廖 杰

（中鐵南方投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518052）

0 引言

擠擴(kuò)支盤樁是一種模仿樹根抗壓抗拔原理，結(jié)合變截面形式的鉆孔灌注樁而研發(fā)出的異型樁結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的鉆孔灌注樁相比，擠擴(kuò)支盤樁既在樁身結(jié)構(gòu)和造型上進(jìn)行創(chuàng)新，又使得樁身受力機(jī)理發(fā)生了變化[1-3]。支盤結(jié)構(gòu)的擠擴(kuò)過(guò)程中，擠擴(kuò)設(shè)備使樁周土產(chǎn)生擠密壓硬效果，增強(qiáng)了樁周土的承載能力；成樁后，支盤結(jié)構(gòu)亦能通過(guò)在各土層中發(fā)揮端承力的作用，進(jìn)而極大提高單樁的抗壓拔承載力。擠擴(kuò)支盤樁也正依托其獨(dú)特的擠擴(kuò)壓硬作用和支盤結(jié)構(gòu)提供的更大端阻力，與常規(guī)灌注樁相比大幅縮短了樁身設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，有效避免了常規(guī)灌注樁施工過(guò)程中樁基往往需要鉆入巖體的困難，同時(shí)大幅節(jié)省了工程支護(hù)樁結(jié)構(gòu)的整體造價(jià)，因而在各類復(fù)雜地層中均有廣泛應(yīng)用前景。

旋挖工藝因其成孔速度快、施工效率高，在樁基工程量較大時(shí)得以廣泛應(yīng)用。但在填海地層條件下，采用旋挖工藝成孔時(shí)，在砂土層常發(fā)生塌孔、卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象，致使樁孔清理不徹底，孔底沉渣過(guò)厚[4]；在淤泥質(zhì)地層旋挖過(guò)程中常發(fā)生樁孔縮頸；在遇水軟化的黏土層或全風(fēng)化花崗巖地層中，泥漿護(hù)壁過(guò)程中常發(fā)生孔壁泥皮過(guò)厚現(xiàn)象。因此如何采取有效手段，保證填海地層中旋挖工藝成孔時(shí)樁孔的穩(wěn)定性是一項(xiàng)亟待解決的難題。

旋挖擠擴(kuò)支盤樁將普通鉆孔灌注樁的旋挖成孔工藝與新型承載能力高、適應(yīng)性強(qiáng)的擠擴(kuò)支盤樁進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在近海域填海地層采用此工法進(jìn)行地基加固，利用了旋挖成孔施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒、配置優(yōu)質(zhì)泥漿[5]、調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速率等手段，并結(jié)合擠擴(kuò)支盤樁的擠擴(kuò)壓硬理論與受力機(jī)理克服了填海地層中旋挖工藝成孔困難、成樁質(zhì)量難以保證的缺點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

濱海大道是深圳市新一輪干線路網(wǎng)規(guī)劃中重要的東向西快速干道之一。濱海大道交通綜合改造工程，將現(xiàn)狀雙向十車道拓展至雙向十四車道。改造范圍地處深圳市南山區(qū)和福田區(qū)，西起沙河?xùn)|路立交，東至廣深高速公路，全長(zhǎng)約5.95 km，涉及基坑總長(zhǎng)約1.5 km，基坑最寬位置近百米，最大開挖深度35 m，距海岸線最近55 m，是典型的近海超大復(fù)雜深基坑工程。

1.2 水文地質(zhì)情況

依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件資料及現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，擬建工程場(chǎng)區(qū)地下水可分為上層滯水、紅色碎屑巖類裂隙溶隙水、松散巖類孔隙水3 種類型。場(chǎng)地南側(cè)鄰近深圳灣，西側(cè)為大沙河，歡樂海岸段北側(cè)有華僑城人工湖，地下水主要為孔隙潛水和基巖裂隙水。路線所在地段原始為濱海灘涂地貌，后經(jīng)填方改建成為市政快速干道，現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)平坦，地下水較豐富，下伏基巖為巖漿巖，中上部為填土、填砂、填石、淤泥等巖土體覆蓋，厚度較大，上覆地層整體性狀較差，受構(gòu)造因素影響，場(chǎng)地尚存在風(fēng)化深槽、巖面起伏及巖石差異風(fēng)化明顯。

場(chǎng)區(qū)各地層依次編號(hào)為人工填土層（Qml）①1壓實(shí)填土、①2素填土、①3填石、①4填砂，第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q4mc）②1細(xì)砂、②2淤泥，第四系全新統(tǒng)沖洪積沉積層（Q4al+pl）③1黏土、③2礫砂，第四系上更新統(tǒng)沖洪積沉積層（Q3al+pl）④1粉質(zhì)黏土、④2含黏性土礫砂、④3含有機(jī)質(zhì)黏土，第四系殘積層（Qel）⑤礫質(zhì)黏性土，早白堊系燕山四期粗粒花崗巖⑥1全風(fēng)化粗?；◢弾r、⑥2土狀強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r、⑥3塊狀強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r、⑥4中風(fēng)化粗?；◢弾r、⑥5微風(fēng)化粗?；◢弾r。

1.3 支盤樁設(shè)置方案

工程根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件劃分為3 個(gè)開挖區(qū)域，各開挖區(qū)域分別設(shè)置支盤徑不同的3類旋挖擠擴(kuò)支盤樁49根、245根、67根以取代原設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁。設(shè)計(jì)支盤樁樁徑?1 000～1 800 mm，樁長(zhǎng)30～40 m。各型支盤樁的樁徑、盤徑、樁長(zhǎng)等設(shè)計(jì)參數(shù)和原設(shè)計(jì)樁參數(shù)如表1 所示，各類型樁支盤結(jié)構(gòu)所處典型地層如表2所示。

表1 各設(shè)計(jì)支盤樁參數(shù)

表2 各類型樁支盤結(jié)構(gòu)所處典型地層

2 施工工藝

該工程項(xiàng)目中，支盤樁均主要采用旋挖鉆施工成孔、泥漿護(hù)壁、支盤成型、混凝土灌注成樁等施工工藝，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 支盤樁施工工藝流程圖

3 施工質(zhì)量控制

3.1 管理措施

（1）樁基按坐標(biāo)施工放樣必須在認(rèn)真核對(duì)設(shè)計(jì)圖表，確認(rèn)兩者無(wú)誤后進(jìn)行。

（2）相鄰鉆孔不得同時(shí)進(jìn)行鉆孔或混凝土澆筑作業(yè)，以避免孔壁受攪動(dòng)影響出現(xiàn)串孔或斷樁，造成不良后果。

（3）在樁基擠擴(kuò)施工前，必須詳細(xì)核查進(jìn)場(chǎng)設(shè)備、預(yù)定的施工工藝及相關(guān)技術(shù)要求是否與工程的需要相匹配；施工過(guò)程中，支盤樁最小盤間距應(yīng)大于等于8倍盤環(huán)寬，且盤支間距不得小于6倍支長(zhǎng)，支盤標(biāo)高可以依據(jù)地層縱向位置變化作相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于六星支結(jié)構(gòu)，其間距應(yīng)小于4倍支長(zhǎng)。

（4）在施工過(guò)程中，擠擴(kuò)工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)土層力學(xué)參數(shù)的校驗(yàn)，若在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與地質(zhì)勘察報(bào)告不符或有異常情況，應(yīng)及時(shí)由支盤工程師會(huì)同設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理人員對(duì)樁承載力做出判斷并提出相應(yīng)的承載力調(diào)控措施。調(diào)控措施包括：調(diào)整支盤在地層中設(shè)置的位置、更改支結(jié)構(gòu)為承載力更強(qiáng)的盤結(jié)構(gòu)、增加支盤結(jié)構(gòu)數(shù)量、支結(jié)構(gòu)增加結(jié)構(gòu)分支數(shù)量、增大盤結(jié)構(gòu)直徑等。

（5）支盤作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注擠擴(kuò)支盤設(shè)備是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常狀況應(yīng)立即停機(jī)待命，由支盤技師做出判斷。

（6）支盤擠擴(kuò)施工后，應(yīng)立即對(duì)支盤腔標(biāo)高、完整性和穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)，并對(duì)支盤承載性能進(jìn)行校核。

3.2 護(hù)筒埋設(shè)

（1）護(hù)筒埋設(shè)前使用旋挖鉆機(jī)預(yù)先開孔，開孔時(shí)選用泥漿護(hù)壁。旋挖深度超過(guò)2.0～3.0 m 后，使用機(jī)械振動(dòng)錘將護(hù)筒夾持至預(yù)開孔內(nèi)。

（2）鋼護(hù)筒由人工配合振動(dòng)錘單節(jié)一次放入。振動(dòng)錘需要設(shè)置雙夾持器，并使用吊車完成起吊作業(yè)，以確保振動(dòng)錘激振力符合要求。

（3）在護(hù)筒沉入埋設(shè)的全過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置專門人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮工作，以保證護(hù)筒沉入作業(yè)的安全、準(zhǔn)確完成。

（4）護(hù)筒安裝作業(yè)完成后，需由人工回填黏土并進(jìn)行插搗作業(yè)，務(wù)必確保護(hù)筒四周土體密實(shí)、無(wú)空隙。

（5）護(hù)筒埋設(shè)作業(yè)完成后，現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員應(yīng)立即測(cè)量并記錄護(hù)筒標(biāo)高，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)作為后續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)的控制依據(jù)。

3.3 泥漿配置

（1）成孔護(hù)壁泥漿選用比重控制在1.05～1.25間的優(yōu)質(zhì)泥漿；樁孔鉆深至易發(fā)生塌孔現(xiàn)象的土層時(shí)，泥漿比重可以適當(dāng)增大至1.2～1.35；主樁終孔時(shí)，一般土層中的泥漿比重須大于等于1.2，易塌孔土層中的泥漿比重須大于1.25以保證施工安全；混凝土灌注前的泥漿比重需要控制在1.1～1.15 之間，且泥漿膠體率不應(yīng)低于98%，含砂率應(yīng)低于2%，黏度控制在18～22 s間，具體影響泥漿指標(biāo)宜經(jīng)工藝試樁確定。

（2）使用水、膨潤(rùn)土、外加劑進(jìn)行泥漿制拌，制漿時(shí)將膨潤(rùn)土與外加劑盡量打碎。

（3）添加羧甲基纖維素鈉鹽（CNC），增強(qiáng)泥漿黏性。

（4）添加堿類（Na2CO3）和木質(zhì)素族分解劑，以對(duì)泥漿變質(zhì)進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)已變質(zhì)的泥漿進(jìn)行性質(zhì)改善。

（5）泥漿各項(xiàng)材料配比經(jīng)配比實(shí)驗(yàn)確定，滿足性能指標(biāo)要求。

（6）現(xiàn)場(chǎng)需在適當(dāng)位置設(shè)置泥漿回收池用以回收CNC護(hù)壁泥漿，回收泥漿經(jīng)沉淀凈化后轉(zhuǎn)置于儲(chǔ)漿池中，在進(jìn)行進(jìn)一步處理且測(cè)試符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后方可循環(huán)使用。

（7）廢棄泥漿經(jīng)過(guò)泥漿處理系統(tǒng)壓縮成泥餅后外運(yùn)。

3.4 鉆進(jìn)成孔

（1）開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)控制進(jìn)尺速度，為使刃腳處有堅(jiān)固的泥皮護(hù)壁，須在護(hù)筒刃腳處采用低檔慢速鉆進(jìn)。鉆進(jìn)至刃腳下1 m 后，方可根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整為正常速度繼續(xù)鉆進(jìn)。

（2）每鉆進(jìn)2～3 m，使用旋挖鉆自帶感應(yīng)器檢查鉆孔直徑和豎直度。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程中，需做好護(hù)壁泥漿的維護(hù)和管理工作，每30 min 測(cè)量一次泥漿稠度和相對(duì)密度，根據(jù)泥漿性質(zhì)的變化反推分析孔內(nèi)及護(hù)筒內(nèi)的鉆孔穩(wěn)定性。

（4）在擠擴(kuò)成型作業(yè)過(guò)程中，利用吊機(jī)改變支盤機(jī)深度位置，在鉆孔中擠擴(kuò)出若干個(gè)支盤腔，擠擴(kuò)時(shí)應(yīng)自下而上進(jìn)行。應(yīng)密切注意支盤機(jī)升降作業(yè)工況、擠擴(kuò)壓力升降情況、油位下降量及孔內(nèi)是否有油星冒出，出現(xiàn)異常情況時(shí)，班長(zhǎng)應(yīng)立即報(bào)告項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；作業(yè)完成時(shí)，應(yīng)慢提設(shè)備以防塌孔。

3.5 二次清孔

（1）二次清孔作業(yè)使用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行，清孔作業(yè)示意及流程如圖2 所示。清孔前需測(cè)量、記錄鉆孔孔深，并計(jì)算沉渣厚度，檢查各種設(shè)備是否完好。

圖2 氣舉反循環(huán)清孔示意圖

（2）下放灌注導(dǎo)管至孔底10 mm處。

（3）從灌注導(dǎo)管內(nèi)將風(fēng)管下放至距導(dǎo)管底口200 mm處，并將其另一端與空壓機(jī)組連接。

（4）將接渣籃置于出渣口下方，為防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，還需保證孔內(nèi)泥漿高度。

（5）開動(dòng)空壓機(jī)清孔，正常風(fēng)量為8 m3∕h，風(fēng)壓為0.4～0.7 MPa。

（6）測(cè)量孔內(nèi)沉渣厚度和泥漿比重，確認(rèn)達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，先關(guān)空壓機(jī)，而后卸下導(dǎo)管帽，拔出風(fēng)壓管。

4 成樁試驗(yàn)檢測(cè)

4.1 試樁設(shè)計(jì)

為檢測(cè)支盤樁施工質(zhì)量，在工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置抗拔、抗壓共3 根非原位試樁。其中抗拔樁樁徑為700 mm，抗壓樁樁徑為1 200 mm，各樁間距為5 000 mm。試樁支結(jié)構(gòu)均為六星支，各支盤結(jié)構(gòu)均勻分布于土體?？拱螛堕L(zhǎng)23.5 m，設(shè)置四支一盤，支盤外徑1.6 m；抗壓樁長(zhǎng)40 m，設(shè)置四支兩盤，支盤外徑為2.5 m。采用錨樁法構(gòu)建加載系統(tǒng)，利用一根抗壓樁和兩根抗拔樁的“二錨一”結(jié)構(gòu)組合，使用慢速維持荷載法實(shí)現(xiàn)加卸載進(jìn)行壓拔同步的靜載試驗(yàn)，試樁平面位置及加載系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 加載系統(tǒng)示意圖

上述非原位試驗(yàn)設(shè)計(jì)為破壞性試驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范中擠擴(kuò)支盤樁承載力的計(jì)算方法，確定抗拔樁設(shè)計(jì)承載力特征值為1 800 kN、極限承載力為3 644 kN、預(yù)估最大加載值為6 344 kN，抗壓樁設(shè)計(jì)承載力特征值為3 600 kN、極限承載力為7 928 kN、預(yù)估最大加載值為13 328 kN。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3根試樁的樁頂位移量與加卸荷載量關(guān)系曲線如圖4 所示。由圖4 可見，各試樁樁頂變形量均隨荷載增加而不斷增大，曲線整體呈現(xiàn)較為光滑的特征，未見明顯陡升陡降，呈緩變型特點(diǎn)。樁頂荷載量達(dá)到按照相關(guān)規(guī)范計(jì)算得到的極限承載力時(shí)，各樁仍具有相當(dāng)?shù)某休d潛力，且對(duì)比普通灌注樁，支盤樁在卸荷時(shí)具有相對(duì)更高的回彈率。

圖4 各試樁樁頂位移曲線

由試樁結(jié)果可知，采用旋挖擠擴(kuò)支盤樁施工質(zhì)量控制方法，可以有效保證旋挖擠擴(kuò)支盤樁在復(fù)雜填海地層中的成樁質(zhì)量。

擠擴(kuò)支盤樁單樁承載力約為摩擦灌注樁的2～3倍，呈現(xiàn)出緩變形安全承載特征，在相同荷載條件下可以縮短樁長(zhǎng)、減小樁徑、降低入巖深度甚至減少樁數(shù)，從而節(jié)省大量混凝土、鋼筋等工程材料用量，通常同等條件下擠擴(kuò)支盤樁相較于普通灌注樁可以節(jié)約混凝土用量約40%、鋼筋用量10%，減少了樁基工程的總施工時(shí)間，大大加快施工進(jìn)度，通常采用擠擴(kuò)支盤樁時(shí)可節(jié)約樁基工程工期約25%。同時(shí)，這也進(jìn)一步大量降低了工程材料生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量以及施工過(guò)程中各項(xiàng)能耗，符合我國(guó)新型基礎(chǔ)建設(shè)的節(jié)能減排理念。

此工程案例中，原設(shè)計(jì)灌注樁樁長(zhǎng)以20～40 m為主，采用支盤樁方案后，根據(jù)不同地質(zhì)條件優(yōu)化樁長(zhǎng)至15～22 m，綜合節(jié)約混凝土用量近50%，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和較強(qiáng)的可推廣性。

5 結(jié)論

（1）相較于傳統(tǒng)灌注樁，擠擴(kuò)支盤樁具有承載力強(qiáng)、用料節(jié)約、施工工期短、經(jīng)濟(jì)效益強(qiáng)等特點(diǎn)，符合節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，具有較高的推廣價(jià)值。

（2）旋挖擠擴(kuò)支盤樁利用旋挖工藝成孔，可大幅提高成孔速度，在樁基工程數(shù)量較大時(shí)成孔效率高。配合采用長(zhǎng)護(hù)筒、調(diào)節(jié)泥漿配置與鉆進(jìn)速率等手段，解決了填海地層由于覆蓋較厚砂土層及軟土層導(dǎo)致的樁基成孔困難，樁基承載力不足的難題。

（3）通過(guò)試樁結(jié)果可知，旋挖擠擴(kuò)支盤樁承載性能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在深圳市及同類近海域填海地層地區(qū)具有廣泛應(yīng)用前景。