大孔徑?jīng)_擊成孔灌注樁施工控制

　　關(guān)鍵詞：灌注樁，沖擊成孔，泥漿護(hù)壁，驗(yàn)渣清孔，水下澆筑

　　1．工藝介紹

　　沖擊成孔灌注樁采用卷揚(yáng)機(jī)懸掛重錘，上下反復(fù)沖擊土層及巖層破碎成孔，將部分碎渣及泥漿擠入孔壁，部分碎渣、泥漿清掏后成孔，然后進(jìn)行水下混凝土澆筑。相比人工挖孔樁，本工藝人力、設(shè)備投入較少、工藝簡單，護(hù)壁采用泥漿護(hù)壁、無須工人井下作業(yè)，安全系數(shù)較高，適用于樁徑2.5m以下的灌注樁，但樁底沉渣不易清掏干凈，持力層巖性判定難度較大，在入極硬巖時(shí)速度較慢。

　　2．工程設(shè)計(jì)及地質(zhì)概況

　　中央人民政府駐澳門聯(lián)絡(luò)辦新辦公樓工程位于澳門特別行政區(qū)，場地位于東望洋山人工填海地段，總建筑面積3.2m2萬，地上19層，地下一層（基坑深度8.4m），建筑總高度83.5m�；�礎(chǔ)設(shè)140根工程樁，邊坡支護(hù)設(shè)145根支護(hù)樁，共285根，設(shè)計(jì)樁徑分別為1000mm、1500mm、2000mm三種，樁底持力層為中、微風(fēng)化巖石層，要求進(jìn)入持力層深度大于500mm，平均樁長15-20m（大樣見圖一）。

　　場區(qū)地面海拔4.87m~5.66m，北靠山腳，南為填海區(qū)，自上而下依次為回填層（以黃色砂土、粉質(zhì)砂土為主，夾大量散石）、海相沉積層（深灰色淤泥，飽和，流塑狀，下部夾砂）、沖積層（中粗砂，松散至中密狀）、花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層和中、微風(fēng)化層�；鶐r埋深為3.6m~20.7m，巖層分布及厚度變化很大，地質(zhì)條件復(fù)雜。

　　場區(qū)地下水主要為沖積砂層中的孔隙潛水及基巖裂隙中存在的裂隙水，略具承壓性，地下水位標(biāo)高為2.33m～3.35m，水位穩(wěn)定。

　　3．灌注樁施工重點(diǎn)控制項(xiàng)

　　場內(nèi)不良地質(zhì)構(gòu)造分布廣泛，地下水豐富，在強(qiáng)透水層及淤泥層極易出現(xiàn)流砂、塌孔等事故，給樁基施工帶來較大隱患。同時(shí)，本工程樁基有部分樁徑2m的大直徑樁，且樁底要求入中微風(fēng)化基巖進(jìn)行擴(kuò)底，大直徑人工挖孔樁施工過程中需要重點(diǎn)注意和控制的方面如下：

　　(1)大直徑樁穿越強(qiáng)粉砂、細(xì)砂層、淤泥等不良地質(zhì)帶時(shí)，在地下水的作用下，極易出現(xiàn)流砂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生井漏,造成質(zhì)量事故。針對(duì)不同情況下的情況，需要有可靠的解決措施和手段。

　　(2)大直徑樁樁底基巖起伏較大，基底地質(zhì)情況復(fù)雜多變，需要謹(jǐn)慎確認(rèn)和處理。

　　(3)大直徑樁其鋼筋籠體積較大，在吊裝過程中容易變形、散架，需要有可靠措施確保鋼筋骨架質(zhì)量。

　　(4)樁深、樁徑大，Φ2500的樁其樁身砼方量近100方左右，屬大體積砼，要采取可靠措施確保混凝土澆注連續(xù)、穩(wěn)定的進(jìn)行，控制混凝土溫變曲線，確保樁身質(zhì)量。

　　(5)地下水豐富造成樁孔內(nèi)積水無法排盡時(shí)，要嚴(yán)格按照水下混凝土澆灌工藝進(jìn)行混凝土施工。

　　3．1．施工安排：

　　1）為合理安排工期和工序交接，將工程樁與基坑支護(hù)樁錨結(jié)構(gòu)穿插作業(yè)，全部成樁后再將土方挖除，成樁盲孔用粗砂填實(shí)。

　　2）根據(jù)工程地質(zhì)特點(diǎn)，持力層埋深層自北向南逐漸加大，南側(cè)樁長較大、且為主樓工程樁，須優(yōu)先安排施工，同時(shí)，優(yōu)先施工底板邊緣的工程樁，便于基坑支護(hù)樁側(cè)土方開挖后施工預(yù)應(yīng)力錨索。

　　3．2．機(jī)械、人員配置：

　　場地允許條件下最大化布置機(jī)械，本工程選用11臺(tái)沖樁機(jī)，1臺(tái)16T汽車吊輔助，每天成孔3-4根，每臺(tái)機(jī)械配置人員4-5人兩班作業(yè)。鋼筋、混凝土工另行配置。

　　3．3．施工場地布置：

　　作業(yè)區(qū)域內(nèi)道路、泥漿池的布置要充分考慮到?jīng)_樁機(jī)、吊車、混凝土車的運(yùn)行路線，道路全部硬化，泥漿池用紅磚砌筑，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場規(guī)范化管理。尤其注意對(duì)施工電纜的保護(hù)，沿道路邊砌筑專門的電纜溝進(jìn)行保護(hù)。

　　3．4．場區(qū)測量控制點(diǎn)布置及樁位坐標(biāo)放樣：

　　業(yè)主（監(jiān)理）必須要求施工方在鉆孔灌注樁基礎(chǔ)開始施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的坐標(biāo)及高程控制點(diǎn)對(duì)樁定位放樣或設(shè)置不受施工影響的臨時(shí)測量控制點(diǎn)，并提供完整的測量結(jié)果資料。業(yè)主（監(jiān)理）對(duì)施工方提供的測量結(jié)果資料必須及時(shí)復(fù)核，復(fù)核無誤后方可同意開鉆施工，否則施工方必須重測后再次復(fù)核，直到測量結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求為止。同時(shí)，業(yè)主（監(jiān)理）應(yīng)要求施工方對(duì)經(jīng)復(fù)核無誤的測量結(jié)果采取有效的保護(hù)措施并指定專人負(fù)責(zé)。

　　3．5．樁底持力層超前鉆探

　　本工程對(duì)持力層的勘察采用的是超前鉆探法。超前鉆是當(dāng)基樁挖到持力層時(shí)，為查明基樁持力層下不少于5米范圍內(nèi)有無軟弱夾層、空洞等不良地質(zhì)作用而進(jìn)行的勘探鉆孔勘察，在成樁之前采用鉆探方法查其樁底基巖情況，基本上是一樁一孔，大樁多孔。超前鉆要鉆的深度一般要鉆到樁底以下3d（且>5m）。

　　3．6．基坑內(nèi)降水

　　本工程的基坑降水的方法采用輕型井點(diǎn)降水法。井點(diǎn)降水法是在地下水位以下的含水層施工時(shí)，常采用井點(diǎn)排水的方法。井點(diǎn)降水法是在基坑開挖前，在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管（井），利用抽水設(shè)備抽水使所挖的土始終保持干燥狀態(tài)的方法。輕型井點(diǎn)設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。管路系統(tǒng)包括：濾管、井點(diǎn)管、彎連管及總管等。慮管采用直徑為51mm的無縫鋼管，管壁鉆有直徑為18mm的濾孔。井點(diǎn)管為直徑51、長為7m的鋼管，井點(diǎn)管上端用彎聯(lián)管與總管相連。集水總管為直徑125mm的無縫鋼管，每段長4m，其上裝有與井點(diǎn)管相連結(jié)的短接頭，間距1m。輕型井點(diǎn)布置包括高程布置和平面布置，其布置和計(jì)算的步驟是：確定平面布置、高程布置、計(jì)算井點(diǎn)管數(shù)量等、調(diào)整設(shè)計(jì)。

　　4．施工工藝

　　擴(kuò)底后注漿灌注樁的單樁工藝流程如圖2所示�！�

　　4．1．測量放線

　　根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)樁位進(jìn)行放線，嚴(yán)格控制樁位精度，所有樁點(diǎn)一次性全部測放，復(fù)核，每天對(duì)預(yù)計(jì)鉆進(jìn)樁點(diǎn)進(jìn)行二次復(fù)核，確保樁位準(zhǔn)確�？刂泣c(diǎn)宜不少于3個(gè)控制樁，每批測放點(diǎn)應(yīng)由不同控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。樁點(diǎn)采用鋼筋定位，鋼筋埋深控制在300mm左右，防止車輛碾壓、破壞。樁點(diǎn)放線偏差≤10mm，標(biāo)高偏差≤5mm。

　　4．2．鉆進(jìn)成孔

　　根據(jù)現(xiàn)場土層特性，該場地地層上部易塌孔，下部易縮頸，為此采用上部（鉆至10～12m）回轉(zhuǎn)鉆機(jī)護(hù)壁成孔，下部改換RH412—HD鉆機(jī)旋挖成孔的方法，合理調(diào)配鉆機(jī)，縮短輔助工時(shí)，日成樁控制在3～4根。

　　4.2.1護(hù)筒的埋設(shè)

　　護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、牢固，四周用粘土夯實(shí)，并采用十字法定位，即樁位中心四周設(shè)四根定位鋼筋，拉十字線，中心即樁位，護(hù)筒中心與樁位中心偏差不得大于50mm，護(hù)筒長度為2.0～3.5m。

　　4.2.2泥漿制備

　　采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁正循環(huán)工藝成孔，由于地層中粉粘土土層較厚，亦可用鉆機(jī)自然造漿成孔，鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格控制泥漿指標(biāo)，成孔時(shí)泥漿比重控制在1.1～1.3之間。

　　旋挖鉆機(jī)成孔時(shí)采用兩種方法分別或組合制漿：①泥漿攪拌機(jī)制漿，優(yōu)質(zhì)泥漿加摻和劑；②重復(fù)利用其它孔回轉(zhuǎn)鉆機(jī)所造泥漿。

　　4.2.3鉆機(jī)就位

　　回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位時(shí)應(yīng)確保轉(zhuǎn)盤中心、天車與樁位中心相重合，偏差不超過20mm。

　　旋挖鉆機(jī)就位時(shí)，精心調(diào)平，保證鉆頭中心與樁位中心相重合，偏差不超過20mm。垂直度由鉆機(jī)自動(dòng)調(diào)整偏差小于1%。

　　4.2.4鉆進(jìn)成孔

　　鉆進(jìn)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，要密切注意地層變化，根據(jù)土層類別，確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、鉆壓及鉆進(jìn)速度、泥漿比重等施工參數(shù)。嚴(yán)防護(hù)筒周圍翻漿或地表下沉，發(fā)現(xiàn)不當(dāng)應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行處理后，方可繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，用試孔器對(duì)孔深、孔徑、垂直度進(jìn)行實(shí)測檢查，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序。

　　4．3．?dāng)U底施工

　　成孔完成后進(jìn)行一次清孔，然后進(jìn)行提鉆擴(kuò)底，擴(kuò)底采用回轉(zhuǎn)機(jī)加旋挖鉆擴(kuò)鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底。鉆機(jī)就位應(yīng)準(zhǔn)確，允許偏差不得大于20mm，鉆機(jī)支墊應(yīng)穩(wěn)固，鉆擴(kuò)位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，擴(kuò)底設(shè)備如圖2所示。

　　為確保鉆擴(kuò)直徑，鉆擴(kuò)前應(yīng)充分循環(huán)泥漿，準(zhǔn)確測量孔深，防止因沉渣影響鉆擴(kuò)直徑。鉆擴(kuò)時(shí)鉆機(jī)應(yīng)以低檔鉆進(jìn)，行程應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，每次不得大于50mm,每次鉆擴(kuò)給進(jìn)后需停滯一定時(shí)間，鉆機(jī)負(fù)荷降低后，才能進(jìn)行下一級(jí)給進(jìn)。泥漿比重控制在1.2～1.4，確定鉆擴(kuò)成型后，需進(jìn)行不少于30分鐘的泥漿循環(huán)后方可起鉆，起鉆前要收攏刀翼，完全收攏后才能提升，然后進(jìn)行二次清孔，吊放鋼筋籠。

　　4．4．鋼筋籠安放與壓漿管安裝

　　鋼筋籠分2～3節(jié)制作，主筋采用閃光對(duì)焊及孔口電弧搭接焊接，同時(shí)綁扎壓漿管。

　　4.4.1鋼筋籠制作及安放

　　鋼筋籠嚴(yán)格按照施工規(guī)范規(guī)定制作。加強(qiáng)箍采用模具加工，確保圓度和內(nèi)徑尺寸；主筋必須保持豎直，主筋間距和箍筋間距由模具控制，箍筋與主筋隔點(diǎn)點(diǎn)焊；保護(hù)層設(shè)置間距5～6m一組，一組四檔，延周均勻分布，距籠頂2m另加設(shè)一道。

　　鋼筋籠在制作、搬運(yùn)及起吊時(shí)，應(yīng)確�；\子順直、牢固、不變形，分段制作的鋼筋籠在孔口焊接時(shí)應(yīng)確保主筋順直及焊接質(zhì)量，補(bǔ)繞箍筋必須符合要求。鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔中心徐徐下放，避免碰撞孔壁。下放到位后，應(yīng)用吊桿安置牢固，嚴(yán)防下落和灌注混凝土?xí)r上浮�；\頂標(biāo)高允許偏差為±100mm。

　　4.4.2注漿管安裝

　　樁端注漿管采用兩根D50，δ=3.5mm的鋼管，鋼管接頭采用絲扣連接，將兩個(gè)樁端壓漿器分別連接在樁端注漿管下，并對(duì)稱綁扎在最下一節(jié)鋼筋籠內(nèi)側(cè)，樁端壓漿器超出鋼筋籠150～200mm。樁側(cè)注漿管為D15，δ=2.75mm的鋼管，鋼管接頭采用絲扣連接。在樁側(cè)注漿管頭部接上三通和短接頭，與樁側(cè)壓漿器和環(huán)置PVC管聯(lián)接器相連，并綁在鋼筋籠相應(yīng)位置內(nèi)側(cè)。在放置鋼筋籠時(shí)要注意保護(hù)注漿管。樁端、樁側(cè)壓漿器用生膠帶密封，以防止樁身混凝土水泥漿液堵塞注漿管。

　　在下鋼筋籠的同時(shí)，連接注漿管，邊下邊接，絲接要密封。下鋼筋籠結(jié)束后，應(yīng)將注漿管孔口封住，妥善保護(hù)。

　　4．5．混凝土灌注

　　在混凝土灌注導(dǎo)管安裝就位后，對(duì)其安裝質(zhì)量、導(dǎo)管長度、清孔質(zhì)量等檢查無誤，方可進(jìn)行混凝土灌注，混凝土灌注量應(yīng)按計(jì)算確定，隨時(shí)用測繩對(duì)混凝土面進(jìn)行測試，灌注要連續(xù)，嚴(yán)格按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》施工。灌注過程密切注意返漿情況，嚴(yán)格按照2～6m要求拔拆導(dǎo)管，同時(shí)要注意保護(hù)后注漿導(dǎo)管。為保證樁頂質(zhì)量，混凝土超灌高度≥1.0m，灌注完畢，應(yīng)及時(shí)拔出護(hù)筒，對(duì)空孔進(jìn)行妥善處理和保護(hù)。

　　4．6．后注漿施工

　　注漿系統(tǒng)由攪拌桶、過濾網(wǎng)、儲(chǔ)漿桶、壓漿泵、壓力表、注漿膠管及單向閥等組成。壓漿操作工序?yàn)椋喊丛O(shè)計(jì)水灰比拌制水泥漿液→水泥漿經(jīng)過濾至儲(chǔ)漿桶→注漿泵、漿管、活接頭與樁身壓漿管連接→打開排氣閥并開泵放氣→關(guān)閉排氣閥，先試壓清水，待注漿管道通暢后再壓注水泥漿液。終止標(biāo)準(zhǔn)由壓漿量（樁側(cè)1t，樁端2t）、壓力及地面是否返漿來綜合控制。終止壓漿時(shí)關(guān)閉止?jié){閥，靜置5～10分鐘后拆卸管件，須立即將壓漿管頭用堵頭封堵，以防回漿，降低注漿效果。

　　樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到50～70%后方可注漿。注漿施工時(shí)，按照整體先外后內(nèi)，局部先上后下的原則，即先對(duì)外圈樁基進(jìn)行壓漿，然后由外向內(nèi)壓漿；對(duì)于單根樁注漿，先進(jìn)行樁側(cè)注漿，目的是防止下部漿液沿樁土界面上竄。間隔2小時(shí)后，再進(jìn)行樁底注漿。注漿過程中要控制好注漿壓力、注漿量及注漿速度。樁側(cè)終止壓力為1.0～1.5MPa，樁端終止壓力為1.5～2.0MPa，水泥漿液水灰比為0.5～0.6，水泥漿液應(yīng)進(jìn)行多次過濾，防止壓漿過程堵塞壓漿管。

　　5．試樁測試

　　5．1．單樁靜載試驗(yàn)

　　在靜載試驗(yàn)過程中，4組試樁分兩次測試，先測試未注漿的試樁承載力（包括一組未擴(kuò)底），然后注漿，注漿結(jié)束7～15天后，再測試試樁注漿后的承載力。本次單樁豎向靜載試驗(yàn)采用錨樁—橫梁反力架裝置，如圖3所示。荷載的施加通過4臺(tái)5000kN的油壓千斤頂并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，樁頂沉降由設(shè)置在樁頂四個(gè)測點(diǎn)的百分表測讀。荷載反力由兩根大梁十字交叉形成的反力架和試樁周圍的4根錨樁通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接所組成的反力系統(tǒng)提供，加載方式采用慢速維持荷載法。

　　5．2．試驗(yàn)結(jié)論

　　5.2.1與普通直樁相比，擴(kuò)底樁的單樁承載力提高，樁頂沉降減少，樁體具有較高的抗拔性和抗水平荷載的能力，較大程度提高地基穩(wěn)定性。

　　5.2.2通過樁側(cè)注漿，充填混凝土與樁周土體間的間隙，擠壓密實(shí)成孔時(shí)松軟的樁壁土體，漿液滲透到樁側(cè)壁的土體中，并與之結(jié)合，使得樁徑增大，改善了樁周土體的物理性質(zhì)，大幅度提高樁側(cè)摩阻力，進(jìn)一步提高單樁承載力；通過樁底注漿，漿液滲透到樁端的沉渣間隙中，消除了由于沉渣存在而產(chǎn)生的“軟墊效應(yīng)”，隨著注漿壓力的的增加，水泥漿液沿壁上返，充填于混凝土與樁周土體間的間隙中，提高了樁側(cè)摩阻力，同時(shí)水泥漿液會(huì)不斷向樁端持力層滲透，在樁端形成梨形體，隨著梨形體的不斷增大，會(huì)對(duì)持力層起到壓密作用，有效提高地基強(qiáng)度，保證了擴(kuò)底作用的發(fā)揮，大大提高樁的承載力，樁頂沉降量減小，且卸載后，殘余沉降量很小。

　　5.2.3根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，注漿前不擴(kuò)底樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為12000kN，注漿后標(biāo)準(zhǔn)值可取為15000kN；注漿前擴(kuò)底樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為16000kN，注漿后標(biāo)準(zhǔn)值可取為18000kN。

　　6．經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

　　本工程采用擴(kuò)底后注漿灌注樁，共布樁285根，整個(gè)樁基費(fèi)用為1000萬元。經(jīng)測算，采用同直徑普通鉆孔灌注樁滿堂布樁方案，按常規(guī)的樁位樁基需布654根，樁基費(fèi)用為1450萬元。采用擴(kuò)底后注漿灌注樁方案減少了三分之二的樁數(shù)，整個(gè)樁基工程節(jié)約投資約450萬元，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益，保證了樁基工程順利施工。

　　目前，該工程的主體工程已完工，主體平均沉降量為10.5mm，符合規(guī)范規(guī)定。該工程地基處理合理的應(yīng)用了擴(kuò)底后注漿灌注樁工藝，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，能夠以較短的工期，較好的效果、較低的成本完成地基處理，為該樁在沿海地區(qū)的工程地基處理中的應(yīng)用和推廣提供了重要依據(jù)。總之，擴(kuò)底后注漿灌注樁是一種新樁型，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的推廣前景。

　　7．結(jié)語

　　擴(kuò)底后注漿灌注樁集中了灌注樁、擴(kuò)底樁和后注樁的優(yōu)點(diǎn)，通過施工工藝的交叉滲透有效彌補(bǔ)了各自的不足之處，使樁身材料得到充分發(fā)揮，適用于群體化、重型化、高層及超高層建筑及構(gòu)筑物、橋梁工程、港口、礦山、電力和水利等，且適用于粘性土、粉土、粉土與粘性土交互層、砂土或卵砂層等多種地基土質(zhì)，而且水下作業(yè)不受限制。方便文明施工，有利于保護(hù)環(huán)境。由于擴(kuò)底后注漿灌注樁尚處于嘗試階段，施工機(jī)具的研制開發(fā)，施工工藝的完善及承載力的理論分析和計(jì)算都需要不斷在實(shí)踐過程中積累摸索，今后應(yīng)多加強(qiáng)這方面的試驗(yàn)研究。