建筑技术开发 工程技术 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 第４５卷第１６期 ２０１８年８月 超长空桩段密集旋挖桩群在软弱土层 成孔施工技术 徐木新，欧茂武，唐旭 ５３０２００） （广西建工集团第二建筑工程有限责任公司，南宁［摘要］旋挖灌注桩具有成孔速度快，安全性能好和对环境影响较小等优点而被广泛应用，但也具有成孔过程孔壁稳定性 较差的缺点。在淤质、粉砂等软弱土层，且桩群设计较密集，桩距过近的情况下，即使采用泥浆护壁，旋挖桩在成孔过程也极 易出现塌孔现象。通过南宁市水街中央城一期项目在超长空桩段密集旋挖钻孔灌注桩群在软弱土层成孔施工中，通过采用增强 护壁，降低土体侧压力及施工过程的外部荷载、振动等措施，有效解决旋挖桩成孔难题。 ［关键词］旋挖灌注桩；软弱土层；空桩段；塌孔；护壁 ［中图分类号］Ｔｕ４７３ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００１－５２３Ｘ（２０１８）１６－４）０９９￣）２ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅｎｓｅ Ｓｐｉｒａｌ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｐｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ ｉｎ Ｓｕｐｅｒ Ｌｏｎｇ Ｅｍｐｔｙ Ｐｉｌｅ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｅａｋ Ｓｏｉｌ Ｌａｙｅｒ Ｘｕ Ｍｕ－ｘｉｎ，Ｏｕ Ｍａｏ—ｗｕ，Ｔａｎｇ Ｘｕ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｒｏｔａｒｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｉｌｅ ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｆａｓｔ ｈｏｌｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｇｏｏｄ ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｎｖ￣ｏｎｍｅｎｍｌ ｉｍｐａｃｔ，ｂｕｔ ｉｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｐｏｏｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｉｎ ｈｏｌｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎ ｓｉｌｔ，ｓｉｌｙ ｓａｔｎｄ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ，ａｎｄ ｐｉｌｅ ｇｒｏｕｐ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｐｉｌｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｓ ｔｏｏ ｃｌｏｓｅ，ｅｖｅｎ ｉｆ ｓｌｕｒｒｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｄｉｔｇｇｉｎｇ ｐｉｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｏｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｙ ｅａｓｙ．Ｔｈｅ ｂｏｒｅｄ ｐｉｌｅ ｇｒｏｕｐ ｉｎ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｈｏｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆｉｎｔｅｎｓｉｖｅ ｒｏｔａｒｙ ｈｏｌｌｏｗ ｐｉｌｅ ｂｙ Ｎａｎｎｉｎｇ Ｃｉｙｔ Ｗａｔｅｒ Ｓｔｒｅｅｔ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｓｒｔｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆｗａｌｌ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｈｅ ｅｘｔｅｒｔｎａｌ ｌｏａｄ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｌａｔｅｒａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ， ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｒｏｔａｒｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｉｌｅ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｒｏｔａｒｙ ｅｘｃａｖａｔｅｄ ｃａｓｔ—ｉｎ—ｐｌａｃｅ ｐｉｌｅ；ｗｅａｋ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ；ｅｍｐｔｙ ｐｉｌｅ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｈｏｌｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ；ｗａｌｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ 侧压力影响，加之在地面钻机设备的荷载及振动下，造成孔 南宁市水街中央城一期项目位于南宁市邕江北岸、民生 壁极易失稳而塌孔。２技术方案优化改进 广场北侧，由３幢高１２４￣１３５ｍ的塔楼及裙楼组成，地下５层， ２．地上３５，－４０层，总建筑面积约１９．２万ｒｎ２。本工程设计旋挖混凝 由于本工程地处闹市区，对环境保护控制要求高，且工 土灌注桩共６７７根，桩径１．２－１．５ｍ，桩身混凝土强度Ｃ３５，桩 期紧，若变更成冲孔灌注桩的成孔方式，或采用如高压旋喷 距密集（净桩距为２～２．６ｍ），设计有效桩长约２５～３３ ｍ，桩端 桩或注浆法对软弱土层进行预加固处理等方式，从工期和成 深入中风化泥岩２ｍ，考虑到工程基坑开挖深度较深，且基坑 本考虑已不现实。因此只能在旋挖桩基础上进行工艺改进和 支护设计有３道钢筋混凝土内支撑，故工程桩需在原场地地面 调整。结合本工程特点及地勘报告进行充分调研和论证，对 施工，桩成孔深度为４６～５３ｍ，形成的空桩段约１９～２５ｍ，空 旋挖桩成孔施工采取以下控制措施。 桩段原设计采用砂夹碎石回填。 （１）增强护壁措施：针对各层土层情况，采用调整、优化 护壁泥浆及超长钢护筒相结合的护壁措施，增强护孔壁效果。 ２桩基施工难点分析及技术方案选择 ２．１施工难点及不利条件分析 （２）降低土体侧压力措施：针对空桩段回填物料产生的侧 本工程在桩基初始施工中，虽然采用了长４ｍ的钢护筒及 压力，采用调整和局部更换回填物料，并采用跳桩法合理安排 常规泥浆护壁，但成孔过程中仍频繁出现塌孔现象，即使成 密集桩群施工顺序，降低空桩段回填后对周边土体的侧压力。 孔后，只要桩孔留置时间稍长，在后续钢筋笼安装及混凝土 （３）卸荷减振措施：通过对软弱的操作地面层进行强化 浇筑过程中也屡屡发生塌孔，严重影响施工进度，原因如下。 处理，并严格控制地面设备、物料堆放荷载及钻进速度等措施， （１）土质条件因素：由于工程地处邕江岸边，地下水丰富， 降低外部荷载及振动对孔壁造成不利影响。 土层软弱，旋挖桩成孔孔壁稳定性差，即使采用４ｍ长钢护筒， ３主要施工技术要点 但其下方仍有约３５ｍ厚的软弱不稳定土层。其中，粉质粘土 ３．Ｉ超长钢护筒及优化泥浆护壁施工要点 层在地下稳定水位以下，其遇水易形成稳定性差淤泥层，对 在软弱土层进行湿作业法旋挖桩施工，护壁效果是确保 外力反应灵敏，软弱土层在微弱动水或外力作用下易发生移 孔壁稳定性的关键要素，在较好的土层中，采用常规的泥浆 动而丧失稳定。 护壁一般都能达到护壁目的，而本项目土层地质非常软弱， （２）桩群特点因素：桩群设计密集（净桩距２ｍ），空桩 上部为淤质松软的回填土层，中部为有软塑粘土、粉土互层 段长（约１９～２５ｍ），且处于软弱土层中，回填的杂砂石和泥 以及欠密实的细砂及圆砾层，加之地下水非常丰富，不良地 浆混合后，呈松散状态，空隙大，内聚力小，空桩段回填的物 质水文条件对孔壁稳定性造成极大的威胁。因此，为确保护 料对孔壁周边土体形成侧压力，也是造成易塌孔的重要因素。 壁效果，本项目上部软弱淤质土层采用超长钢护筒护壁，下 综上分析，旋挖桩在施工过程中，在软弱、松散土质不 部软弱粘土、粉土及细砂、圆砾层采用增强泥浆护壁措施。 利条件下，同时受到邻近桩孔空桩段回填物料对土体产生的 ３．Ｉ．１上部淤质土层采用超长钢护筒护壁 收稿日期：２Ｏ１８－ｏ４＿－１Ｏ 常规孔桩施工设置钢护筒主要目的不是护壁，而是确保 作者简介：徐木新（１９６６一），男，广西梧州人，高级工程师，总经 桩的定位不产生偏离，一般长度１．８￣２ｍ左右即可。而本工 理，主要研究方向为施工组织管理。 程由于上部土层过于软弱，且厚达８．５ｍ，经前期施工实践表 １工程概况 ·９９· 第４５卷第ｌ６期 ２０１８年８月 工程技术 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 建筑技术开发 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 明，采用泥浆护壁及４ｍ长的钢护筒仍无法满足护壁要求。为 此，必须增长钢护筒长度，从护壁效果而言，如将钢护筒增 长至覆盖空桩段为最理想的效果，但考虑到空桩段过长（达 到１９～２５ｍ），过长的钢护筒在施工中存在下放、起拔及垂直 度控制等现实操作难度。经对比分析，确定在上部淤质回填 土层段采用长度９ｍ的钢护筒护壁，钢护筒选用厚度１０ｍｍ的 钢板制作，护筒内径大于钻头直径１５０ｍｍ。钢护筒施工要点。 （１）孔桩旋挖前期采用泥浆护壁并成孔深至５－６ｍ时，采 用汽车式起重机配合振动锤振动进行钢护筒吊放，由于上部 土层非常软弱，钢护筒时在其自重下即可缓慢自行下沉，当 自行下沉困难时采用振动锤施振下沉，直至下沉至钢护筒孔 的土体侧压力，而跳桩施工即是通过合理安排砂夹石回填桩 孔与混凝土回填桩孔的施工顺序，以加大桩距，减少土体侧 压力。跳桩施工呈梅花状布置，按每２０～２４根桩划分成作业片 区，每片区采用一台旋挖机，先施工空桩段采用混凝土回填 的桩，再施工采用砂夹石回填的桩。 通过实施跳桩施工，使原来相邻间净距２ｍ的桩距扩大到 ３．４５ ｍ，降低了空桩段土体侧压力不利影响。 ３．３施工过程卸荷减振措施 旋挖桩施工过程中，大型设备的移动及作业过程产生的 振动荷载，也是影响孔壁稳定性的不利影因素，如本工程所 采用的大型履带旋挖钻机重９５ｔ，每条履带面积为５．８ｍ￣０．８ｍ， 口高出地面约３００ｍｍ为止。 （２）钢护筒垂直度控制：在钢护筒吊放前在其外表面纵 向弹两条相互成９０。位置的粗墨线，作为垂直度控制的观测线， 在下沉过程中，在两个成９０。方向采用经纬仪（或全站仪）对 其垂直度进行监控，并在下沉过程采用振动锤进行纠偏控制。 （３）钢护筒下沉就位后，为避免钢护筒在施工中继续下沉， 在钢护筒与地面交接处焊接两根槽钢限位，钢护筒周边与地 面交接处采用粘土填筑密实。 （４）钢护筒拔出：当空桩段物料回填完毕后，即可采用 １５０ｔ起重机配合振动锤轻振动拔出钢护筒。当采用灌注混凝土 回填的部分空桩，应在混凝土初凝前或灌注完成后１ ｈ内拔出。 ３．１．２下部软弱土层采用增强泥浆护壁施工要点 即使孔桩上部淤质土层采用钢护筒护壁，但其下部的欠 密实，不稳定的粘土、粉土互层及细砂层，仍给后续桩基施 工带来极大塌孔的隐患，前期的施工中也证明了该土层确实 会发生塌孔，因此该土层范围内的桩孔仍需采取更有效的泥 浆护壁措施。泥浆护壁施工要点如下。 （１）桩基施工前应结合场地及桩基分布情况，合理设置泥 浆池，泥浆池的设置既要便于施工又应利于环保，同时泥浆 池的容积应满足施工要求，一般为１．５倍钻孔桩使用的泥浆量。 （２）泥浆增强配置：泥浆一般采用膨润土（或粘土）为 制浆材料，常规护壁泥浆比重一般为１．１５～１．２５，由于本工程 孔壁比较脆弱，应优化泥浆配置，以增强泥浆护壁效果。泥 浆增强措施：先将泥浆比重控制为１．３～１．４，同时为了增加粘度， 适当加入１．２％ＣＭＣ和４％Ｎａ２ＣＯ 。此外，为进一步增强孔桩 在细砂层的护壁效果，在泥浆中掺入水泥，具体操作：先将 水泥加水拌制成团，稍加晾干备用，当施工至细砂层以下２ｍ 左右时，将水泥团投入孔内，并采用旋挖机钻头在孔底旋转 数分钟，将水泥团搅碎与泥浆充分混合，水泥颗粒渗透到孔 壁砂层可起到一定的固结作用。在砂层成孔阶段，可分数次 投放水泥团增强泥浆护壁效果。 （３）由于旋挖成孔过程，钻头不断地取土过程将沉淀在 孔底的泥浆带出，从而造成泥浆比重下降，因此在成孔过程 中应对泥浆比重进行阶段性检测，可采用矿泉水瓶灌装泥浆 后称重核验，当泥浆比重下降时应及时调整。 ３．２调整空桩段回填物料，合理跳桩作业 由于超长空桩段采用砂夹石回填，在泥浆拌和后长时间呈 松散状态，对空桩段孔壁形成侧压力，当空桩段周边临近孔桩 施工过程中，进一步加剧了孔壁不稳定性。因此，本项目采用 了调整空桩段回填物物料及结合跳桩施工的方法，具体如下。 （１）回填物料调整：孔桩段回填物料较理想为混凝土材料， 混凝土稍微凝固后即可产生较强的内聚力，不会对土层产生 侧压力，但基于成本考虑，如本项目空桩段全部将砂夹石更 换为混凝土，成本增加近５００万元，经济性差。经综合对比分 析和对侧压力预估，如将１／２的空桩段回填物料间隔交替更改 为Ｃ１０低强度混凝土，并结合跳桩作业能满足要求。 （２）跳桩作业：由于仅对１／２的空桩段回填物料进行更换， 在采用砂夹石回填的孔桩临近桩孔施工过程，还是面临不利 ·１００· 旋挖机履带产生的平均面荷载达到１０２．４ｋＰａ，而场地上部杂 填土承载能力特征值仅为ｌ １０ｋＰａ，设备静荷载已经很接近场 地面土层承载能力极限值，如考虑到动荷载则显然会对土层 造成很不利的影响，因此，对场地采取强化处理及作业过程 的卸荷减振措施也尤为重要，具体措施要点如下。 （１）场地软弱面层强化处理：条件具备时应在桩基施工 前尽量对场地进行混凝土硬化处理，混凝土强度不小于Ｃ２０， 厚度为１２０～１５０ｒａｍ。场地无法硬化时，应铺设２５０ｍｍ厚的碎 石夹砂层，并碾压密实或分层夯实，以提高场地面层的承载力。 （２）卸荷减振措施：卸荷措施主要包括设备卸载及控制 地面堆载。当设备在采用砂夹石回填的孔桩上行走时，或吊 机撑脚靠近桩孔时，应该在设备下方铺设钢板垫设钢梁等措 施进行卸荷。桩基成孔过程掏出的土体应尽量远离孔口，并 应及时清运，避免过大堆载；减振控制方面既要控制设备在 地面上的移动速度，尽量降低动荷载；也要控制旋挖机在软 弱土层中钻进取土时钻头的钻速，同时要尽量降低钻头提升 的速度，避免因快速提升钻头在孔内形成负压对孔壁的稳定 性造成不利影响。 （３）在清孔时泥浆比重不宜降得太低，宜控制在１．２左右， 保证清孔后泥浆具有较好护壁效果。此外，对相关工序的搭接、 材料的准备应提前策划、合理安排，清孔完成后及时进行钢 筋笼吊放及混凝土浇筑，尽量缩短成孔后的留置时间。 ４结束语 本项目针对超长空桩段密集旋挖钻孔灌注桩群在非常不 利的地质水文条件下，通过采取一增强两降低措施（增强护 壁效果，降低土体侧压力，降低施工过程的外部荷载及振动）， 大幅提高了成孔质量和效率，加快了施工进度，整体到达了 预期的效果。但在实际施工中，由于地质的复杂性，地勘报 告资料往往并不能真实和全面反映场地的地质水文状况，如 果完全依赖地勘报告作为地质情况判断的依据，部分桩还是 容易出现问题。在本工程施工过程中，部分桩也出现过多次 塌孔现象。因此在施工过程中，不能盲目相信地勘报告材料， 某些孔桩出现异常塌孔时，应及时根据钻机掏土具体情况， 进行综合分析和研判，采取更有针对性的措施，不断调整工艺， 方可保证施工的顺利进行。 参考文献 ［１］童红梅，乌效鸣，蔡计华．粘土水泥浆堵漏液在长距离河流穿越工 程中的应用【Ｊ］．钻井液与完井液，２００９，２６（５）． ［２］李成芳，熊启东，孔凡林．旋挖成孔灌注桩在松散高填方地基中的 应用 ．地下空间与工程学报，２０１０，６（６）． ［３］吴程航．旋挖成孔灌注桩在松散高填方地基中的应用［Ｊ］．交通世界， ２０１７（２０）． 【４】刘跳民，李峰，刘杰，等．钻孔灌注水泥护壁堵漏方法［Ｊ］．矿产勘查， ２０１６，７（３）． ［５】张正雄．怒江泸水电站ＺＫ１０４＃孔护壁堵漏措施的探讨与分析Ⅲ． 西部探矿工程，２００８（１１）． ［６］赵建荣，石伟国．北京大学深圳医院外科大楼基坑支护工程施工ｆＪ］． 建筑技术，２０１５，４６（３）：２６５－２６８．