超大直徑擴(kuò)底鉆孔灌注樁施工技術(shù)

□文/王稹筠 裴鴻斌

1 工程概況

于家堡站交通樞紐市政配套公用工程土建施工第三標(biāo)段包括部分Z1線、B2線、社會(huì)車停車場(chǎng)、公交中心和地下商業(yè)開發(fā)空間，占地面積26 780 m2，總建筑面積54 167m2。B2線與社會(huì)車停車場(chǎng)地下2層，深16.5 m；Z1線地下3層，深31.5 m；公交中心位于地面；地下商業(yè)開發(fā)空間地下1層，深10.5 m?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)，明挖、蓋挖相結(jié)合的施工工藝。鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)最長(zhǎng)40 m，上部空鉆30 m。

地質(zhì)條件見表1。

2 施工難點(diǎn)

1）單樁承載力大，樁直徑為2 200mm，底部擴(kuò)大為3 200mm，擴(kuò)大部位的幾何尺寸偏差不宜＞20mm；大深度，鉆孔深度最深達(dá)70 m。

2）地質(zhì)條件差，上部淤泥質(zhì)粘土層、粉土層較厚，鉆孔灌注樁施工極易造成縮徑，大直徑擴(kuò)底鉆孔灌注樁施工難度大。

3）基坑開挖深度大，鉆孔樁上部空鉆最大達(dá)30 m以上，為保證基坑底部樁中心尺寸的準(zhǔn)確，必須保證樁的垂直度偏差≤1/300，全部基樁的樁底沉渣厚度≯100mm。

4）灌注樁鋼筋籠主筋直徑大、數(shù)量多，采用孔口對(duì)接時(shí)間長(zhǎng)，宜采用受力段全籠吊裝與上部簡(jiǎn)易籠對(duì)接的施工措施，全籠吊裝長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)47.5 m，吊裝作業(yè)難度大。

3 成孔工藝選擇

該地區(qū)覆蓋層為3 m厚人工雜填土，上部約17 m為淤泥質(zhì)土、下部60 m為粉砂層。按常規(guī)成孔方式施工勢(shì)必造成工期延長(zhǎng)且易發(fā)生孔口坍塌、彎孔及掉鉆頭等事故，甚至造成工程無(wú)法進(jìn)展。針對(duì)這種復(fù)雜情況，采用埋設(shè)護(hù)筒穿過(guò)人工雜填土層，先用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行等直徑孔成孔，再用專用擴(kuò)底機(jī)械擴(kuò)底，成功地解決了樁基成孔、擴(kuò)底難題。

工藝原理為先埋護(hù)筒穿過(guò)人工雜填土層，保證上部土方不坍塌，用旋挖鉆機(jī)將等直徑樁（成孔）鉆到設(shè)計(jì)深度后，再更換全液壓擴(kuò)底快換魔力鏟斗分別下降到樁的頂端、底端，由全液壓擴(kuò)底快換魔力鏟斗打開擴(kuò)大翼進(jìn)行全液壓切削挖掘作業(yè)，擴(kuò)底時(shí)使樁底端保持水平擴(kuò)大。此時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)先輸入擴(kuò)底數(shù)據(jù)和形狀進(jìn)行操作。樁底端的深度及擴(kuò)底部位的形狀、尺寸等數(shù)據(jù)和圖像通過(guò)檢測(cè)裝置顯示在操作室內(nèi)的監(jiān)控器上，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，保證施工質(zhì)量。

4 操作要點(diǎn)

4.1 放樁位線和樁機(jī)定位

1）根據(jù)樁位坐標(biāo)數(shù)據(jù)放出樁位中心，做好保護(hù)及復(fù)核。

2）樁位中心點(diǎn)處用紅漆做出三角標(biāo)志。

3）樁位放好后及時(shí)處理保護(hù)，打好十字控制樁并做好保護(hù)措施，見圖2。

圖2 樁位十字線引樁平面

4）鉆機(jī)定位時(shí)，為保證擴(kuò)底旋挖鉆機(jī)的穩(wěn)定性，改善施工作業(yè)場(chǎng)地的地質(zhì)條件，采用25 cm厚鋼筋混凝土硬化地面，無(wú)硬化地面的，可在鉆機(jī)履帶下墊8 m×2.2 m×30mm鋼板2塊，增加鉆機(jī)履帶與地面的接觸面積，防止施工中土體不均勻沉降而造成鉆機(jī)不穩(wěn)。

5）在鉆機(jī)履帶下墊100～150mm厚木墊塊塞住履帶，防止施工中鉆機(jī)移動(dòng)。

6）利用鉆機(jī)水平裝置，調(diào)整鉆機(jī)水平度，保證鉆機(jī)鉆桿的垂直。

7）樁位定位后拉引樁十字線，將鉆桿中心與樁位十字線中心對(duì)齊，偏差≯20mm。

8）在埋設(shè)護(hù)筒前，根據(jù)鉆機(jī)自身的垂直儀調(diào)整鉆桿的垂直度后，再用經(jīng)緯儀復(fù)測(cè)鉆桿垂直度，保證傾斜度在1/300范圍內(nèi)。

9）鉆機(jī)在完成定位、水平度和垂直度調(diào)整后，對(duì)水平度、垂直度、中心位置進(jìn)行鎖定，使樁機(jī)達(dá)到最佳狀態(tài)，從而有效地保證成孔質(zhì)量。

4.2 鋼護(hù)筒埋設(shè)

1）鉆機(jī)就位后，先鉆一個(gè)比護(hù)筒直徑略大的孔，深度比護(hù)筒淺50 cm，然后將護(hù)筒吊放入孔內(nèi)采用旋挖鉆機(jī)將其壓入并根據(jù)十字線，控制護(hù)筒中心位置。

2）護(hù)筒采用16～20mm鋼板制作，上部做1～2個(gè)溢漿孔，埋置深度可根據(jù)地表土質(zhì)特征進(jìn)行選定，護(hù)筒埋置深度≮2.5 m，以達(dá)到穩(wěn)定孔口土體的目的，護(hù)筒直徑應(yīng)比樁直徑大200mm。

3）埋設(shè)護(hù)筒頂應(yīng)比原始地面高出200mm，以達(dá)到控制地面渣土及漿液流入孔內(nèi)目的。

4）埋設(shè)護(hù)筒后，根據(jù)十字引樁復(fù)核護(hù)筒中心，其中心線與樁位中心線偏差不得＞20mm且護(hù)筒與周圍垂直，護(hù)筒周圍應(yīng)采用粘土夯實(shí)。

4.3 鉆機(jī)等徑部分成孔

1）護(hù)筒埋設(shè)完畢后，用泥漿泵向孔內(nèi)注入泥漿，以鉆桿、鉆斗自重并利用液壓加壓旋轉(zhuǎn)筒式鉆頭作為鉆進(jìn)壓力進(jìn)行原始土挖掘，當(dāng)鉆斗內(nèi)裝滿土后，將鉆斗提升，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)打開鉆頭斗門卸土到翻斗車上或卸土區(qū)內(nèi)，關(guān)閉門將鉆頭旋轉(zhuǎn)至鉆進(jìn)位置并將機(jī)體旋轉(zhuǎn)體的上部鎖定住，再下降鉆頭，反復(fù)循環(huán)鉆至設(shè)計(jì)深度，邊鉆進(jìn)邊加注泥漿。

2）鉆進(jìn)中根據(jù)不同地質(zhì)條件合理調(diào)整鉆進(jìn)速度，一般最快不超過(guò)10 m/h，松散地層控制在3 m/h，嚴(yán)格控制泥漿的質(zhì)量，及時(shí)向孔內(nèi)注入泥漿使孔內(nèi)水位高出鋼護(hù)筒底部2 m以上。

3）鉆孔過(guò)程中，經(jīng)常檢查鉆機(jī)本體內(nèi)的垂直儀或用經(jīng)緯儀雙向隨時(shí)檢測(cè)鉆機(jī)鉆桿的垂直度，當(dāng)鉆孔有傾斜時(shí)，可往復(fù)進(jìn)行掃孔修正，直至垂直度符合要求。

4）輕度塌孔應(yīng)加大泥漿密度和提高水位；嚴(yán)重塌孔應(yīng)用回填粘土，待一定時(shí)間后采用低速鉆進(jìn)。

5）鉆孔時(shí)經(jīng)常檢查泥漿的性能，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)上下限時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

6）發(fā)生漏漿可適當(dāng)加稠泥漿或倒入澎潤(rùn)土、粘土，慢速鉆動(dòng)；護(hù)筒周圍及底部接縫用土回填密實(shí)，適當(dāng)控制孔內(nèi)水頭高度，不要使壓力過(guò)大。

7）等徑部分成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，旋挖鉆機(jī)更換擴(kuò)底魔力鏟斗進(jìn)行擴(kuò)底成孔作業(yè)。

4.4 擴(kuò)底成孔作業(yè)

旋挖鉆機(jī)更換擴(kuò)底魔力鏟斗進(jìn)行擴(kuò)底成孔作業(yè)，本工程擴(kuò)底鉆孔灌注樁為φ2 200mm擴(kuò)至3 200mm。擴(kuò)底施工時(shí)，先在電腦上設(shè)定擴(kuò)底參數(shù)，在電腦自動(dòng)管理中心的指揮下進(jìn)行擴(kuò)底施工，通過(guò)影像監(jiān)視系統(tǒng)及時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)孔情況，確保擴(kuò)底成孔質(zhì)量；回轉(zhuǎn)擴(kuò)底魔力鏟斗在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中，鏟斗的倒排鑲嵌鈦合金，被平均分成2份或4份進(jìn)行砂礫的切削挖掘，實(shí)施水平擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔作業(yè)產(chǎn)生的砂礫被鏟斗所容納，收回鏟斗將砂礫帶出地面。

4.5 成孔護(hù)壁泥漿

1）旋挖擴(kuò)底鉆孔灌注樁護(hù)壁采用人造泥漿，考慮本工程地質(zhì)條件較差，泥漿密度應(yīng)控制在1.35 kg/m3以內(nèi)并有以下性能。

（1）由膨潤(rùn)土、水、CMC為主要材料，可使碎屑的沉降緩慢，清孔容易。

（2）使孔壁表面在鉆孔開始、完成，鋼筋籠下放到混凝土灌注完成時(shí)保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。

（3）具有與混凝土相混合的特性，利用親液膠體性質(zhì)，能夠被混凝土代替而排出。

（4）人造泥漿灌入孔中，在成孔過(guò)程中滲入土層中，能夠增加地基的強(qiáng)度，防止地下水流入孔內(nèi)。

（5）由于擴(kuò)底旋挖鉆機(jī)是原始土挖掘鉆進(jìn)，然后灌入泥漿，屬靜態(tài)泥漿，通過(guò)澆注混凝土將孔內(nèi)的泥漿排出，經(jīng)過(guò)泥漿旋流凈化除砂裝置，使泥漿中分離砂礫后能重復(fù)使用。

2）泥漿配制采用膨潤(rùn)土、CMC（纖維素）、燒堿、水按一定比例配制而成，一般配合比為水∶膨潤(rùn)土∶CMC（纖維素）=1 000∶110∶1，燒堿根據(jù)調(diào)配后的泥漿酸堿性摻入，一般pH值控制在7～9之間。增加泥漿密度時(shí)可在泥漿中加入適量的粘土或重晶石。

3）配制泥漿的主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 泥漿主要技術(shù)指標(biāo)

4.6 擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行一次清孔

清孔時(shí)將擴(kuò)底魔力鏟斗放至孔底，通過(guò)鏟斗旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)渣土達(dá)到清孔目的。

4.7 鋼筋籠吊放

1）采用雙機(jī)抬吊，分5～6個(gè)吊點(diǎn)，以150 t履帶吊為主吊，主吊點(diǎn)位置在上端2.5 m處，50 t抬吊，抬點(diǎn)位于下端3個(gè)點(diǎn)。

2）鋼筋籠分2節(jié)吊放，上部孔鉆段簡(jiǎn)易鋼筋籠與下部鋼筋籠焊接連接。

4.8 安裝導(dǎo)管和二次清孔

1）安裝導(dǎo)管

（1）安裝鋼筋籠完成后，應(yīng)盡快安裝導(dǎo)管并嚴(yán)格控制孔底沉渣。

（2）采用φ300mm導(dǎo)管，使用前須經(jīng)過(guò)壓水試驗(yàn)，試水壓力為0.6～1.0 MPa，導(dǎo)管接頭用螺紋連接方式并加“o”型密封圈，各接頭必須扭緊嚴(yán)防漏氣、漏水，用完后要清洗干凈，絲扣要上油。

（3）吊放導(dǎo)管應(yīng)位置居中，穩(wěn)步沉放，防止卡掛鋼筋籠，導(dǎo)管底距孔底300～500mm。

2）氣舉反循環(huán)清孔

氣舉反循環(huán)清孔適用于第二次清孔；氣舉反循環(huán)清孔的主要設(shè)備機(jī)具包括空氣壓縮機(jī)、出水管、送氣管、混合噴射器等，見圖3。設(shè)備機(jī)具規(guī)格一般應(yīng)根據(jù)孔深、孔徑等合理選擇。出水管可利用灌注混凝土導(dǎo)管。

圖3 氣舉反循環(huán)

4.9 灌注混凝土

清孔結(jié)束后必須在30 min內(nèi)灌注混凝土，否則必須重新清孔；水下強(qiáng)度等級(jí)為采用C50的混凝土，加外加劑，考慮上部插入鋼管柱的工藝要求，混凝土的初凝時(shí)間控制在36～40 h，單樁澆筑混凝土?xí)r間應(yīng)控制在4 h內(nèi)；混凝土初灌量不應(yīng)小于計(jì)算初灌方量，必須連續(xù)灌入，嚴(yán)禁將導(dǎo)管拔出，嚴(yán)格檢查坍落度及和易性，坍落度一般控制在18～22 cm；灌注時(shí)，提升導(dǎo)管要慢并平穩(wěn)提升，嚴(yán)防碰撞鋼筋籠。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，單樁承載力高，采用擴(kuò)底灌注樁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的等直徑灌注樁，有效地提高了樁的承載力，縮短了樁長(zhǎng)。通過(guò)嚴(yán)格控制施工中的各工序，對(duì)質(zhì)量控制要點(diǎn)嚴(yán)格把握，經(jīng)過(guò)超聲波檢測(cè)、低應(yīng)變檢測(cè)及靜載試驗(yàn)檢測(cè)，擴(kuò)底鉆孔灌注樁全部符合設(shè)計(jì)要求。