富含大块径卵石的砂卵石地层旋挖桩成孔技术

卢一韩 曾昭勇 蒙永涛

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司 广西 南宁 530001

随着我国经济的高质量发展，旧城改造不断扩大。旋挖桩已成为确保桩基础施工安全性的重要支撑，其因施工速度较快、施工安全系数高、成桩质量可靠等优点而被广泛采用[1-3]。在旋挖成孔作业中遇到富含较大块径的砂卵石地层时，如何避免大面积坍孔并能将砂卵石层中的大块径卵石有效取出，如何避免桩芯混凝土浇筑时流入相邻桩内形成斜面状结硬混凝土导致难以钻入，成为富含大块径卵石的砂卵石地层旋挖桩成孔难题[4-5]。因此，富含大块径卵石的砂卵石地层旋挖桩成孔技术值得研究。

1 工程概况

广西田林县人民医院医技综合楼项目位于田林县人民医院内，为新建建筑，工程高度为51.9 m，地上11层、地下1层。本工程塔楼为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙，建筑结构设计合理使用年限为50 a，建筑结构安全等级为二级。本工程基坑支护桩为旋挖桩，基坑周围附近为原有建筑物及道路。

场地地质条件在钻探深度范围内，自上而下由素填土、粉质黏土、卵石、泥岩组成，根据地质勘探报告，钻入至砂卵石（Qal）时应为：暗黄色-灰褐色，充填物为砾砂、粗砂，分选性一般，卵石大小一般为2～6 cm，少部分达8～10 cm以上，次圆状，成分主要为硅质岩、砂岩等，中密状态为主，层厚为1.9～6.7 m，平均厚度为4.31 m。而在现场实际施工钻进时，发现到达砂卵石层时，卵石占比达到40%以上，较多的卵石粒径不仅仅为10 cm左右，不少达到了30～50 cm，个别甚至达到了60 cm以上，大块的卵石影响旋挖机钻孔作业进度，大块漂石难以进入挖斗内，导致挖斗带着漂石空转，将本来紧实的土质搅拌成易坍孔的流砂土质，旋挖钻进时出现取出困难和非常容易坍孔的现象（图1），对支护桩成孔和一次成形完整性影响很大。本工程采取对富含大块径卵石的砂卵石地层采取高压旋喷固结，通过固结后及时旋挖成孔的方式进行施工。

2 施工技术特点

针对工程地质环境特点，选用高压旋喷注浆法，通过XPL-20/20A型系列履带低架旋喷钻机，调整垂直后进行下钻，通过硬质合金钻头回转钻进的方法，在砂卵石层地质钻进成孔。将经过浆液搅拌机搅拌过的水泥浆通过高压泵和泥浆泵加压，由注浆机经过导管送入孔中（图2），水泥浆在高压和旋转喷射搅拌作用下与周围土质结合，并渗透进入土层的裂缝和孔隙中。水泥浆硬化后将大块径卵石与泥土水分等固结硬化，使得旋挖钻机在进行桩成孔作业时得以顺利进行。

图1 旋挖成孔塌方示意

图2 高压旋喷注浆后旋挖桩成孔示意

3 施工要点

3.1 测量放线

1）复核设计图纸及现场交桩点，采用全站仪对桩位进行精确测放。针对本工程地处坡道处，孔位需随钻孔需要进行放线测量，经过多次复核后，方可钻孔作业。

2）利用水准仪对各桩位的自然地面标高进行测量并列表记录，确保固化深度大于支护桩钻孔深度。

3）桩位坐标放出后，桩中心采用长50 cm、φ10 mm钢筋打入土中，做好标识，标出管桩的外圆周后，再在四周定位出高压旋喷钻孔位置。

3.2 水泥入场验收与堆置

1）P.O42.5水泥的入场验收。由于工期赶以及工艺需求，我们选用凝结较快、强度够高的P.O42.5水泥。水泥入场后，材料员应对其强度等级、规格以及有效期进行验收，并做好验收记录。

2）P.O42.5水泥的堆置。堆放水泥的场地先整平，用软木垫进行支垫，铺设一层模板后再进行堆放，堆放高度不宜过高，不宜距离泥浆池过远。

3.3 钻孔机对位

1）由于钻孔作业和注浆作业属于带水作业，现场将不可避免造成泥泞路面，所以需要挖机在现场配合修路与吊运材料配件。

2）测量定位完成后，移动高压旋喷钻机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，放下4个脚撑确保平稳后，钻头对准放线位置，钻杆的垂直度偏差不大于1%；调好垂直度后即可下钻。

3.4 钻孔作业施工要点

1）采用高压旋喷钻机向下施钻，先低压喷水或不喷水向下施钻，与高压旋喷钻机连接的压力泵的压力设为5～10 MPa。当高压旋喷钻机下钻至坚硬土层标高后，增大压力泵压力至20～25 MPa，同时喷清水，高压旋喷钻机的钻头旋转速度为20～25 r/min，以使坚硬土层中形成一个直径同桩径的饱和扰动体；当高压旋喷钻机下钻至设计标高后停钻。

2）高压旋喷钻机提钻过程中，逐渐减小压力泵的压力，减小喷水量，拆卸钻杆，将拆下的钻杆码放在钻机边的钻杆堆放架上。

3.5 注浆机对位

钻孔机钻好孔后移机进行下一孔位的钻孔，预留出足够位置保证注浆机作业后，注浆机即可就位准备注浆作业。

3.6 注浆作业施工要点

1）施工准备就绪，喷射注浆前，要检查管路系统和高压注浆设备。在使用高压泵时，应先测定安全阀的性能，检查喷嘴内不得有杂物，各通道畅通，管路系统的密封圈良好无损等，保证高压泵能够可靠运行。同时，高压泵的排量和压力必须满足实际工程的要求。

2）注浆管下放前，先用一层薄塑料膜包裹好，以有效防止泥砂堵塞喷嘴。在喷浆时，高压浆液能够将塑料膜冲破，可保证注浆的质量。

3）高压喷射注浆时，先启动空气压缩机，再启动高压泵，注意设备的启动顺序。设备运转正常，注浆管风、水畅通后，即可旋转注浆管开始自下而上喷射注浆。注浆压力应符合设计要求，注浆压力过大，可能会损坏注浆管，如果注浆压力过小，水泥浆渗入充填深度和强度较小，对加固范围的加固作用小，影响加固质量。注浆管提升不宜过早，达到设计注浆量或注浆压力时，稳定3～5 min后，方可停止注浆。

4）喷射注浆施工过程中，如果拆卸注浆管，应先停止提升和回转，同时停止送浆，最后停机。

5）水泥浆液的水灰比和性能应满足设计、规范要求，禁止使用受潮或过期的水泥。每次配制的水泥浆液不宜过多，在喷射注浆过程中，应对水泥浆液持续搅拌，防止水泥浆沉淀、固结。

6）喷射注浆过程中，注意观察冒浆情况。土层情况、喷射效果和喷射参数与冒浆量有着密切关系。一般情况下，冒浆量小于注浆量的20%，如果完全不冒浆或者冒浆量超过注浆量的20%，应立即查明原因，并采取对应的措施。如果地层中有孔隙较大，导致不冒浆，可以增大注浆量或在水泥浆液中加入适量速凝剂；若冒浆量过大，可以加快提升速率、缩小喷嘴直径、减少注浆量。

7）待喷射的水泥浆硬化，达到终凝强度后，即可平整场地，进行旋挖桩钻孔作业。

4 效果检查

1）通过对本次采用高压旋喷注浆法固化大块径砂卵石后的旋挖桩成孔作业施工效果进行检查，所有旋挖桩孔作业过程中再无坍孔现象，成孔率达到100%。

2）本工程项目采用高压注浆法固化桩数为33根，此前采用的方法为素混凝土灌注固化法。选用素混凝土填充再循环旋挖成孔施工时间15 d，共成孔7根，耗费素混凝土约600 m3，每桩成孔耗时约为2 d，每桩成孔成本增加约43 000元。选用高压旋喷固结后旋挖成孔施工时间26 d，共成孔26根，高压旋喷注浆4 700 m，每桩成孔耗时约为1 d，每桩成孔成本增加约30 800元。通过对比发现，若该区域33根旋挖桩全部选用高压旋喷固结后再旋挖，可缩短工期33 d，节约成孔护壁成本402 600元。

5 结语

广西田林县人民医院医技综合楼支护桩工程经过高压旋喷注浆法施工后，旋挖桩施工钻孔作业成孔率达到100%，无大面积坍孔现象发生。施工工艺克服了大块径砂卵石层旋挖钻孔作业坍孔严重的难题且保证了周边建筑的安全稳定性，保证了工期，提高了旋挖钻孔灌注桩成桩的质量，同时也节约了成本。