干成孔旋挖樁施工技術(shù)淺析

余政兵，徐建華，李小成

（重慶建工第四建設(shè)有限責(zé)任公司，重慶 400020）

1 工程概況

重慶市江北區(qū)某超高層建筑工程屬剪力墻結(jié)構(gòu)，地面以上49層，建筑總高度170m。基礎(chǔ)全部為樁基礎(chǔ)，樁的直徑分別為1000mm、1200mm、1500mm,共計(jì)134根。整個(gè)場(chǎng)地呈矩形，基礎(chǔ)平面尺寸為38.2m×31.4m，樁與樁之間的凈距離最小為500mm。根據(jù)地勘資料可知，擬建場(chǎng)地屬于嘉陵江河谷岸邊丘陵斜坡地貌。場(chǎng)地內(nèi)分布地層主要有厚約500～2000mm的人工雜填土，及泥巖、砂巖等。單根樁基開挖深度約20m左右。設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)采用清底干凈的旋挖干成孔，基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化砂巖，樁間凈距≤2m時(shí)應(yīng)跳樁施工。

2 旋挖樁施工準(zhǔn)備

2.1 主要技術(shù)準(zhǔn)備

2.1.1 確定跳樁開挖方案

由于樁與樁之間的凈距較小，為了避免在開挖過(guò)程中旋挖機(jī)械不會(huì)對(duì)相鄰樁身產(chǎn)生擾動(dòng)破壞，在實(shí)施過(guò)程中將整個(gè)基礎(chǔ)場(chǎng)分A、B區(qū)，每隔一個(gè)區(qū)配置一臺(tái)鉆機(jī)，從左至右順序施工。樁與樁之間凈距小于2m的全部采用跳挖的方式，即樁身混凝土澆筑完成后7d開始相鄰樁的開挖(見圖1)。

圖1 旋挖機(jī)開挖順序圖

2.1.2 開挖深度推斷

根據(jù)地勘探孔布置點(diǎn)的巖層情況、樁與樁之間的剛性角關(guān)系、基礎(chǔ)的邊坡關(guān)系，推算出每根樁預(yù)計(jì)的開挖深度，制定開挖深度預(yù)判表，由設(shè)計(jì)地勘審核，避免施工過(guò)程盲目開挖。

2.1.3 樁端持力層的判斷方法

旋挖樁施工實(shí)地檢查樁端的持力層狀況非常困難，在具體實(shí)施過(guò)程中可采用2種方案。第一種是采用“超前鉆”的方式，即旋挖樁施工前用小型鉆孔設(shè)備在樁的位置進(jìn)行預(yù)探；第二種是采用 “地勘探孔布置點(diǎn)+巖芯取樣送檢布置點(diǎn)+巖芯取樣（不送檢）三方見證點(diǎn)”的方式進(jìn)行綜合判定。具體實(shí)施過(guò)程中可根據(jù)基礎(chǔ)持力層巖石的變化復(fù)雜程度來(lái)選取，巖層變化較復(fù)雜的可采用第一種；當(dāng)采用第二種方案時(shí)，取樣點(diǎn)及探孔點(diǎn)布置成間距不大于6m的方格網(wǎng)。

2.1.4 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

按混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，分別做水下混凝土配合比及普通混凝土配合比的試驗(yàn)室配合比、施工配合比，滿足鉆孔樁灌注混凝土的要求。

2.1.5 測(cè)量準(zhǔn)備

沿路線方向300～500m距離埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)、導(dǎo)線點(diǎn)1個(gè)。

2.2 機(jī)具準(zhǔn)備

（1）鉆孔設(shè)備:200型、250型全液壓旋挖鉆機(jī)等；

（2）配套設(shè)備:挖掘機(jī)、裝載機(jī)、吊車、鉆渣運(yùn)輸車各1臺(tái),鋼護(hù)筒每臺(tái)鉆機(jī)配2個(gè)；

（3）安全設(shè)備:防水照明燈、安全帽、安全帶、防護(hù)網(wǎng)等；

（4）混凝土灌注設(shè)備:混凝土拌和站、混凝土運(yùn)輸車、導(dǎo)管、下料斗等；

（5）鋼筋加工安裝設(shè)備:鋼筋籠成套加工設(shè)備、電焊機(jī)等；

（6）試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備：抗壓強(qiáng)度試模3組、坍落度筒1套、溫度計(jì)2支（量程0~100℃）等。

2.3 材料準(zhǔn)備

原材料：水泥、石子、砂、鋼筋等由分指試驗(yàn)人員按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，并報(bào)駐地辦監(jiān)理工程師檢驗(yàn)，確保原材料質(zhì)量符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3 作業(yè)條件

開鉆前場(chǎng)地應(yīng)完成三通一平，即路通、水通、電通、場(chǎng)地平整。場(chǎng)地平整采用裝載機(jī)平整，人工配合。旋挖鉆機(jī)作業(yè)場(chǎng)地平整尺寸為10m×10m，平整后用裝載機(jī)輪胎進(jìn)行碾壓，地基不好處對(duì)作業(yè)面應(yīng)進(jìn)行換填處理，壓路機(jī)碾壓，以滿足鉆孔設(shè)備的穩(wěn)定性要求。

施工前，根據(jù)主要施工過(guò)程存在的不安全因素特點(diǎn)，進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)。

施工現(xiàn)場(chǎng)用電采用三相五線制系統(tǒng)和三級(jí)配電二級(jí)保護(hù)方式，工作接地電阻值不得大于4Ω；供電線路始端和末端必須做重復(fù)接地。用電設(shè)備實(shí)行“一機(jī)一閘一漏一箱”制；不得用一個(gè)開關(guān)直接控制2臺(tái)以上的用電設(shè)備。

用裝載機(jī)及時(shí)清理鉆渣，保證施工現(xiàn)場(chǎng)道路暢通。

4 鉆進(jìn)成孔施工工藝

4.1 工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查→測(cè)量放線及埋設(shè)樁位→開挖地面表層土埋設(shè)鋼護(hù)筒→檢查樁中心軸線→鉆機(jī)就位及鉆進(jìn)→成孔檢查→清孔→吊放鋼筋籠→安裝混凝土導(dǎo)管→灌筑混凝土→樁成品檢測(cè)→驗(yàn)收。

4.2 施工工藝

4.2.1 測(cè)量定位

首先根據(jù)施工圖及場(chǎng)區(qū)控制點(diǎn)，采用全站儀定位樁芯坐標(biāo)，打入鋼筋頭，以“十字交叉法”引向樁的外邊沿做好標(biāo)記。鉆機(jī)就位后與樁的圓心坐標(biāo)對(duì)齊進(jìn)行試鉆，將引出的標(biāo)記用來(lái)校對(duì)鉆筒，試鉆深度1m，試鉆時(shí)鉆桿的轉(zhuǎn)速控制在15圈/分鐘，試鉆完成后在鉆孔面架設(shè)十字點(diǎn)對(duì)鉆孔進(jìn)行再次復(fù)核。

4.2.2 埋設(shè)鋼護(hù)筒

鋼護(hù)筒壁厚宜采用8mm,直徑采用比設(shè)計(jì)樁徑大200～300mm，護(hù)筒的長(zhǎng)度為3m，高出地面0.3～0.5m。鋼護(hù)筒可采用旋挖機(jī)靜壓力法進(jìn)行安裝，埋設(shè)時(shí)根據(jù)引出的十字點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)，鋼護(hù)筒周邊用粘土填筑夯實(shí)，避免護(hù)筒底口處滲漏塌方。

4.2.3 鉆進(jìn)成孔

鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)先輕壓、慢鉆進(jìn)，注意放斗要穩(wěn)，提斗要慢，鉆進(jìn)時(shí)機(jī)手時(shí)刻關(guān)注儀表盤來(lái)監(jiān)測(cè)鉆桿的垂直度、進(jìn)尺深度。由土層鉆到軟地層時(shí)，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)軟地層變?yōu)橛操|(zhì)砂巖時(shí)，要減速慢進(jìn)以提高鉆進(jìn)效率。

4.2.4 清孔檢查驗(yàn)收

采用雙底板撈砂鉆斗清渣，當(dāng)終孔后應(yīng)立即進(jìn)行第一次清孔，并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查沉渣厚度、孔徑垂直度等，合格后立即制作鋼筋籠，鋼筋籠安裝前應(yīng)進(jìn)行第二次清孔。

4.2.5 鋼筋籠制作及聲測(cè)管安裝

鋼筋籠采用分段吊裝的方式進(jìn)行，每段鋼筋籠之間采用單面搭接焊，搭接接頭相互錯(cuò)開35d。聲測(cè)管采用成品聲測(cè)管，隨著每一段鋼筋籠的安裝綁扎固定在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)。聲測(cè)管安裝完成后應(yīng)立即注滿清水檢測(cè)是否有滲漏。聲測(cè)管及鋼筋籠距離樁底約50mm,避免因鋼筋籠的自重導(dǎo)致鋼筋籠底部變形。

4.2.6 混凝土澆筑

采用垂直導(dǎo)管法澆筑混凝土，導(dǎo)管采用φ300鋼管，每節(jié)2～3m,配1～2節(jié)和1～1.5m的短管。導(dǎo)管使用前應(yīng)全部預(yù)拼裝和編號(hào)，并進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。進(jìn)行水密試驗(yàn)的水壓不應(yīng)小于孔內(nèi)水深1.5倍的壓力，也不應(yīng)小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力p的1.3倍。導(dǎo)管底標(biāo)高按實(shí)際孔底懸空250～400mm控制。終孔后應(yīng)在4h內(nèi)必須進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑中途不得停頓，澆筑過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量混凝土面的高度，正確計(jì)算導(dǎo)管埋入混凝土的深度，導(dǎo)管埋深保持在2～6m范圍內(nèi)。首批混凝土澆筑時(shí)導(dǎo)管下口至孔底的距離應(yīng)控制在300mm。樁頂標(biāo)高應(yīng)較設(shè)計(jì)高0.5～1m左右。

5 主要工序質(zhì)量檢查及控制措施

5.1 持力層判定

持力層判定首先根據(jù)已經(jīng)推斷的預(yù)判深度表，結(jié)合鉆機(jī)在操作過(guò)程中的實(shí)際情況來(lái)判斷是否進(jìn)入了持力層。旋挖鉆機(jī)在相同條件進(jìn)入不同的巖層時(shí)，鉆機(jī)的鉆進(jìn)深度和鉆桿的抖動(dòng)程度均有不同，當(dāng)巖層的強(qiáng)度較高時(shí)，旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)深度明顯降低，鉆桿有明顯的抖動(dòng)，此時(shí)可結(jié)合渣筒內(nèi)的破碎巖石判斷鉆頭進(jìn)入了什么巖層。當(dāng)達(dá)到預(yù)判的深度后可取出整塊巖芯判斷（見表1）。

表1 不同巖層鉆進(jìn)深度表

5.2 成孔質(zhì)量檢查

主要檢查孔徑、成孔的垂直度及深度。主要采用自制的籠式檢孔器，檢孔器用Φ20的鋼筋加工制作，其外徑等于樁徑，長(zhǎng)度3m。檢測(cè)時(shí)將檢孔器吊起，把測(cè)繩的起點(diǎn)系于檢孔器的中心，使檢孔器的中心與起吊鋼絲繩的中心處于同一鉛垂線上，慢慢放入孔內(nèi)，如上下暢通無(wú)阻至孔底，標(biāo)明鉆孔質(zhì)量合格，否則需重新下鉆頭處理。檢孔器如圖2。

圖2 檢孔器大樣圖

5.3 樁底沉渣檢查與控制

樁底部沉渣厚度的多少對(duì)端承樁受力影響較大。對(duì)孔內(nèi)無(wú)水的情況可以用攝像設(shè)備查看，樁內(nèi)有水的情況可以用測(cè)繩進(jìn)行檢測(cè)。第一次清孔完成后測(cè)量一次，第二次清孔完成后再測(cè)量一次，相鄰兩次測(cè)得的深度若無(wú)變化，則可以安放鋼筋籠，測(cè)繩每次檢測(cè)至少應(yīng)檢測(cè)5個(gè)點(diǎn)以上。孔底清理緊接終孔檢查后進(jìn)行。鉆到預(yù)定孔深后，必須在原深處進(jìn)行空轉(zhuǎn)清土（10轉(zhuǎn)/分鐘），然后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，提起鉆桿。注意在空轉(zhuǎn)清土?xí)r不得加深鉆進(jìn),提鉆時(shí)不得回轉(zhuǎn)鉆桿。干成孔清孔難度較大，因?yàn)榭椎撞扛沙猎瘢杉幼?m深的清水用旋挖機(jī)專業(yè)清孔器進(jìn)行多次清理，直到清孔器內(nèi)無(wú)沉渣為止。

5.4 鋼筋籠保護(hù)層控制

樁鋼筋籠保護(hù)層在施工過(guò)程中經(jīng)常容易被忽視，該工程樁鋼筋保護(hù)層為50mm，在實(shí)施過(guò)程中鋼筋骨架的保護(hù)層厚度可用焊接鋼筋“耳朵”的方式。按照豎向2m間距設(shè)一道，在圓周對(duì)稱布置4個(gè)（見圖3）。

圖3 鋼筋耳朵大樣圖

5.5 大直徑樁水下混凝土的澆筑

大于等于1.5m直徑的樁在進(jìn)行水下混凝土澆筑時(shí)應(yīng)引起高度重視，較容易出現(xiàn)混凝土不密實(shí)的情況，所以必須保證如下幾點(diǎn)：（1）水下混凝土澆筑應(yīng)該在最短時(shí)間完成；（2）開灌前儲(chǔ)料斗內(nèi)必須有足以將導(dǎo)管底端一次性埋入水下0.8m以上深度的儲(chǔ)存量；（3）混凝土導(dǎo)管上升的速度不得小于2m/h；（4）混凝土的塌落度控制在15～20cm左右，流動(dòng)性保持力以不小于1.0h為宜；（5）有條件的情況下可以采用振搗棒配合；（6）灌注開始后應(yīng)連續(xù)地進(jìn)行，準(zhǔn)備好導(dǎo)管拆卸機(jī)具，縮短拆除導(dǎo)管的時(shí)間間隔，防止塌孔；（7）開始灌注時(shí)，混凝土面高度將至鋼筋籠底部時(shí)要放慢灌注速度；當(dāng)孔內(nèi)混凝土頂面距鋼筋籠底部1m時(shí)，混凝土灌注速度應(yīng)控制在0.2m/min左右，并仔細(xì)量測(cè)混凝土表面高度，以防鋼筋籠上??；當(dāng)混凝土拌和物上升到鋼筋籠底口4m以上時(shí)，提升拆除導(dǎo)管，使混凝土灌注導(dǎo)管底口高于鋼筋籠底部2m以上，恢復(fù)0.5m/min左右的正常灌注速度；（8）鉆孔灌注樁施工全過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員應(yīng)真實(shí)可靠地做好記錄，記錄結(jié)果應(yīng)經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可。

6 成果及效益

該工程通過(guò)前期的精細(xì)策劃及關(guān)鍵工藝的質(zhì)量嚴(yán)格控制，順利地完成了基礎(chǔ)施工。在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后全部樁進(jìn)行了聲波透射法檢測(cè)，結(jié)果90%達(dá)到了I類樁，10%為II類樁，樁身質(zhì)量全部合格?；炷?8d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)踐表明旋挖樁施工不僅適用于軟弱層，也適合較硬巖層。因旋挖樁施工極大的縮短了基礎(chǔ)施工時(shí)間，同時(shí)解決了人工開挖深基坑的安全問(wèn)題。旋挖樁施工作為高效率、高安全、低污染、低成本的一種施工工藝，將在我國(guó)工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

[1]黎中銀，焦生杰，吳方曉.旋挖鉆機(jī)與施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2010.

[2]GB/T21682-2008旋挖鉆機(jī)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]JGJ106-2003建筑工程樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2003.

[4]JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2008.