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摘要：喀斯特地貌，又稱之為巖溶地貌，一直是工程建設中樁基施工的難點。而云貴地區歷來是中國喀斯特地貌的代表地區，地層復雜，種類繁多，樁基施工難度較大。為了解決這些問題，在原有旋挖鉆孔施工特點的基礎上，汲取前人智慧，根據積累的施工經驗，采取不同措施，提出一些改進方法和建議，盡量避免施工效率低、成樁困難，同時避免后續樁身出現質量通病等問題。
關鍵詞：旋挖鉆孔灌注樁；云貴地區；喀斯特；樁基施工
1旋挖鉆孔灌注樁的發展歷史
1.1人工挖孔樁。在我國，人工挖孔樁是一直是樁基類地基基礎的主旋律。而旋挖鉆孔灌注樁一直未被國內大多數工程項目所接受，原因是機械的技術受制。早期國內大部分所用的旋挖鉆機都是由德國和意大利進口或者是日本二手旋挖鉆機，旋挖鉆孔灌注樁施工使用的旋挖鉆機生產技術一直被國外壟斷，國內使用只能從國外進口，價格昂貴，導致從工程項目的設計及施工成本角度考慮，很少出現旋挖鉆孔灌注樁的樁基設計形式。人工挖孔樁雖然在國內被廣泛采用，但由于其危險性大、效率低、工期長、適用地質性差而被人們詬病。
1.2旋挖樁。雖然旋挖樁的發展起步落后，但是從90年代初開始，尤其是21世紀初以后，由于2003年青藏鐵路西藏段及北京鳥巢體育館項目的建設施工，根本性的推動了機械旋挖鉆孔灌注樁的發展。從2000年開始，機械旋挖機早已受到巖土工程業內的一致好評。但是將機械旋挖鉆孔樁施工工藝正式引入國內，直到如今仍被廣泛采用的，還是青藏鐵路和北京鳥巢體育館這兩個著名項目。
1.3典型案例。青藏鐵路樁基的施工地質條件具備了典型的寒凍高原喀斯特地貌特征，凍融風化強烈。這些地質情況復雜異常，有著冰凍粘土層、富冰層、變質巖以及各種硬度不同的風化巖，這些不同位置不同的地質情況，對青藏鐵路工程大多數基礎的地基設計及施工方式是一種相當嚴峻的考驗。恰恰機械旋挖樁這種工藝的樁基工程能適應這種地質情況，也能在保證地基質量的情況下，滿足施工進度。所以在青藏鐵路工程中，機械旋挖樁被廣泛采用，甚至在青藏鐵路的一段600km的凍土區，到處都是被機械旋挖機“栽”下的顆顆混凝土樁基。北京鳥巢體育館樁基工藝代表性及開拓性跟青藏鐵路工程的情況不盡相同。鳥巢體育館龐大而又神奇的身體下，有2600多根長度不一、作用不一的混凝土樁身牢牢托舉著，這些樁采用的是旋挖鉆機成孔、水下澆筑混凝土、樁底樁側后壓漿技術。由于設計受力的特點，這些樁有的抗壓、有的抗拔、有的抗水平力。在同一個建筑物底下，擁有眾多不同受力特點的樁基，這極大的讓建筑行業內人士漲了見識，也讓“旋挖鉆機成孔、水下澆筑混凝土”這項直到今天為止仍是經典的樁基施工工藝在國內被迅速推廣、采用。
2旋挖鉆孔灌注樁在云貴地區（卡斯塔地貌）施工的應用
前提與人工挖孔樁相比，機械旋挖樁本身的最大進步就是在施工生產中利用了機械現代化。機械旋挖樁擁有著效率高、安全性好、地質適用性強等眾多優點，而這些優點在云貴豐富的喀斯特地貌地區，有了更多適應能力的可能。喀斯特地貌，又稱之為巖溶地貌，地層復雜，種類繁多。類似于西北的干旱地區喀斯特現象發育微弱，僅在少數灰巖裂隙中有輕微的溶蝕痕跡，有些裂隙被方解石充填，地下溶洞極少，已不能構成滲漏和地基不穩的因素；類似于青藏高原地區的寒凍高原喀斯特地貌冰緣作用下，凍融風化強烈。其下部覆蓋冰緣作用形成的各種巖層地質，再加上施工環境惡劣，施工難度較大。而云貴地區歷來是中國亞熱帶喀斯特地貌的代表地區，溶蝕洼地、漏斗、落水洞、暗溝等密度和深度都很大，一直是工程建設中樁基施工的重點和難點。從2010年開始，多項重大交通建設規劃的順利批復，中國的高速鐵路、城市地鐵建設行業開始“井噴式”推進。云貴地區與其同步發展過程中，根據地區特性、開山架橋、隧道鋪路的施工項目呈現出一片繁榮景象。而在這些山體隧道、厚重橋墩之下，等待處理的一個個復雜多樣的地基問題。從項目的施工角度考慮，在保證工程建設的質量前提下，如何應對這些復雜多變的地質情況從而達到工期進度的要求。機械旋挖灌注樁在國內、尤其是在云貴地區的發展及應用就顯得水到渠成。
3.1施工組織管理流程。首先，機械旋挖灌注樁這種施工工藝能夠避免施工人員冒險下井作業、避免有毒氣體侵害井內人員、避免井下作業面狹窄……但是這種工藝在施工過程中同樣要遵循嚴格的科學施工工序，利用各種技術解決現場出現的一些問題，這些工序及解決問題的方法，是機械旋挖樁施工過程中逐步發展與應用的核心。3.1.1首先在施工準備階段，根據相應設計圖紙及要求，結合現場作業環境，選擇合適的旋挖鉆機，鉆機型號及工況需要結合設計圖紙的樁徑、深度以及施工效率綜合確定。3.1.2其次，依據設計施工圖及相關地勘報告，選擇合適的機械作業施工工藝。機械旋挖樁作業方法眾多，常用的有干作業成孔施工方法、鋼護筒旋挖成孔施工方法、泥漿護壁鉆孔作業施工方法等。在地下水、地表水不豐富，地質情況良好的前提下，優先采用干作業成孔施工工藝，即不做護壁措施直接進行鉆孔作業。在工程地質情況較差，根據地勘報告中顯示的溶洞較多時，需要根據施工現場實際情況和具體施工方案的樁基要求加工鋼護筒，則是鋼護筒旋挖成孔施工方法。鋼護筒沉入時常采用壓重、振動、錘擊并輔以筒內除土的方法，施工現場常使用汽車吊配合振動錘振沉鋼護筒。鋼護筒在保護旋挖成孔的過程中，好處是顯而易見的，例如：它可以保護孔口，防止地面石塊等雜物掉入孔內；護筒頂部又是樁頂標高控制依據之一；還可以防止鉆孔過程中的沉渣回流。
3.2成孔作業工藝對比。相對于以上兩種常用的機械旋挖灌注樁施工方法，泥漿護壁鉆孔作業成孔施工方法最為復雜，對工藝、場地及人機的配合要求也較高。泥漿護壁鉆孔作業按成孔工藝和成孔機械的不同，可分為沖擊成孔灌注樁、沖抓成孔灌注樁、回轉鉆成孔灌注樁和潛水鉆成孔灌注樁。其中以回轉鉆成孔灌注樁應用最多，為國內應用范圍較廣的成樁方式?；剞D鉆機特點是鉆頭回轉切削、泥漿循環排土、泥漿保護孔壁。泥漿護壁作業成孔是在孔內用相對密度大于1的泥漿進行護壁的一種成孔施工工藝，此種成孔方法最大的優點是不論地下水位高低的土層都適用。泥漿具有排渣和護壁作用，根據泥漿循環方式，分為正循環和反循環兩種施工方法。3.2.1正循環回轉鉆機成孔的工藝原理是由空心鉆桿內部通入泥漿或高壓水，從鉆桿底部噴出，攜帶鉆下的土渣沿孔壁向上流動，由孔口將土渣帶出流入泥漿池。正循環具有設備簡單，操作方便，費用較低等優點；適用于小直徑樁成孔。但排渣能力較弱。3.2.2反循環回轉鉆機成孔的工藝原理中，泥漿帶渣流動的方向與正循環回轉鉆機成孔的情況相反。反循環工藝泥漿上流的速度較高，能攜帶大量的土渣。反循環成孔是大直徑樁成孔有效的一種施工方法。
3.3成孔作業及問題解決方案。施工現場采用何種作業成孔方法，取決定性因素的是地質條件，尤其是云貴地區的喀斯特地質，哪怕是相鄰地區的工程項目，施工工藝可能都迥然不同。在機械鉆孔樁進行過程中，由于當地地形及地下水位等原因，導致實際施工過程中難以順利成孔。其主要影響原因及解決辦法有以下幾點：3.3.1鉆孔過程中遇地下溶洞：在現場鉆孔過程中遇到溶洞影響入持力層。此問題的解決辦法為：（1）常規成孔法當溶洞較小，洞內有充填物，且充填物是可塑或軟塑的粘土時，并且溶洞不漏水的情況下，這時可不考慮溶洞的存在，按照正常的地質情況施工，采用旋挖鉆機成孔，溶洞內的土質和溶洞外的土質無明顯區別，可以按無溶洞的情況施工。唯一需要注意的是，如溶洞較淺，可將護筒打穿溶洞，如溶洞較深，可直接在澆筑樁身混凝土時將溶洞補充完成。（2）C15混凝土換填二次成孔法對于空孔大型溶洞、充填物為流塑狀溶洞、洞內有涌水等大型溶洞，因其泥漿的側向壓力較大、自穩性較差，可采用灌注C15混凝土換填后二次成孔法處理。需要注意的是，換填后需等混凝土達到一定強度方可二次鉆孔。由于洞內涌水，二次成孔的成功率并不是百分之百，如在二次鉆孔過程中仍無法成孔，需再次進行換填。采用換填方式二次成孔是機械鉆孔樁施工過程中常遇到的問題，某些施工現場遇到此問題時，常常為了能夠快速的進行二次鉆孔，在換填混凝土時采用C30及以上混凝土。由于混凝土型號提高，強度變大，此種方式會導致旋挖鉆機在鉆孔過程中振動幅度變大，增加了旋挖鉆機作業對周圍地質環境的擾動，會增大二次鉆孔失敗的幾率。3.3.2鉆孔過程中遇暗溝等問題，清孔困難：在鉆孔過程中，由于地質夾層有流動水，容易造成成孔過程中局部塌孔，導致清孔無法完成，而無法正常成孔。此問題的解決辦法為：（1）提前做好降水、排水工作。如地下水位較深且地質情況尚可，在降水完成后迅速的成孔、下鋼筋籠及完成后續混凝土澆筑。（2）在鉆孔過程中協調好制作鋼筋籠的完成時間，鋼筋籠可以提前組織驗收，在成孔驗收合格之后第一時間下放鋼筋籠。（3）如地下水位較淺，可采用鋼護筒護壁鉆孔。（4）如地下水位較淺且地質情況較差，可采用泥漿護壁，隨鉆隨護壁。3.3.3鉆孔過程中遇孔樁整體垮塌：由于施工場地的區域回填土質，鉆孔過程中由于土質松散及不穩定因素，導致孔口上部垮塌，導致無法正常成孔。此問題屬于現場人為因素影響，解決方案比較簡單，但需當做重點把控，只需將樁位區域整體或者局部夯實，必要時上部設置護筒埋深至回填土深度即可。3.3.4鉆孔過程中地下水上涌：由于本地區地下水豐富。（雨水充沛地區甚至是地表水），在鉆孔至一定水位深度時泛出地下水，影響樁下孔壁穩定性，無法正常成孔。此問題的解決方案分為兩種情況：（1）地下水、地表水是云貴地區樁基成孔需要克服的主要問題，地下水位在相關地勘報告會詳述，現場施工前可根據地勘報告做好降水工作。（2）如遇地表水，一般不會在地勘報告內體現。如項目處于低洼地帶，常年積水，地表水豐富，現場樁基鉆孔過程中必然困難，此時需要在管理層面考慮，而非技術層次。首先，需有效組織各單位及時驗收成孔，保證下一道工序的及時性；其次，鋼筋籠根據地勘報告等相關勘察文件提前制作，鋼筋籠長度預留富余量，提前驗收完成，等待成孔、清孔后及時下籠；最后，下放鋼筋籠后及時測量沉渣，并澆筑混凝土。3.3.5鉆孔至持力層后，經相關單位檢查驗收后進行澆筑?；炷恋倪^程中出現塌孔現象。此現象會造成樁身澆筑完成后出現斷樁、泥夾石、沉渣超厚等質量問題，嚴重影響樁基承載力。出現這種情況的判別及解決方法為：（1）在灌注過程中如發現井孔護筒內水（泥漿）位忽然上升溢出護筒，隨即驟降并冒出氣泡，應懷疑是塌孔征兆，可用探測儀探頭或伸測深錘探測。如測深錘原系停掛在砼表面上未取出的被埋不能上提，或測深儀探頭測得的表面深度達不到原來的深度，相差很多，均可證實發生塌孔。（2）發生塌孔后，應查明原因，采取相應措施，如保持或加大水頭、移開重物、排除振動等，防止繼續塌孔。然后用吸泥機吸出塌入孔中泥土；如不繼續塌孔，可恢復正常灌注。如塌孔仍不停止，坍塌部位較深，宜將導管拔出，將砼鉆開抓出，同時將鋼筋抓出，只求保存孔位，再以粘土摻砂礫回填，待回填土沉實后重新鉆孔成樁。
4結束語
旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝特點眾多，例如：測量定位、水下澆筑砼、樁身后期檢測等，本文只對旋挖鉆孔灌注樁的成孔方法及質量控制做了淺顯的分析和闡述，因地域不同，地質情況千差萬別，旋挖鉆孔灌注樁最核心的技術就是成孔技術，這也是機械旋挖灌注樁在普遍具有喀斯特地貌的云貴地區被廣泛運用的原因所在。
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作者:杜磊 谷雨 單位:中國電建集團河北工程有限公司 河北工程技術學院