复杂地质情况下旋挖桩施工技术探析

邬俊明

（福建天蒙建设建设有限公司，福建 南平 353000）

0 引言

旋挖钻机将压力由动力头装置传递给钻杆，而钻杆下端安装桶式钻具，在电脑的指令下，钻具沿着设计好的轨迹进行回旋，使得土层被切削到钻具内并关上活门，接着提升钻具达到地面后进行孔外卸土，接着再下放钻具继续切土，如此循环操作直至到达设计高程。根据土质情况成孔方式分为泥浆护壁作业和干孔作业两种。旋挖桩具有桩机移位方便、自动精准定位、成孔速度快、环保、自动化程度高和适用土层广等优点，被广泛应用于桩基工程。但是如果遇到中砂层、卵石层和高水位等复杂地质情况，采用常规方法进行旋挖成孔很容易发生泥浆被稀释、塌孔、钻具磨损严重、施工效率低和沉渣厚度大等施工问题，因此，在上述复杂地质情况下，采用何种技术措施能够保证旋挖桩施工质量满足设计及规范要求成为摆在施工管理人员面前的首要问题。

1 工程概况

南安市第三小学位于南安市美林街道庄顶村，地上5层，地下室为1层，结构形式为框剪结构。现场四周开阔，原始地面标高为15.39~23.06m，场地高差较大。教学楼部分1~4 层为标准教室，5 层为会议室和行政办公室，主体建筑高度为19.8m，地下室主要功能为设备用房和停车库。该工程结构安全等级为一级，结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为8度。该工程基础采用旋挖桩，桩长为18~32m，桩径为800mm，水下混凝土强度为C30，桩端要求全截面进入碎块状强风化花岗岩1.6m。

2 地质条件

该工程旋挖桩施工区域内地质条件如表1 所示，根据勘探孔水位高程得知该工程地下水埋深为1.20~2.50m，地下水相对比较丰富。

表1 旋挖桩施工区域内地质条件

3 旋挖桩施工面临的难点

（1）施工场地东侧约5m 为市政道路，北侧约10m为5层高的建筑，南侧约15m为内部道路，西侧为空地，周边环境复杂，施工场地较为狭窄，施工工期较为紧张，应采取妥当的施工部署。

（2）地层中存在中砂层和卵石层，地下水丰富情况下，该类土层容易出现塌孔现象，中砂不容易清孔，孔底沉渣厚度很容易超过设计要求。另外，常规旋挖钻具在该类土层中磨损较大，工程造价较高，应选择合适的钻具。

（3）鉴于地下水埋深很浅，杂填土的地耐力无法满足机械行走的要求，施工场地需要进行加固处理，常规在桩基边上开挖泥浆池将会出现地下水渗出现象，泥浆将会受到稀释，泥浆的性能将无法满足护壁的需求，需要合理地设置泥浆池。

4 旋挖桩施工技术要点

针对案例工程旋挖桩施工面临的难题，在施工各相关环节加强了技术要点的把控和针对性对策的实施，比如加铺石粉，制备优质泥浆，选用钢制泥浆池，将卵石层钻具更换成双锥双螺钻头，采用泵吸反循环清孔方法等。

4.1 施工准备

经过计算后得知，该工程施工场地内铺设0.5m 厚的石粉即可满足旋挖钻机行走的地耐力要求，石粉满铺后应采用压路机碾压数遍。根据旋挖桩的布置情况，将所有桩位全部测放出来，在桩心处插上短钢筋，并系上红色塑料绳，桩位轴线偏差应及时复核，要求桩位偏差≤50mm[1]。桩径800mm 对应的钢护筒内径为1000mm，钢护筒高度为1.5m，钢板厚度为8mm，钢护筒埋设时要求护筒中心应保持与桩心一致，护筒顶部露出地坪高度为0.3m，钢护筒轴线偏差≤50mm，钢护筒应埋设牢固与可靠。

4.2 泥浆池设置

由于施工场地相对狭窄，地下水埋深很浅，常规的泥浆池设置方法就是在桩基承台边上开挖小泥浆池，泥浆池开挖后地下水马上渗出，根本无法制备泥浆，即使泥浆制备好了也会被稀释，导致泥浆比重和黏度无法满足护壁的需求，因此，该工程选用钢制泥浆池。根据旋挖桩的长度和桩径计算出泥浆的容量，泥浆池均为工厂定制，采用压型钢板围焊而成，钢板厚度为10mm，泥浆池的尺寸为8m×4m×2.5m，在泥浆池置放的底部应铺设塑料彩条布，为了防止泥浆溢出，在泥浆池四周采用塑料彩条布围住[2]，泥浆池设置3 个。水下混凝土灌注时产生大量的泥浆，因此在场地内设置尺寸为14m×10m×2.5m 的泥浆池2 个，多余的泥浆采用专用泥浆车运到指定的卸浆点。泥浆在泥浆池中循环使用，泥浆中的岩渣沉淀下来，泥浆可以回收重新使用，达到节能减排的目的。

4.3 泥浆制备

由于地下水较为丰富，无法采取干孔作业的方法，该工程泥浆采用膨润土+纯碱进行制备，该泥浆的泥皮相对致密，可以防止泥浆失水和减压现象，有效地保证中砂层和卵石层的护壁需求。杂填土和粉质黏土层的旋挖作业时，泥浆比重为1.4；待旋挖至中砂层和卵石层时，泥浆比重调整为1.5，泥浆黏度调整为30s；旋挖至残积黏性土和全风化花岗岩，泥浆比重调整为1.4；旋挖至砂土状和碎块状强风化花岗岩时，泥浆比重调整为1.3。根据不同岩土层地质情况适当地调整泥浆性能，确保孔壁安全性[3]。

4.4 旋挖成孔

旋挖机能够自动行走，桩架为全液压升降，移机和就位十分灵活。旋挖机就位后将钻具中心与桩位对齐后，校正钻杆的垂直度满足施工规范要求后即可进行旋挖钻进，刚开始应轻压慢钻，缓慢钻进，待钻至粉质黏土层时即可适当加快旋挖速度。待旋挖至中砂层时，注入调整好泥浆比重的优质泥浆，放慢钻进速度，适当地增加扫孔次数，防止中砂层出现缩颈现象。鉴于卵石层的粒径较小，旋挖至卵石层时，将钻具更换成双锥双螺钻头，适当地放慢钻进速度，调整泥浆的黏度，避免出现塌孔和卡钻现象[4]。旋挖至残积黏性土和全风化花岗岩更换成常规的钻具继续钻进，强风化花岗岩则可以采用双锥双螺钻头进行旋挖，当旋挖至碎块状强风化花岗岩时，及时通知监理工程师对岩渣的性质进行鉴定后确认进入持力层，继续向下旋挖1.6m即可终孔。为了避免孔底沉渣厚度超过规定值，采用双层底旋挖钻斗捞取孔底沉渣。成孔后按照规定检查孔壁垂直度、桩位、孔径和孔深等数据，检查合格后即可进行清孔。

4.5 清孔

根据该工程旋挖桩的特点和地质情况，选用泵吸反循环清孔方法，清孔分2 次，第一次清孔后下放钢筋笼和导管，第二次清孔后即可灌注水下混凝土，泥浆清孔后的各项指标应符合设计要求。

4.6 钢筋笼安装

鉴于施工场地相对狭窄，该工程旋挖桩的所有钢筋笼均在施工场地外的预制厂里加工完成后再运输到桩孔位置。采用专用的模具来加工钢筋笼，钢筋的规格和长度应符合设计要求，该工程主筋接长采用单面焊形式，主筋预留的搭接长度为10d，在钢筋笼接头位置应错开50%，接头处的错开距离为≥500mm 且≥35d，一般情况下，螺旋箍筋与主筋的连接采用点焊，加劲箍每2m 设置1 道，每4m 设置十字撑1 道。在钢筋笼上每隔4m 均分设置4 个圆形砂浆块，从而达到控制钢筋保护层厚度的目的[5]。注浆管选用直径25mm 的钢管，采用钢丝将注浆管对称地固定在钢筋笼内侧，注浆管的下部应采用胶带缠绕密封，上部露出地面约0.5m，并戴上塑料帽，注浆管的接长采用套管进行焊接，焊接应牢固无渗漏，钢筋笼下放完成后注浆管内应注满清水，管口应戴上塑料帽。第一次清孔完成后，采用专用拖车将钢筋笼运至承台边，采用25t 汽车吊来下放钢筋笼，钢筋笼起吊应缓慢，对准桩心缓缓地下放，下放到接头位置，采用槽钢将钢筋笼架设在钢护筒上，待主筋接长完成后，焊缝质量检查合格，待焊缝自然冷却后即可下放到设计高程。钢筋笼的轴线和高程经复核与设计相符时即可将吊筋挂设在钢护筒上，为了防止钢筋笼上浮，吊筋与钢护筒应点焊固定。

4.7 水下混凝土灌注

钢导管在下放之前应按照规定进行密封性和抗拉强度等项目试验，相关试验结果应满足规范要求，导管无渗漏。该工程钢导管的连接形式选用螺纹快速接头，两节导管在连接时应按照规定在节间放置O 形密封圈，从而防止外面空气进入导管内，保证导管内外的压力差[6]。为了防止出现断桩现象，导管最下节选用7m 长的导管，导管的底部距离孔底0.4m。在混凝土灌注前，应做好相应的施工部署，比如混凝土卸料平台搭设、运输车数量和行走路线等，保证混凝土供应连续和及时，确保混凝土灌注质量。由于水下混凝土的坍落度对桩基质量影响较大，太大则容易离析，太小则容易出现堵管和钢筋笼上浮现象，严格控制混凝土坍落度为180～220mm，进场的混凝土不得出现泌水现象，如果混凝土质量不符合要求则应立即责令退场并做好相关记录。根据首灌的计算公式算出第一斗混凝土的方量，该工程选用料斗规格为2m3，为了确保导管埋入混凝土深度满足规范要求，在剪断隔水球时往料斗里快速卸混凝土，直至泥浆溢出钢护筒。混凝土灌注过程中应做好相关记录，尤其是拆管后应保证导管埋入混凝土深度≥4m，该措施能够有效地防止拆管过多出现断桩现象。在等待下一车混凝土的期间，应隔几分钟上下插拔导管，该措施能够挤密混凝土和有效防止出现堵管现象。该工程按照设计要求超灌0.5m。

4.8 注浆施工

为了防止注浆管出现堵塞现象，成桩1d 后即可清水开塞。待成桩7d 后即可用水泥浆进行注浆，水灰比为0.5，水泥浆从2根注浆管同时等量进行注入，开始注浆时压力为1.5MPa，水泥浆从桩底往桩侧上泛，注浆速度≤75L/min，该工程设计注浆量为1.2t，当注浆量满足1.2t即可停止注浆[7]，如果注浆量未满足设计要求，而注浆压力达到3MPa 时，如果注浆量与设计值相差不大时，则稳压持续注浆3min 即可停止注浆，如果注浆量与设计值相差较大时，则采取间歇注浆的方法，确保桩底注浆质量。

5 结束语

案例工程成桩28d 后，根据设计图纸要求进行取芯、超声波检测和静载试验，芯样完整连续，芯样强度满足设计要求，超声波检测I类桩占94%，无Ⅲ和Ⅳ桩，静载试验结果符合设计要求。桩径、桩位和垂直度等偏差均在规范允许范围内，该工程旋挖桩的施工质量评定为优良。实践表明，存在中砂层、卵石层和高水位等地质情况下，本文所采取的旋挖桩施工技术是正确和合理的，为类似项目积累了一定的经验。