李飛 劉進(jìn) 尹正貴

摘 要：現(xiàn)代城市建筑樁基礎(chǔ)施工過程中，因部分鋼筋混凝土灌注樁樁身較長，同時穿越多個不同的地質(zhì)土層，單一的施工機(jī)械無法有效地保證成孔質(zhì)量，因此需要多種機(jī)械施工方案組合接力成孔。文中以河南鄭州新時代商務(wù)中心項(xiàng)目樁基分部工程為例，灌注樁成孔過程中穿越多個地層，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，對比分析了機(jī)械成孔方案和組合施工方案。通過對比研究，本工程最終選用組合施工方案中的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖機(jī)組合方案。

關(guān)鍵詞：接力施工;灌注成孔;旋挖機(jī)

中圖分類號：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0088-03

Abstract： In the process of modern urban construction pile foundation construction， due to the long pile body of some reinforced concrete cast-in-place piles， and through multiple different geological soil layers， a single construction machinery can not effectively ensure the quality of the hole， so it is necessary to combine a variety of mechanical construction schemes. Taking the pile foundation branch project of Zhengzhou New Era Business Center as an example，In the pile foundation division project of Zhengzhou New Era Business Center， the bored pile passes through multiple strata during the drilling process，and the geological conditions are complex and changeable. The construction process has explored a variety of construction schemes through practice. Through comparative analysis， it is proved that the introduction of two kinds of mechanical combination relay construction methods in engineering geological conditions has good performance in hole quality and work efficiency， which can be popularized.

Keywords： relay construction;perfusion into holes;rotary drilling machine

近年來，隨著大中城市的快速發(fā)展，我國高層與超高層建筑的數(shù)量逐漸增多。為了滿足上部結(jié)構(gòu)的需要，深基礎(chǔ)工程也不斷向縱深發(fā)展，其中鋼筋混凝土灌注樁是常用的一種深基礎(chǔ)形式。為滿足承載力的需求，灌注樁經(jīng)常要穿越多個不同土層，直到承載力較高的土層或巖層。因此，灌注樁機(jī)械成孔過程中如何在保證安全和成孔質(zhì)量的前提下解決施工效率的問題是需要關(guān)注的重點(diǎn)。本文以鄭州新時代商務(wù)中心樁基項(xiàng)目灌注樁施工為例，總結(jié)出反循環(huán)鉆機(jī)+沖擊錘組合接力施工工法、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)組合接力施工工法，并與其他機(jī)械施工工法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等方面的對比分析，以證明以上兩種工法的優(yōu)越性和合理性[1-2]。

1 工程概況

鄭州新時代商務(wù)中心3#樓項(xiàng)目位于河南鄭州東站東廣場，地上150 m，地下17 m，常年地下水位位于樁基施工作業(yè)面以下3 m，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為直徑800 mm、樁長45 m的后注漿鋼筋混凝土灌注樁，成孔過程穿越土層。

第（7）層：細(xì)砂（Q4-1al+pl），灰色～灰黃色，飽和，密實(shí)。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（8）層：粉土夾粉質(zhì)黏土（Q4-1a1），黃褐色，濕，密實(shí)。無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，搖振反應(yīng)中等，韌性低。該層成分不均，局部黏性較強(qiáng)，夾薄層黃褐色可塑狀粉質(zhì)黏土。

第（9）層：細(xì)砂（Q4-1al+pl），黃褐色，飽和，密實(shí)。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（10）層：粉質(zhì)黏土（Q3al），灰黃色～黃褐色，可塑～硬塑，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。含灰色條紋，姜石含量在5%左右，姜石粒徑為0.2～4.0 cm。

第（10）-1層：細(xì)砂（Q3al），黃褐色，保護(hù)、密實(shí)。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（11）層：粉質(zhì)黏土（Q3al），黃褐色～棕黃色，硬塑，無搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。含黑色鐵錳質(zhì)浸染，姜石含量在10%左右，姜石粒徑為0.2～4.0 cm。該層底部局部輕微膠結(jié)。

第（11）-1層：細(xì)砂（Q3al），黃褐色，飽和，密實(shí)。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。

第（11）-2層：細(xì)砂（Q3al），灰黃色～灰白色。成巖較差，呈碎塊狀，夾少量粉質(zhì)黏土。該層不連續(xù)，呈透鏡體分布，位置及深度變化比較大。

第（12）層：粉質(zhì)黏土（Q3al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅(jiān)硬，無搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。含藍(lán)灰色及黑色斑塊、條紋。該層姜石含量比較高，局部姜石富集，呈不連續(xù)狀膠結(jié)。

第（12）-1層：鈣質(zhì)膠結(jié)（Q3al），灰黃色～灰白色，成巖較差，呈碎塊狀，短柱狀，局部夾堅(jiān)硬狀泥質(zhì)膠結(jié)，含少量粉質(zhì)黏土。該層不連續(xù)，呈透鏡體分布，位置及深度變化比較大。

第（13）層：細(xì)砂（Q3al），黃褐色，飽和，密實(shí)。主要成分為石英、長石，顆粒級配不良。該層局部夾少量粗砂。

第（13）-1層：粉質(zhì)黏土（Q3al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅(jiān)硬，無搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。含灰斑。該層姜石含量較高，局部姜石富集。

第（14）層：粉質(zhì)黏土（Q2al），褐黃色～棕黃色，硬塑～堅(jiān)硬，無搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。含灰斑。該層姜石含量較高，局部姜石富集，夾少量泥質(zhì)膠結(jié)。

第（14）-1層：鈣質(zhì)膠結(jié)（Q2al），灰黃色～灰白色，成巖較差，呈短柱狀，局部夾堅(jiān)硬狀泥質(zhì)膠結(jié)，含少量粉質(zhì)黏土。該層不連續(xù)，呈透鏡體分布，位置及深度變化不大。

本場地地下水水位量測在勘探鉆孔過程中進(jìn)行。外業(yè)施工期間量測的地下水水位在地面以下14.60～16.10 m，絕對標(biāo)高約為68.50 m?？辈炱陂g量測的地下水位較深，且未量測到承壓水，主要是受相鄰場地基坑降水的影響，水位下降較深。根據(jù)鄰近場地經(jīng)驗(yàn)，勘探深度內(nèi)含水層分為兩層，即上層的潛水和下層的承壓水。潛水主要賦存于8.50～12.00 m（絕對標(biāo)高為72.29～74.57 m）以上Q4-3、Q4-2的粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂中，屬弱透水層;承壓水主要賦存于8.50～12.00 m（絕對標(biāo)高為72.29～74.57 m）以下的粉砂、細(xì)砂中，該層富水性好，屬強(qiáng)透水層，具有微承壓性，與上部潛水有一定水力聯(lián)系。樁基工程施工期間，水位位于作業(yè)面以下約4 m，以承壓水為主。

從上述內(nèi)容可知，成孔穿過14個土層。在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，施工作業(yè)面以下，7～10 m主要為細(xì)砂層，土體自立性極差，特別是地面以下4 m，無泥漿護(hù)壁，開孔即塌，旋挖成孔效率低;10～40 m為粉質(zhì)黏土摻雜不均勻鈣質(zhì)結(jié)層，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、反循環(huán)鉆機(jī)效率低下，鉆進(jìn)困難;40～45 m土層接近中、微風(fēng)化巖石[3-4]。

2 常用鉆機(jī)成孔工藝關(guān)鍵

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔工藝：測量放樣后鉆機(jī)就位開始鉆機(jī)，鉆井速度應(yīng)適當(dāng)控制，在護(hù)筒刃腳處應(yīng)低檔緩慢鉆進(jìn)，使刃腳處有較好的泥漿護(hù)壁。鉆到刃腳下1 m后可根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整至正常速度。鉆進(jìn)過程中注意往孔內(nèi)及時補(bǔ)充漿液量，維持護(hù)筒內(nèi)的水頭高度，保證孔壁穩(wěn)定。提升鉆具時應(yīng)平穩(wěn)，當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時，必須防止鉆頭鉤掛護(hù)筒。鉆進(jìn)過程中應(yīng)實(shí)時檢查鉆孔直徑和豎直度。鉆孔完成后要檢測孔深、傾斜度、直徑及清孔情況。

旋挖鉆機(jī)成孔工藝：測量放樣后鉆機(jī)成孔埋護(hù)筒，護(hù)筒直徑略大于樁直徑以便于施工，護(hù)筒高出施工作業(yè)面不小于300 mm，周邊應(yīng)填密實(shí)。干作業(yè)成孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況考慮是否需要護(hù)壁措施，濕作業(yè)成孔時，因地下水壓力作用為保持孔壁穩(wěn)定不塌孔，應(yīng)采用泥漿護(hù)壁措施，成孔后要清孔保證孔底沉渣符合規(guī)范要求，檢測孔深、直徑、傾斜度。

沖擊反循環(huán)鉆機(jī)成孔工藝：測量放樣后鉆機(jī)成孔埋護(hù)筒，護(hù)筒直徑略大于樁直徑以便于施工，護(hù)筒高出施工作業(yè)面不小于300 mm，周邊應(yīng)填密實(shí)。沖擊反循環(huán)鉆機(jī)作業(yè)環(huán)境常為濕作業(yè)，因此護(hù)壁效果好、不易塌孔，但是應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整進(jìn)尺速度，為粉砂土?xí)r應(yīng)適當(dāng)降低鉆進(jìn)速度，黏性土或巖性土可適當(dāng)加快速度。提鉆、下鉆時要平穩(wěn)，至孔口要減速，防止鉆頭碰護(hù)筒導(dǎo)致護(hù)筒移位。施工過程中注意泥漿配制比重，成孔后要清孔、洗孔，確保沉渣不能過量。

3 機(jī)械成孔方案分析

新時代商務(wù)中心3#樓的總樁數(shù)為246根，工程總工期為46 d，場地狹小、工期緊、任務(wù)重。為保證如期完工，前期方案計(jì)劃使用旋挖樁機(jī)進(jìn)行施工。施工發(fā)現(xiàn)，作業(yè)面以下7～10 m砂層部分因泥漿護(hù)壁效果差、經(jīng)常塌孔、不能有效作業(yè)等問題造成工期無法保證，因此對多種濕作業(yè)施工方案進(jìn)行分析、比選，主要施工方案如表1所示。

旋挖樁機(jī)方案：旋挖機(jī)移動靈活、鉆進(jìn)快、成孔效率高，適用于粉土、黏性土、填土、中風(fēng)化及微風(fēng)化巖土層，但泥漿護(hù)壁效果較差，特別是在本項(xiàng)目施工作業(yè)面以下7～10 m細(xì)砂土層中，塌孔率在70%以上，極大地影響了成孔質(zhì)量，增大了混凝土充盈系數(shù)、混凝土用量。同時，旋挖機(jī)體型較大，狹小場地?zé)o法供多臺機(jī)械同時作業(yè)。

沖擊反循環(huán)鉆機(jī)方案：適用于黏性土、粉砂、細(xì)砂、中粗砂及軟巖土層，項(xiàng)目前期使用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，在作業(yè)面以下7～10 m細(xì)砂土層中表現(xiàn)良好，成孔效率高且不易塌孔。10～40 m粉質(zhì)黏土摻雜不均勻鈣質(zhì)結(jié)層中鉆進(jìn)效率低，最長單孔時長達(dá)28 h，鉆頭鉆桿損壞較大;40～45 m中、微風(fēng)化巖石土層中無法鉆進(jìn)。體型小，可多臺同時作業(yè)，本場地最大容量3臺同時作業(yè)，需要3個泥漿池配合作業(yè)，場地污染嚴(yán)重[5]。

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)方案：適用于黏性土、粉砂、細(xì)砂、中粗砂土層?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)本場地作業(yè)面以下7～10 m細(xì)砂土層中表現(xiàn)良好，成孔效率高且不易塌孔;10～40 m粉質(zhì)黏土摻雜不均勻鈣質(zhì)結(jié)層中鉆進(jìn)效率極低，基本無法有效作業(yè)?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)體型小，可多臺同時作業(yè)。

沖擊錘機(jī)方案：適用于粉土、砂土、碎石土、風(fēng)化巖層，粉土及砂土中成孔效率低，本場地最長單成孔時長7 d，巖層中成孔效率高。沖擊錘機(jī)移動不靈活，樁機(jī)架設(shè)時間較長。

4 組合施工方案對比分析

經(jīng)分析，正、反循環(huán)鉆機(jī)均無法單獨(dú)完成成孔作業(yè)，旋挖鉆機(jī)可單獨(dú)完成作業(yè)，針對細(xì)砂土層塌孔風(fēng)險大，沖擊錘單獨(dú)成孔施工效率極低，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，本項(xiàng)目可采用施工機(jī)械組合方案（見表2）。本研究僅對兩種經(jīng)濟(jì)、合理、效率高的組合施工方案進(jìn)行對比分析。

第一，3臺沖擊反循環(huán)鉆機(jī)+1臺沖擊錘組合方案。該方案較好地完成了泥漿護(hù)壁，能有效解決砂土成孔過程中的塌孔問題。沖擊反循環(huán)鉆機(jī)體型不大、移動靈活，因此，可多臺機(jī)械同時作業(yè)施工。本場地可同時容納3臺沖擊反循環(huán)鉆機(jī)和1臺沖擊錘施工，機(jī)械租賃費(fèi)用較經(jīng)濟(jì)。但該方案泥漿池數(shù)量較多，現(xiàn)場泥漿污染嚴(yán)重，泥漿池需要經(jīng)常清理，對現(xiàn)場機(jī)械配合要求較高、容錯率低。沖擊反循環(huán)鉆機(jī)為輪胎式，對場地要求較高，沖擊錘架設(shè)、調(diào)整時間較長，因此，施工效率一般，每天成樁4～5根。

第二，1臺回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+1臺旋挖機(jī)組合方案。該方案前端采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工，較好地完成了泥漿護(hù)壁，能有效解決砂土成孔過程中的塌孔問題，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和履帶式旋挖機(jī)移動靈活、架設(shè)調(diào)整時間短、旋挖機(jī)施工效率高、受場地影響小。泥漿池數(shù)量較少，現(xiàn)場泥漿污染小，旋挖孔渣可用鏟車及時清理，泥漿池不需要經(jīng)常清理，對現(xiàn)場機(jī)械配合要求較低、容錯率高。因此，施工效率較高，每天成樁6～8根。但該方案旋挖鉆機(jī)體型較大，對于狹小場地?zé)o法多臺同時作業(yè);日租賃費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性略差。

根據(jù)業(yè)主對工期的要求，本工程最終選用組合施工方案中的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖機(jī)組合方案。

5 結(jié)論

鄭州新時代商務(wù)中心3#樓樁基分部工程，地下水豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工過程中多工種交叉作業(yè)、施工場地狹小，如何選取合理的方案關(guān)系到項(xiàng)目成敗。本文通過對比分析各種適用機(jī)械施工方案及多種組合機(jī)械施工方案，并在施工過程中進(jìn)行實(shí)踐探索，引入兩種機(jī)械組合接力施工工法。其中，反循環(huán)鉆機(jī)+沖擊錘組合方案較為經(jīng)濟(jì)，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖機(jī)組合方案的效率高，能保證施工進(jìn)度。同時，兩種方案在成孔質(zhì)量、工作效率等方面均表現(xiàn)良好，可推廣使用。

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