旋挖樁施工工藝在粉質(zhì)軟土地基中的運用
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
邵中華
上海建工四建集團有限公司 上海 201 103
摘要：某工程毗鄰河道，基坑所處地層主要為粉質(zhì)軟土。在采用旋挖樁施工過程中，發(fā)現(xiàn)混凝土使用量超方嚴重，通過對幾種方案進行比選后，決定采用調(diào)整護壁泥漿參數(shù)的方法來鞏固成孔質(zhì)量，通過調(diào)整施工流程來避免施工缺陷，最終達到了很好的施工效果，其具體經(jīng)驗可為類似工程提供借鑒。
關(guān)鍵詞：深基坑 旋挖工藝 坍孔 成孔檢測 多方案試驗
中圖分類號：TU 753.3 文獻標志碼：B DOI: 10.14144/j．cnki.jzsg.2015.10.006
1 工程概況
背景工程位于上海市張楊北路、啟帆路、蘭谷路和軌道交通6號線所圍成的區(qū)域，整個基地東西向分別劃分為D5-3地塊與D5-4地塊，北鄰啟帆路，東靠蘭谷路，南側(cè)為規(guī)劃的景觀河道，西側(cè)與D5-2地塊毗鄰。項目工程占地面積為43 776 m2，場地呈扇形。總建筑面積約136 800 m2，基坑開挖深度約為11.70 m。本工程為多單體公共建筑，包括l幢酒店式公寓和5幢商業(yè)樓（圖1）。基坑圍護系統(tǒng)采用旋挖成孔灌注樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕的形式，支撐系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)框架逆作的方式，在結(jié)構(gòu)框架逆作完成后進行結(jié)構(gòu)外墻板的澆筑。
2 工程地質(zhì)
根據(jù)地質(zhì)勘察單位提供的專業(yè)勘測報告，基坑開挖土層自上而下為：①雜填土，②褐黃一灰黃色粉質(zhì)黏土，③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，④灰色淤泥質(zhì)黏土，⑤1灰色黏土，⑤2灰色黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，⑤3灰色粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，⑥暗綠色粉質(zhì)黏土。
3 工藝實施過程控制
由于成孔工程水文地質(zhì)復(fù)雜，部分位置下有廢棄暗溝并伴有易坍孔土質(zhì)，且本工程旋挖樁采用泥漿護壁工藝，而泥漿護壁穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)坍孔等現(xiàn)象，故混凝土充盈系數(shù)控制難度較大，是本工藝實施過程的控制關(guān)鍵點。
3.1施工方法比選
旋挖成孔灌注樁按成孔方法可分為：干作業(yè)旋挖成孔灌注樁、濕作業(yè)旋挖成孔灌注樁、套筒護壁作業(yè)旋挖成孔灌注樁。
考慮地層首層主要為雜填土及黏土，為防止土層出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象，本工程采用濕作業(yè)加套筒護壁旋挖成孔灌注樁的方法。護筒采用普通鋼護筒，筒長為3m，穿過表層雜填土進入黏土層，埋設(shè)護筒時需用水準尺檢查垂直度，護筒頂一般要高于原地面0.30 m，以便鉆頭定位及保護樁孔。
3.2成孔內(nèi)容控制
1)成孔前：對鉆具參數(shù)進行標定，包括鉆頭高度、直徑、主桿與加桿長度、孔口及平臺標高、孔底標高等。
2)成孔中：在鉆進過程中應(yīng)記錄泥漿相對密度、黏度、鉆進速度、轉(zhuǎn)速、進尺速度及各地層鉆進異常情況描述等參數(shù)信息。泥漿性能指標為：相對密度1.10 - 1.35、黏度20 - 24 s、含砂量<14%、pH值8- 10。泥漿制備的技術(shù)要求：對孔內(nèi)泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1m處各取一次試件進行測試。若達不到標準規(guī)定，則要及時調(diào)整泥漿性能。
3)成孔后：終孔孔深及時記錄，同時做好調(diào)節(jié)泥漿相對密度與時間的記錄、測量孔深記錄、提鉆時間記錄等。
3.3其他參數(shù)控制
1)鋼筋籠制作控制：為防止坍孔，成孔后至混凝土澆筑的間歇時間不宜過長，鋼筋籠須提前制作。鋼筋籠在現(xiàn)場分節(jié)制作，主筋與加強筋全部焊接牢固，螺旋筋與主筋采用隔點焊加固，制作好的鋼筋籠立即進行逐節(jié)驗收，合格后掛牌存放。鋼筋焊接完好后，應(yīng)緩慢下放入孔內(nèi)，嚴禁砸籠。
2)旋挖鉆機就位控制：鉆機就位必須穩(wěn)固、周正、水平定位，鉆頭中心與樁位中心誤差不大于10 mm。
3)埋設(shè)護筒控制：護筒的直徑應(yīng)比樁孔的直徑大200 mm，長度應(yīng)滿足護筒底進入黏土層不少于0.50 m的要求，護筒頂端需高出地面0.30 m。護筒埋設(shè)的傾斜度控制在1%以內(nèi)，護筒埋設(shè)偏差不超過30 mm，護筒四周用黏土回填，并分層夯實。
4)混凝土澆筑控制：用混凝土攪拌車運輸，混凝土坍落度控制在18 - 22 cm；用攪拌車將混凝土直接運到孔口倒人料斗內(nèi)。水下混凝土澆筑：澆筑前，對不同直徑、深度的樁孔分別計算出混凝土澆筑初灌量。施工中要保證澆筑初灌量達到計算要求。澆筑時，導(dǎo)管埋深控制在2-6m，拆管前由專人測量孔內(nèi)混凝土面標高，并做記錄。澆筑混凝土接近樁頂標高時，應(yīng)控制最后一次澆筑量，確保樁頂標高符合設(shè)計要求。
4 施工實況
本項目自2014年7月1日開始進行旋挖樁施工，采用1臺FR615B旋挖鉆機、1臺SR200C旋挖鉆機、4臺GPS-10鉆孔灌注樁機進行清孔及混凝土澆筑施工。根據(jù)圍護施工進度計劃，每天應(yīng)完成的樁數(shù)為1 1根，但實際施工情況是僅完成了計劃的1／3，影響施工進度。
在已完成的旋挖樁施工過程中，已采取手段進行控制成孔質(zhì)量，如通過改變原有泥漿相對密度，采取摻入火堿及羥甲基纖維素CMC，以增加泥漿的黏度及附著力；調(diào)整鉆頭尺寸并減緩鉆機鉆進速度等方法。
過程中的控制收效甚微，成孔坍孔現(xiàn)象及混凝土超方現(xiàn)象沒有得到明顯的控制，如圖2及表1所示。
原因分析：混凝土超方區(qū)域土層可能由于黏土層的影響，土質(zhì)松軟并伴有流砂土，容易造成坍孔。在混凝土澆筑過程中，土體受到混凝土的擠壓，向兩側(cè)擴徑，最終導(dǎo)致超方現(xiàn)象嚴重。
5 旋挖成孔施工方案的新探索
5.1 方案一：調(diào)整護壁泥漿參數(shù)
1)旋挖樁泥漿護壁采用人工造漿，原施工方案采用新漿與循環(huán)漿混合的方式，不利于漿液指標的控制，無法確定廢漿標準，現(xiàn)調(diào)整為新漿與循環(huán)漿分池攪拌使用，循環(huán)漿應(yīng)進行沉淀或除砂等再生處理手段并達到循環(huán)漿要求后方可使用，否則應(yīng)當作為廢漿處理。
2)泥漿制備時參照下述指標進行控制（表2），加大目前的泥漿黏度、減小相對密度，并控制含砂率等指標，避免產(chǎn)生較厚的沉渣。
5.2方案二：雙軸套打預(yù)加固方案
因旋挖樁施工過程中出現(xiàn)大面積坍孔現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整各個施工工序無效后，根據(jù)施工檢驗及超聲波測孔分析，發(fā)現(xiàn)地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴重，該區(qū)間土層較差，導(dǎo)致旋挖樁施工過程中泥漿支護作用下降。加之三軸樁和雙軸樁施工后，其與旋挖樁有20 cm間距，導(dǎo)致被攪動土層的穩(wěn)定性被破壞。在旋挖樁施工過程中，間距內(nèi)土體大面積被剝離，導(dǎo)致混凝土超方嚴重，后續(xù)相鄰旋挖樁施工難度加大。經(jīng)進一步分析，決定對基坑內(nèi)土層較差區(qū)域的旋挖樁采用施工前土層預(yù)加固處理，具體方案為：
1)先抽取5根旋挖樁進行試驗檢測。采用水泥摻量為8%的雙軸攪拌樁以三排布置，樁長12 m，將旋挖樁施工面與工法樁間距的20 cm區(qū)域與被動區(qū)雙軸攪拌樁間距的20 cm區(qū)域加固。
2)經(jīng)上述加固處理后，該施工區(qū)間內(nèi)土體穩(wěn)定性加強，旋挖樁施工能夠正常進行，混凝土超方現(xiàn)象將大大降低。
5.3方案三：調(diào)整圍護工程常規(guī)施工流程方案
為保證基坑的抗?jié)B性能，根據(jù)設(shè)計要求及施工經(jīng)驗，基坑圍護止水工程施工流程一般為三軸止水帷幕一圍護樁一雙軸土體加固，背景工程依舊沿用該施工流程。在旋挖樁施工過程中，出現(xiàn)了混凝土嚴重超方現(xiàn)象，為防止超方現(xiàn)象影響基坑后期結(jié)構(gòu)施工，要求專業(yè)檢測單位對成孔正交四個方向進行檢測。檢測報告顯示地面下至12 m區(qū)間坍孔嚴重，該區(qū)間土層較差，且四周均有此現(xiàn)象發(fā)生。多方案試驗階段設(shè)想調(diào)整施工流程，考慮到背景工程雙軸土體加固基坑內(nèi)滿布圍護樁，若將雙軸土體加固做在旋挖樁之前，即三軸止水帷幕一雙軸土體加固一圍護樁，在控制成孔兩個方向變形的基礎(chǔ)上達到擋水并保護基坑結(jié)構(gòu)施工的要求，雙軸土體加固布置如圖3所示。
6 多方案試驗成果對比
1)方案一。調(diào)整泥漿參數(shù)后，泥漿護壁效果有所改善，但是坍孔及超方現(xiàn)象并沒有顯著改善（圖4）。結(jié)論：方案可行，施工進度緩慢。
2)方案二。通過雙軸套打預(yù)加固措施后，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖5）。缺點：雙軸預(yù)加固需現(xiàn)場再投入3-4臺雙軸機械配合施工，現(xiàn)場用電比較緊張；圍護樁需待到預(yù)加固土體達到強度后方可施工，工期將滯后更多；該方案將導(dǎo)致工程圍護樁成本高出原有基礎(chǔ)近300萬元人民幣。結(jié)論：方案可行但不建議采用，施工成本增加較大。
3)方案三。調(diào)整施工流程，雙軸土體加固做在旋挖樁成孔前，坍孔及超方現(xiàn)象明顯改善（圖6）。優(yōu)點：該方案的采取可以提高工作效率并保證基坑結(jié)構(gòu)施工的安全穩(wěn)定，改善施工環(huán)境，也可以保證施工成本的變化幅度，確保施工方及業(yè)主的共同利益及期望目標的實現(xiàn)。結(jié)論：方案可行，需調(diào)整現(xiàn)場機械配置及計劃。
7 擇優(yōu)方案施工成果
綜合考慮成孔質(zhì)量、施工進度及經(jīng)濟效益等因素，背景工程采用方案一來鞏固成孔質(zhì)量，用方案三來彌補旋挖工藝在軟土地基中的施工缺陷。兩方案相結(jié)合，現(xiàn)場配合調(diào)整機械、材料及人工配置，待三軸及雙軸旋挖樁施工完成并達到一定強度后，在雙向“扶植”的基礎(chǔ)上，采用“挖一跳三”的方式順利完成了全部旋挖樁施工。擇優(yōu)方案的采納不僅順利完成圍護樁施工，更為基坑安全提供了保障，并且為今后類似工程積累了豐富的施工經(jīng)驗。
