旋挖成孔灌注樁施工質(zhì)量控制技術(shù)探討

熊啟東，李成芳，孔凡林

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

旋挖成孔灌注樁施工質(zhì)量控制技術(shù)探討

熊啟東，李成芳，孔凡林

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

1 引言

受地形地貌、地質(zhì)條件、經(jīng)濟發(fā)展水平及傳統(tǒng)觀念等的影響，重慶地區(qū)長期以來主要采用人工挖孔樁，旋挖施工工藝的應(yīng)用起步較晚。2009年，由重慶涌鑫地產(chǎn)集團開發(fā)的國際家紡城項目，由于基樁長度普遍大于30m，且建筑場地為高填方易塌孔，采用人工挖孔樁難度較大，經(jīng)多種樁型試樁比較后，最終采用了旋挖樁，這是重慶市比較早的旋挖樁案例之一。

此后，旋挖樁成為代替人工挖孔樁的主要樁型。據(jù)統(tǒng)計，重慶市建設(shè)工程中，90%以上的基礎(chǔ)樁采用了旋挖樁，另外，泥漿護壁鉆孔樁、沖孔樁、沉管樁及管樁的應(yīng)用比例也有所增加。

由于旋挖樁目前仍沒有專門的施工技術(shù)規(guī)范作指導(dǎo)，加以施工經(jīng)驗不足及一些場地的地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)用過程中陸續(xù)出現(xiàn)了不少施工質(zhì)量問題，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。最突出的是高填方建筑場地條件下，塌孔控制技術(shù)難度大及樁端沉渣不易清除而造成沉渣較厚的問題，成為當前旋挖樁推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。本文在工程實踐的基礎(chǔ)上，探討了這兩個問題的處理措施，供同行參考。

2 鉆進過程中塌孔控制技術(shù)

山區(qū)高填方填料多為開山放炮形成的塊石填土，夾雜表層粘性土等，巖性為砂巖或頁巖、灰?guī)r等。填筑方式為人工無組織拋填，拋填厚度多達20～30m，結(jié)構(gòu)松散；填料之間的空隙較大，通?？障堵士蛇_30%以上；填料厚薄差異大、不均勻沉降明顯；粒徑極配不良，尤其是大塊石含量較高，特殊的地質(zhì)條件造成鉆進過程中塌孔現(xiàn)象嚴重，影響到成樁質(zhì)量。經(jīng)重慶市多個工地調(diào)研總結(jié)，通?？刹捎靡韵滤姆矫娴目刂拼胧﹣斫档托阢@進塌孔問題：

（1）鉆進時采用全鋼套管護壁

全鋼套管護壁鉆進具有以下優(yōu)點:

① 解決了旋挖鉆進在易塌坍的流砂層、淤泥層、回填層、卵礫石層等復(fù)雜地層的護壁及鉆進問題。

②由于套管的護壁作用，避免了一般灌注樁可能發(fā)生的縮徑、斷樁、混凝土離析等質(zhì)量問題，使得成樁質(zhì)量大大提高。

重慶地區(qū)高填方填料多為開山放炮形成的塊石，而塊石填土與鋼套管管壁之間的摩阻力遠比粘性土、粉土及淤泥等填土大，造成鋼護筒下管后拔出困難，若將套管留在孔內(nèi)則施工費用太高，如何將套管拔出就成了急需解決的一大難題。重慶合川·中澳城項目采用全套管旋挖樁施工工藝取得了良好效果，簡述如下。

該建筑場地覆蓋有粘土層和較厚的卵石層，砂卵石下覆砂巖層。設(shè)計提出的持力層為中風(fēng)化砂巖層。場地地下水位在地表以下11m左右，水位的變化受涪江水位的變化影響較明顯，具有承壓性。根據(jù)現(xiàn)場旋挖試成孔發(fā)現(xiàn)，由于受地下水的影響，孔壁坍塌嚴重，經(jīng)綜合考慮后決定采用全鋼護筒護壁。該項目旋挖成孔問題經(jīng)反復(fù)多次試驗，總結(jié)提出了如下拔管控制技術(shù)：

①采用振動錘邊振動邊上拔。

②護筒要緩慢拔出，防止拔出過快造成樁身損傷，同時要保證拔出時間在混凝土初凝時間之內(nèi)?；炷脸跄龝r間不宜早于2.5h。

③拔出過程中應(yīng)對護筒垂直度進行嚴格控制，避免護筒偏移造成樁身垂直度產(chǎn)生偏差。

④拔出時要保證護筒內(nèi)混凝土面的高度高于護筒底不小于2m。

（2）鉆進過程中遇塌孔時采用低標號混凝土或砂漿填充護壁。

高填方地基旋挖鉆進施工遇塌孔時，可采用低標號混凝土向孔內(nèi)塌孔段回填，間隔一定時間后重新鉆進，此時，便在塌孔段形成一素混凝土圓環(huán)護壁。當整個地層塌孔均比較嚴重時，可采取鉆一段、填一段，最終形成一從樁頂?shù)綐兜椎乃鼗炷磷o筒。該措施已在重慶市茶園公租房、巴南南城國際等多個工程項目中加以應(yīng)用，取得了良好效果，是目前重慶市處理塌孔問題采取的主要手段。

該措施由于多次重復(fù)填充混凝土后又將其作為棄土挖除，浪費了大量的混凝土。據(jù)統(tǒng)計，通常施工一根樁的混凝土量是正常用量的1.8～2.5倍，增大了基礎(chǔ)投資及成樁工期。另外，充填混凝土形成的圓環(huán)護筒，其外徑大小、形狀均無法控制，對基樁負摩阻力計算帶來了困惑，基樁承載力設(shè)計時不考慮護筒外表面積將存在不安全隱患。

（3）鉆進前通過強夯或灌漿等地基預(yù)處理措施來降低塌孔率

強夯或灌漿措施可減小填土的孔隙率，增加填土的密實性，有效改善填土的力學(xué)特性，進而增強其自穩(wěn)定能力，從而降低塌孔率。相對而言，強夯投資成本低，施工工期短，經(jīng)濟性更好；而灌漿則存在由于填土孔隙率大而耗漿量大、成本高的問題而不易被業(yè)主所接受。

（4）以少進尺勤提鉆為原則，慢速鉆進，同時縮短混凝土待灌及澆筑時間

慢速鉆進，提鉆、下鉆要緩慢均勻，每回次鉆深不宜過大，以每次下鉆少進尺勤提鉆為原則。鉆進時不可貪多求快，不能每回次長時間多進尺鉆進，下鉆提鉆時動作不能過猛，以防孔壁坍塌。根據(jù)不同樁徑和地質(zhì)情況采取不同的升降速度。經(jīng)調(diào)查，鉆頭提升速度宜控制在0.6m/s以內(nèi)、下降速度宜控制在0.8m/s以內(nèi)。

避免重型機械在施工區(qū)域附近行走，掏出來的泥土及時清運，以避免孔壁在機械設(shè)備或填土的附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生進一步垮塌現(xiàn)象；同時，應(yīng)注意防止鋼筋籠搬運、安裝時發(fā)生變形，下放過程中避免碰撞孔壁；另外，應(yīng)優(yōu)化工序安排，盡量縮短混凝土待灌及澆筑時間。

3 孔低沉渣控制技術(shù)

旋挖樁樁端沉渣控制一直是一個技術(shù)難題，尤其是高填方場地樁端沉渣。從多個工地的超聲波樁身完整性檢測結(jié)果來看，樁端沉渣很難控制在規(guī)范提出的5cm以內(nèi)。研究表明，沉渣不僅對樁端承載力存在明顯影響，而且對樁側(cè)阻力的發(fā)揮也有一定的影響，沉渣的存在降低了側(cè)阻力的峰值強度，尤其使得樁端附近的側(cè)阻力不能得到有效發(fā)揮，因此，控制沉渣厚度具有重要的工程意義。

經(jīng)對多個工地現(xiàn)場調(diào)研分析，提出以下三個方面的沉渣控制技術(shù)，通過多個控制技術(shù)相結(jié)合，最終達到降低沉渣厚度、最大限度地消除沉渣對基樁承載力的不利影響的目的。

（1）成孔后使用專用清孔鉆頭進行清孔，有條件時下鋼筋籠后進行二次清孔

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樁端沉渣較厚的產(chǎn)生原因主要有：

① 不少工地沒有使用專用清孔鉆頭，為了施工方便，用旋挖成孔鉆頭進行清孔，造成清渣效果較差。

②鋼筋籠吊裝、混凝土澆筑不及時，也會造成孔壁渣土掉入孔底，增加沉渣厚度。

③ 未進行二次清孔。清孔泥漿比重太小而難于將沉渣浮起。

經(jīng)多個工地現(xiàn)場試驗分析，可采取以下措施控制沉渣厚度，效果良好：

① 選用平底撈砂鉆斗，進行撈渣10min以上，并保持不進尺，保持慢速空轉(zhuǎn)撈渣，撈渣結(jié)束后，不允許反轉(zhuǎn)。

② 合理確定混凝土澆筑時間。撈渣并驗收后，要及時安裝鋼筋籠灌注混凝土，盡量縮短施工時間，成孔后待灌時間一般不超過3h，防止因等待時間過長，發(fā)生孔壁垮塌，渣土掉入孔底，使樁底不干凈。

③ 鋼筋籠下放注意的問題。鋼筋籠吊放過程中，要求對準孔位，垂直緩放入孔，盡量碰撞孔壁使泥土坍落樁底。成孔后，盡量縮短下鋼筋籠導(dǎo)管的時間，以防孔底沉渣沉淀太多。

④ 有條件時采用導(dǎo)管二次清孔。降低導(dǎo)管底口，用泥漿泵將泥漿自導(dǎo)管頂部壓入樁底，使得泥漿從導(dǎo)管與孔壁之間的縫隙循環(huán)回到地表泥漿池，從而將孔底沉渣被沖刷泛起而被泥漿帶出孔口。應(yīng)采用性能較好的泥漿，控制泥漿的比重和粘度，不要用清水進行置換。沖孔時間以導(dǎo)管內(nèi)測量的孔底沉渣厚度達到規(guī)范要求為準。

（2）混凝土澆筑方式采用滑閥（隔水塞）式施工工藝

滑閥 （隔水塞）式施工工藝是水下混凝土澆筑的常用方法，工藝較為成熟，導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置滑閥（隔水塞）的基本作用是：使導(dǎo)管中下落的混凝土與水分離，其目的是在混凝土的重力作用下，滑閥（隔水塞）將水向下推動，直至導(dǎo)管內(nèi)的水完全讓位于混凝土，從而完成首批混凝土的灌注。如果導(dǎo)管中沒有設(shè)置隔水塞，導(dǎo)管中下落的混凝土將呈劈楔形成與水混合，致使混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

對于孔底有沉渣的情況，首斗灌注混凝土還可起到利用導(dǎo)管內(nèi)混凝土高速沖擊管口的沖力擠開孔底沉渣的作用。因此，要求首斗混凝土有足夠的儲備量，確保導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下1.20m以上，以利用混凝土的巨大沖擊力沖擊孔底沉渣，使其上浮到混凝土面，達到清除孔底沉渣的目的。

隔水塞可采用砂袋內(nèi)裝同批次混凝土制作而成，大小以不漏氣漏水和壓出泥漿為宜。隔水塞用鐵絲系住，懸掛于導(dǎo)管內(nèi)水面以上0.2～0.5m位置處。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于施工單位認為設(shè)置滑閥工藝較為繁瑣，不少項目并沒有開展此工序，也是造成沉渣較厚的原因之一。不過對于直徑大于1.5m以上的大直徑樁，混凝土在直徑為200mm左右的導(dǎo)管內(nèi)向下沖擊形成的壓力有限，并不能使全部沉渣隨混凝土的澆筑而從孔底上浮到孔頂，相當部分沉渣只是從孔底中心位置附近被擠到孔底周邊而沉積下來。

（3）成樁后采用后注漿技術(shù)對沉渣進行固結(jié)

樁端后壓漿技術(shù)在摩擦樁中的應(yīng)用非常廣泛，其作用機理也比較完善，但嵌巖樁樁端后注漿技術(shù)在國內(nèi)外的案例不多。根據(jù)目前收集到的資料表明，杭州、廣州、西寧、武漢等地的7個嵌巖樁后注漿工程案例都取得了良好效果。對于重慶市而言，除重慶金融街·金悅城二期工程采用了樁端后注漿技術(shù)外，還未見其它項目開展此項施工工藝。究其原因，一是施工單位認為施工工藝繁瑣，增加了成本及工期；二是理論研究尚未提出嵌巖樁樁端后注漿效果的定量計算方法，設(shè)計單位也不便采用，還有的工程技術(shù)人員認為嵌巖樁后注漿對承載力提高及變形控制不會有多大效果。

對于沉渣的不利影響，由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范編制組主編的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范應(yīng)用指南》中也提出了可采用樁端后注漿技術(shù)解決嵌巖樁沉渣的技術(shù)思路。從理論分析角度來看，后注漿工藝可有效地改善樁底沉渣的受力特性，可增大沉渣的強度和變形模量，同時對受施工影響的持力層進行滲透、擠密，填充樁端巖石裂縫，可提高持力層的強度，從而很大程度上可提高樁端阻力，與此同時，還可改善樁的沉降特性。

另外，通過增加嵌巖深度也是降低沉渣不利影響的途徑之一。嵌巖樁的受力機理表明，隨著嵌巖深度的增加，樁端阻力逐漸減少，當嵌巖深度與樁徑之比達到一定的數(shù)值后，端阻力可忽略不計，此時樁端存在的沉渣對基樁承載力的影響也可不考慮。由于受地質(zhì)條件、施工工藝、樁巖剛度比等多種因素的影響，嵌巖深徑比達到多大才可視端阻力為零，目前仍沒有定論，尚須開展系統(tǒng)分析研究。

4 結(jié)語

旋挖樁在重慶市的應(yīng)用時間較短，施工工藝尚不成熟，需要進一步總結(jié)、提煉。本文就旋挖樁在高填方地質(zhì)條件下塌孔控制技術(shù)、樁端沉渣控制技術(shù)進行了初步探討分析，供工程技術(shù)人員參考。

[1]楊引娥.全套管旋挖鉆技術(shù)及其應(yīng)用[J].探礦工程，2009，36（12）.

[2]劉學(xué)峰，楊明武.旋挖鉆機在厚雜填土地層成樁孔時的若干難點技術(shù)[J].煤炭工程，2003（3）.

[3]王科.成都地區(qū)旋挖成孔灌注樁的相關(guān)問題探討[J].四川建筑科學(xué)研究，2011，37（1）.

[4]王曦，徐輝雄.旋挖鉆機施工中常見問題分析及對策[J].探礦工程，2008，（4）.

[5]王紅偉，戴國亮，葉濤.樁低后壓漿的長大嵌巖樁承載性能試驗[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2009，26（4）.

[6]董淑喜，胡德功，王炎，等.嵌巖樁樁底沉渣對承載性能影響的試驗研究[J].中外公路，2012，32（1）.

責(zé)任編輯：孫蘇

Discussion on Construction Quality Control over Rotary Drilling Cast-in-place Pile

根據(jù)重慶地區(qū)旋挖樁施工現(xiàn)狀，分析了松散高填方建筑場地旋挖樁塌孔及孔底沉渣過厚等技術(shù)問題，并在工程調(diào)研和實踐的基礎(chǔ)上，提出了解決問題的措施，供同行參考。

旋挖樁；塌孔；沉渣；鋼護筒；滑閥

According to current construction situation of rotary drilling pile in Chongqing area,technical problems like hole collapse and thick sediment of rotary drilling pile in soft high embankment construction site are analyzed with countermeasures are presented on the basis of engineering research and practice.It can also offer some references.

rotary pile;hole collapse;sediment;steel casing;slide valve

TU74

：A

：1671-9107（2013）01-0041-03

基金論文：該文為重慶市建設(shè)科技項目（城科字2011第（2-11）號）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.01.041

2013-01-04

熊啟東（1972-），男，四川瀘州人，博士，教授級高級工程師、一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，主要從事建筑工程方面的檢測和管理工作。