软土复合地层中旋喷钻机与旋挖钻机组合灌注桩成孔技术

袁 敬

(珠海君豪岩土科技有限公司，广东 珠海 519090)

1 概述

随着我国工程建设事业的蓬勃发展，桩基础在桥梁、港口码头、高层建筑物等大型工程中大量采用，已成为我国工程建设中最重要的一种基础形式。特别是钻孔灌注桩因使用机械钻孔，不扰动周围土层，承载力高，适应性强，承载力计算清晰等优点，已成为国内外大型工程基础中最常用的桩型，且桩径、桩长也在不断增大。

钻孔灌注桩施工包括以下几个主要步骤：成孔、钢筋笼制作安放、清孔、灌注混凝土、成桩质量检测。其中，成孔是钻孔灌注桩施工的第一步。成孔的机械设备或方式有很多，如机械回旋钻机、旋挖钻机、全回转钻机、全液压钻机及人工开挖等，各种机械设备或方式有各自的优点和缺点[1-6]。

机械回旋钻机因为操作简单、施工工艺易掌握、对场地承载力要求不高、施工成本低等原因，在土层中钻孔灌注桩通常采用机械回旋钻机成孔[7]；但当遇到岩层时，受机械回旋钻机扭矩、合金切削齿硬度等限制，机械回旋钻机穿越岩层工效低甚至无法穿越。旋挖钻机因为自动化程度高，成孔工效高，对环境污染少，适应土层、岩层、综合经济好等优点，成为成孔的常用机械设备[8，9]，但旋挖钻机也有明显的缺点，表现为自身重量大，对场地承载力要求高。

对场地上覆地层为软弱土层、下伏地层为岩层的软土复合地层来说，使用施工成本低的机械回旋钻机，能穿越土层，但穿越岩层成孔工效低，或不可能穿越岩层成孔。如果用综合经济性好的旋挖钻机，尽管能穿越软土复合地层成孔，但因为上覆软弱土层承载力低，或不允许旋挖钻机进入场地，自然也谈不上旋挖钻机穿越软土复合地层成孔，或旋挖钻机能进场施工，在旋挖钻机重量作用下，可能引起软弱土层中钻孔灌注桩缩径、塌孔等桩身质量事故或扩径引起的混凝土浪费。岩土工程中，软弱土层、岩层组合的软土复合地层十分常见，因此，在不增加施工成本的前提下，尽可能发挥成孔机械设备的优点，顺利穿越软土复合地层成孔是一个值得研究的问题。

2 工程案例

2.1 工程概况

某C地块桩基及基坑支护工程占地面积22 560.92 m2，总建筑面积约75 999.91 m2。地上建筑物为小高层、高层、超市、幼儿园等，计容面积为58 657.15 m2，地下面积为17 348.99 m2。C地块位于南方地方的某市，西侧为热河南路，南侧为D地块(见图1)。

2.2 地层结构分布特征

C地块内地层结构分布特征如表1所示。

基坑东侧KLM段支护结构样式为双排φ780@1 000钻孔灌注桩+φ700@500双轴深搅桩，支护桩为钻孔灌注桩，桩长14.85 m。KLM段地层从上至下：①1杂填土、①2素填土、②1粉质黏土、②2淤泥质粉质黏土、④1强风化砂岩、④2中风化砂岩。根据地层结构分布特征，结合支护桩桩长，钻孔灌注桩桩长范围内要穿越承载力低的软弱土层——①1杂填土、①2素填土、②1粉质黏土、②2淤泥质粉质黏土、④1强风化砂岩总共厚度6 m～8 m，进入承载力高的岩层——岩石单轴饱和抗压强度13.28 MPa、岩面起伏不平的中风化砂岩7 m～9 m。该基坑支护桩在桩长范围内要穿越典型的软土复合地层。

2.3 钻孔灌注桩成孔难点及解决措施

如果用机械回旋钻机进行KLM段双排桩的钻孔灌注桩成孔，因为④2中风化砂岩的岩石单轴饱和抗压强度达到13.28 MPa，机械回旋钻机穿越岩层工效低。选择重量大的旋挖钻机，当穿越软弱土层——①1杂填土、①2素填土、②1粉质黏土、②2淤泥质粉质黏土时，由于土层承载力低，可能引起钻孔灌注桩缩径、塌孔和扩径等，导致桩身质量事故、混凝土充盈系数过高引起混凝土浪费等问题。

表1 C地块地层结构分布特征表

为了保证旋挖钻机顺利穿越软土复合地层，施工中采取以下措施：

1)先用高压旋喷钻机对钻孔灌注桩桩周软弱土层进行加固处理(见图2)；

2)5 d后，用旋挖钻机在钻孔灌注桩桩位处穿越软弱土层后进入岩层成孔；

3)旋挖钻机作业时，在保持孔内泥浆面高于地下水位1 m以上的基础上，控制泥浆性能指标参数及检测泥浆性能指标参数，确保孔壁稳定，保证顺利成孔。采取上述措施后，没有发生桩身质量事故，混凝土充盈系数也符合要求，为后续施工奠定了基础，保证了C地块整个工程在工期内完成。

3 结语

1)针对软土复合地层中灌注桩高效经济成孔施工的要求，先用高压旋喷钻机加固钻孔灌注桩桩周软弱土层，然后用旋挖钻机在钻孔灌注桩桩位处穿越软弱土层后进入岩层成孔。

2)借助于旋挖钻机自动化集成度高的装备技术，旋喷钻机与旋挖钻机组合在软土复合地层中灌注桩成孔施工工艺可提高钻孔灌注桩施工效率高，综合成本低。