員均無法進入，但業(yè)主單位僅采取片石換填方式進行了簡單處理，為項目旋挖樁基礎(chǔ)施工埋下隱患。

2.3.2 流砂地層旋挖樁施工難度的影響

流砂地層的形成主要與地下水動力和土層自身物理性質(zhì)有關(guān)。在常規(guī)的流砂地質(zhì)中，往往會發(fā)生下述情況[5]：當(dāng)樁孔開挖至一定深度，孔外水高于孔內(nèi)抽水后的水位，內(nèi)外水壓差大于地層土顆粒的浸水密度，使土粒懸浮失去穩(wěn)定性而變成留洞狀態(tài)，土粒隨水從坑底或兩側(cè)涌入坑內(nèi)，此時如果施工采取強挖，抽水愈深，土層里的動水壓力就愈大，流砂就愈嚴重。

流砂地層具有水體不穩(wěn)定、土體流動性強等特點，且常規(guī)地勘報告難以準確描述，往往需要現(xiàn)場施工臨時進行判斷，增加了基礎(chǔ)施工的不確定性，給工程質(zhì)量帶來了巨大隱患。

2.3.3 傳統(tǒng)處理方案較為落后的影響

針對不良流砂地層情況下的旋挖樁成孔施工作業(yè)，國內(nèi)外常見的處理方法有低強度等級混凝土反壓再成孔和鋼護筒輔助成孔施工，以及新興的自帶跟進式護筒護壁旋挖鉆孔施工技術(shù)。研究人員針對上述工藝的優(yōu)缺點進行了逐項分析。

1）低強度等級混凝土反壓再成孔工藝：此工藝通過擴大樁孔直徑，利用低強度等級混凝土將樁基周邊松軟土體固結(jié)，旋挖樁基礎(chǔ)二次鉆進時，再利用周邊混凝土形成天然護壁，可以顯著減少坍孔等問題。但在面對流砂地層時，由于流砂區(qū)域空腔面積無法確定，若采用低強度等級混凝土進行反壓，無法有效預(yù)估反壓混凝土用量，極易使現(xiàn)場混凝土超量，帶來巨大成本；同時，巨大的流砂地層將大量低強度等級混凝土吸納，使得周邊軟弱土層無法得到充分固結(jié)，導(dǎo)致軟弱土質(zhì)仍然存在，無法消除樁基施工過程中的隱患。

2）鋼護筒輔助成孔施工工藝：此工藝通過鋼護筒護壁阻隔樁基周邊流砂及軟弱土質(zhì)，具有成孔快、效果明顯等特點。但由于鋼護筒護壁與周邊地基土體貼合不緊密，存在大量縫隙，流體狀態(tài)的流砂土體可以持續(xù)從縫隙中滲入護壁內(nèi)部，與樁基混凝土混合后產(chǎn)生大量夾雜、孔洞，導(dǎo)致樁基質(zhì)量不達標。

3）自帶跟進式護筒護壁旋挖鉆孔施工技術(shù)：此工藝通過改進型自帶跟進式護筒旋挖機械進行旋挖樁施工，成孔同時下方由鋼護筒護壁，保證護壁與樁基深度基本同步，能夠相對有效地解決流砂地層問題。但此方案需要特制的具有鋼護筒驅(qū)動裝置的旋挖機，造價過高，且國內(nèi)保有量低，故在工程實踐中難以推廣應(yīng)用。

2.4 廢樁問題解決

為提高樁基成形質(zhì)量，確保工程結(jié)構(gòu)安全，有效減少廢樁問題帶來的經(jīng)濟損失，研究人員在要求地勘單位對現(xiàn)場地質(zhì)進行詳細補勘的同時，研討并開發(fā)一項新型的施工工藝來解決上述各種問題，即雙鋼護筒輔助成孔旋挖施工工藝。

2.4.1 雙鋼護筒輔助成孔旋挖施工工藝原理

本工藝的作業(yè)原理為：在常規(guī)鋼護筒護壁輔助成孔施工工藝的基礎(chǔ)上，增加1道可周轉(zhuǎn)鋼護筒，利用內(nèi)外護壁及其中間的隔絕區(qū)，大大提高對流砂地層的防護能力。

以直徑較大的周轉(zhuǎn)鋼護筒設(shè)置于巖層之上，對流砂地層進行第1次隔絕，再由直徑較小的一次性鋼護筒從外筒內(nèi)嵌至樁基底部，與基底持力層緊密結(jié)合，進行二次隔絕，2層鋼護筒之間形成流砂隔絕區(qū)，進一步提高阻隔效果，如圖1所示。

圖1 雙鋼護筒輔助成孔旋挖樁示意

2.4.2 雙鋼護筒輔助成孔旋挖施工工藝施工流程

雙鋼護筒輔助成孔旋挖施工工藝流程大體為：定位放線→一次成孔，周轉(zhuǎn)鋼護筒隨鉆隨下→旋挖機繼續(xù)成孔→提鉆→一次性鋼護筒設(shè)置→清孔→鋼筋籠制安→混凝土澆筑。

以1.0 m直徑樁基施工為例：

1）使用時，先以周轉(zhuǎn)鋼護筒進行常規(guī)旋挖樁成孔施工，采用1.4 m直徑的周轉(zhuǎn)鋼護筒輔助成孔，護筒隨挖隨進，直到巖層部位，鋼護筒受巖層阻擋，無法繼續(xù)下落。

2）旋挖機保持作業(yè)狀態(tài)繼續(xù)鉆進，直至樁孔深度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3）提起鉆斗，由履帶式起重機吊運1.2 m直徑的永久鋼護筒至樁孔位置，人工配合坐標定位、垂直校正，將鋼護筒準確下放至周轉(zhuǎn)鋼護筒內(nèi)。

4）此時樁孔內(nèi)會有部分流砂，但在鋼護筒自重作用下能夠自然下落至基底，若遇阻，可采用振動錘輔助下落。

5）永久性鋼護筒設(shè)置完成后，旋挖機替換清孔鉆頭對樁基進行清孔，確?？變?nèi)無沉渣、淤泥。

采用周轉(zhuǎn)鋼護筒加永久鋼護筒2道阻隔屏障，解決了流砂滲入樁內(nèi)引起的混凝土澆筑不連續(xù)問題，減少因樁身完整性檢測不合格引起的返工，縮短工期，也能有效地控制混凝土用量。

2.5 雙鋼護筒旋挖成孔工藝實施效果

中建·瑜和城（二期）Ⅰ05-1/01地塊項目就流砂不良地質(zhì)情況，針對性地提出雙鋼護筒旋挖成孔施工工藝，就前后樁基礎(chǔ)的超聲波投射法檢測及樁身鉆孔檢測結(jié)果來看，本工藝對流砂不良地質(zhì)情況下的樁基成孔合格率從傳統(tǒng)工藝的63%提高到100%，成樁質(zhì)量有顯著提高。

3 結(jié)語

本文通過與工程實例進行結(jié)合，分析本項目廢樁產(chǎn)生的原因，并根據(jù)原因提出問題的解決和預(yù)防措施，創(chuàng)造性地提出雙鋼護筒輔助成孔旋挖樁施工工藝，減少項目部分不必要的損失。該工藝具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）準備工作簡單：本工藝施工準備工作較傳統(tǒng)鋼護筒護壁旋挖成孔灌注樁并無差異，僅需要一些常規(guī)的施工機具、材料即可，且此工藝操作簡單，方便。

2）泛用性強：本工藝不僅針對流砂地層。

3）施工質(zhì)量高：項目采用此工藝進行施工后，旋挖樁成形質(zhì)量經(jīng)檢測達到100%，較第1批成孔有了顯著提高。

4）施工成本低：本工藝無特殊設(shè)備投入，且有效規(guī)避了低強度等級混凝土反壓成本不可控的缺點，同時兼具鋼護筒護壁成孔工藝施工設(shè)備及人員投入少、施工周期短、質(zhì)量控制簡單等優(yōu)點，在確保質(zhì)量、安全的前提下，最大化節(jié)約成本與工期。

流砂地層旋挖樁施工質(zhì)量控制是重慶地區(qū)一個常見且棘手的問題，很多建設(shè)者都會采用傳統(tǒng)的低強度等級混凝土反壓及鋼護筒護壁施工進行處理，卻往往達不到預(yù)想的結(jié)果。由于流砂地層的復(fù)雜性、不確定性，導(dǎo)致出現(xiàn)廢樁的原因也復(fù)雜與不確定，因此還需要在以后工作中進行分析、總結(jié)、優(yōu)化、實踐，最終求得解決之法。