鉆孔擴(kuò)底灌注樁施工技術(shù)分析

陳洪藝

摘要:文章結(jié)合工程實(shí)例,重點(diǎn)介紹了鉆孔擴(kuò)底灌注樁的施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn),并對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工提出了技術(shù)措施,給類似地質(zhì)條件下的鉆孔擴(kuò)底灌注樁施工提供參考。

關(guān)鍵詞:鉆孔擴(kuò)底灌注樁;反循環(huán)成孔;成孔檢測(cè)

中圖分類號(hào):TV712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)24-0150-02

一、某工程概況

本工程位于深圳市南山區(qū)安托山南側(cè),為大型經(jīng)濟(jì)適用房項(xiàng)目,有22棟32~35層住宅,一層地下室,總建筑面積達(dá)50多萬(wàn)m2,部分基礎(chǔ)采用鉆孔擴(kuò)底灌注樁,樁徑0.8~2.0m,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖(塔樓),樁端進(jìn)入持力層分別為2m及0.5m。

(一)地質(zhì)情況

本場(chǎng)地原地貌為殘丘坡地,原為采石場(chǎng),地質(zhì)情況較為復(fù)雜,根據(jù)鉆孔揭露,場(chǎng)地地層有人工填土,第四系沖洪積層,坡積層,殘積層和燕山期花崗巖,其中人工填土層1~10m,平均厚度2.24 m,碎塊石含量35%左右,而中風(fēng)化花崗巖裂隙較發(fā)育,巖石較破碎,裂隙密度8～15條,巖芯多呈碎塊狀,平均厚度1.45m。

(二)施工中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)報(bào)告,本工程樁基施工中需解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題包括以下方面:(1)鉆進(jìn)成孔:在回填層厚達(dá)10 m、富含巖石碎塊的土層中如何鉆進(jìn)成孔和保證孔壁穩(wěn)定;(2)鉆孔擴(kuò)底:在中風(fēng)化巖層中鉆孔擴(kuò)底時(shí),如何保證鉆進(jìn)和擴(kuò)底參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求;(3)擴(kuò)底檢測(cè):對(duì)鉆孔擴(kuò)底是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的檢驗(yàn);(4)灌注成樁:如何控制孔底的沉渣厚度,以及保證擴(kuò)底段砼灌注后,獲得完整的樁型和良好的樁身質(zhì)量。

二、鉆孔擴(kuò)底灌注樁的施工技術(shù)和主要的施工工藝

鉆孔擴(kuò)底灌注樁是一種比較新的施工方法,它是對(duì)鉆孔灌注樁的一種改進(jìn)和創(chuàng)新。它利用鉆孔達(dá)到所要求的持力層后在樁端換用特殊鉆頭將樁端直徑擴(kuò)大,則樁的極限承載力比沒(méi)有擴(kuò)大頭的灌注樁的極限承載力有較大幅度的增長(zhǎng)(本工程設(shè)計(jì)要求樁身直徑擴(kuò)大2倍,理論上樁的極限承載力將是沒(méi)有擴(kuò)大頭的樁的極限承載力的4倍)。對(duì)于許多高層建筑,鉆孔擴(kuò)底灌注樁在強(qiáng)風(fēng)化巖中就可以終孔,可以彌補(bǔ)其他樁型的不足,經(jīng)濟(jì)效益顯著,較適用于深圳地區(qū)的地質(zhì)條件。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,工程選用先進(jìn)的泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)成孔和擴(kuò)底工藝,導(dǎo)管水下灌注混凝土成樁技術(shù),工藝流程見(jiàn)圖1:

(一)鉆孔

根據(jù)本工程實(shí)際情況,選用雙腰帶籠式鉆頭,并結(jié)合地質(zhì)土層的變化采用了兩種鉆進(jìn)參數(shù):填土層、黏土及砂土層鉆進(jìn)壓力15～20kN,轉(zhuǎn)速13～23r/ min;強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化層鉆進(jìn)壓力20～30kN,轉(zhuǎn)速13 r/min。在鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)注意地層變化,對(duì)不同的土層采用不同的鉆進(jìn)方法?？椎拇怪倍纫彩且粋€(gè)重要控制指標(biāo)。當(dāng)樁的垂直度>1%時(shí),必須重新掃孔糾斜;在砂土類地層中孔壁極易坍塌,沉渣很難清盡;特別是當(dāng)柱距較小時(shí)可能出現(xiàn)連體樁等不良后果。

本工程回填土層碎石含量較多,結(jié)構(gòu)疏松,孔隙率大,在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,盡可能將表面松散的碎石層挖走換填黏土,另一方面加長(zhǎng)護(hù)筒長(zhǎng)度,由原來(lái)的1.5m增加到2.5m長(zhǎng),由于該土層鉆孔時(shí)無(wú)自身造漿能力,因此鉆進(jìn)成孔時(shí)應(yīng)密切注意泥漿濃度,要求比重大于1.3,黏度小于25s,施工中視具體情況適時(shí)作出調(diào)整。

(二)泥漿護(hù)壁

由于鉆孔擴(kuò)底灌注樁在施工過(guò)程中容易發(fā)生縮徑、塌孔、起皮等現(xiàn)象,需要采取泥漿護(hù)壁措施,泥漿過(guò)稀將使鉆進(jìn)速度加快,但對(duì)護(hù)壁不利甚至可能造成塌孔;而泥漿過(guò)稠則會(huì)使鉆進(jìn)速度減慢,并使泥皮過(guò)厚,造成承載力降低。所以在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制泥漿的密度、黏度、含砂率等重要指標(biāo),密切關(guān)注泥漿的失水量、靜切力、膠體率等指標(biāo)是很關(guān)鍵的,且在保證護(hù)壁功能的要求下,泥皮厚度應(yīng)盡量薄。

(三)終孔

入巖判斷方法主要是參考設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)和地質(zhì)資料所反映持力層的埋深以及鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度,結(jié)合孔底返渣取樣,采用巖樣鑒別法進(jìn)行綜合分析判斷。鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)效的經(jīng)驗(yàn)值:強(qiáng)風(fēng)化巖的鉆進(jìn)時(shí)效為30cm/h,而中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖的鉆進(jìn)時(shí)效分別為5cm/h和1cm/h。在鉆進(jìn)時(shí)效達(dá)到30cm/h時(shí)或在鉆進(jìn)接近設(shè)計(jì)參考深度時(shí),開(kāi)始觀察巖樣標(biāo)準(zhǔn),由工程參與各方共同確認(rèn)是否已進(jìn)入持力層的巖樣標(biāo)準(zhǔn),一旦確認(rèn)后則可繼續(xù)鉆進(jìn)設(shè)計(jì)的入巖持力層深度不小于2.5倍樁徑后終孔。

本工程地質(zhì)資料反映局部中風(fēng)化巖面存在地質(zhì)破碎帶,對(duì)于該區(qū)域持力層我們?cè)谑┕ぶ袠O為謹(jǐn)慎,除以上由鉆機(jī)行程及返渣取樣鑒別外,對(duì)于特別重要的樁及對(duì)鑒別有懷疑的樁,均采用超前鉆進(jìn)行孔底取樣鑒別。超前鉆位置一般為樁的中心部位,取樣深度大于設(shè)計(jì)持力層3m,確保樁底持力層符合設(shè)計(jì)要求,如出現(xiàn)分層、斷層或溶洞(溝、槽)等情況且地質(zhì)資料未能反映,建議改用沖孔施工。

(四)擴(kuò)孔

鉆孔擴(kuò)底灌注樁是對(duì)鉆孔灌注樁的一種改進(jìn),通過(guò)擴(kuò)底這種新的施工工藝,樁的承載力得到大幅度的提高,可充分利用各類優(yōu)良土層和風(fēng)化巖層作為擴(kuò)大頭持力層,適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、施工困難的情況。當(dāng)籠式鉆頭鉆至持力層,確認(rèn)終孔并清孔后,換用MRS合金擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底。在這種新的施工方法中,關(guān)鍵是注重?cái)U(kuò)大頭的擴(kuò)底直徑是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)工程實(shí)際需要的擴(kuò)底直徑,在地面試驗(yàn)確定相應(yīng)的擴(kuò)底行程。擴(kuò)底鉆頭入孔前,先進(jìn)行整體強(qiáng)度檢驗(yàn),伸縮是否自如,當(dāng)擴(kuò)底鉆頭下到孔底后,在主動(dòng)鉆桿上安裝好行程限位器,以便確定擴(kuò)底直徑。當(dāng)?shù)孛嬷鲃?dòng)鉆桿標(biāo)尺達(dá)到限位器位置時(shí),孔底鉆頭也擴(kuò)大到相應(yīng)直徑的兩倍,鉆孔擴(kuò)底灌注樁的樁端也就施工完畢。

(五)擴(kuò)底孔檢測(cè)

鉆擴(kuò)樁的擴(kuò)底直徑檢測(cè)是確保擴(kuò)大頭達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要技術(shù)環(huán)節(jié),由于無(wú)法直接用肉眼對(duì)其進(jìn)行觀察,所以必須依靠先進(jìn)的儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)擴(kuò)底鉆頭行程即可進(jìn)行擴(kuò)底直徑自檢,但為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,本工程使用GDJ檢測(cè)儀和機(jī)械式孔徑檢測(cè)器進(jìn)行雙重控制。

(六)清孔

本工程采用泵吸反循環(huán)清孔,共進(jìn)行了三次。第一次清孔在鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后,先將鉆頭提高孔底約50cm,進(jìn)行換漿清孔,回流泥漿相對(duì)體積質(zhì)量控制在1.2左右。第二次清孔是在擴(kuò)底完成后進(jìn)行。在安裝鋼筋籠及灌注導(dǎo)管后、灌注砼前,更換泥漿進(jìn)行了第三次清孔,以確保沉渣厚度不大于50 mm,從而滿足設(shè)計(jì)要求。采用泵吸反循環(huán)清孔時(shí),送入孔內(nèi)的沖洗液不小于砂石泵的排量,防止沖洗液補(bǔ)給不足,孔內(nèi)水位下降導(dǎo)致塌孔;返回孔內(nèi)沖洗液的相對(duì)體積質(zhì)量嚴(yán)格控制在1.2左右,孔內(nèi)水頭高度保持不小于2m。清孔過(guò)程中,不斷測(cè)量孔底沉渣厚度、泥漿相對(duì)體積質(zhì)量、泥漿性能,滿足規(guī)范要求立即停止清孔,防止吸塌孔壁。

(七)灌注砼

灌注砼的導(dǎo)管在使用前都要求做密封試驗(yàn),由于底部擴(kuò)大頭容量大,開(kāi)始灌注時(shí),宜選用大斗,使導(dǎo)管埋入砼中0.5m左右。灌注過(guò)程中,采用勻速向?qū)Ч芰隙穬?nèi)灌注砼。如突然灌注大量的砼,導(dǎo)管內(nèi)空氣未能及時(shí)排出,可能導(dǎo)致堵管,導(dǎo)管內(nèi)空氣從導(dǎo)管底端排出,帶動(dòng)導(dǎo)管拔出砼面。砼灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,中途不能停工。若砼供應(yīng)不及時(shí),除在砼中添加緩凝劑外,導(dǎo)管插入砼中5～6m,并每隔15 min上下活動(dòng)幾次,以免凝固。澆注過(guò)程中,不斷測(cè)定砼面上升高度。根據(jù)砼供應(yīng)情況來(lái)確定拆卸導(dǎo)管的時(shí)間、長(zhǎng)度,以免發(fā)生樁身夾渣、斷樁或“埋管”事故。

在整個(gè)工程施工的過(guò)程中,各有關(guān)人員都嚴(yán)格按照施工程序,做到嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。對(duì)各種可能發(fā)生的情況都進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。對(duì)每一個(gè)施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格檢查,做好事前、事中、事后控制,避免留下質(zhì)量隱患。通過(guò)大家的共同努力,工程取得了令人滿意的結(jié)果。經(jīng)有資質(zhì)的質(zhì)檢機(jī)構(gòu)進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)和抽芯檢測(cè),均為I、Ⅱ類樁,樁底沉渣厚度均小于5cm ,樁底持力層及樁芯砼強(qiáng)度完全符合設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)語(yǔ)

鉆孔擴(kuò)底灌注樁除具有鉆孔樁的特點(diǎn)外,還可充分利用各類優(yōu)良土層和風(fēng)化巖層作為擴(kuò)大頭持力層,具有適應(yīng)能力強(qiáng)、承載力高、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯的優(yōu)點(diǎn)。但工藝技術(shù)要求較高,加上本工程地質(zhì)條件較差,需要技術(shù)人員與施工操作人員密切配合,才能順利施工完成,以保證該技術(shù)的應(yīng)用效果。