大直徑人工挖孔樁施工質(zhì)量控制探討

鄧 華 （廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程系，福建 漳州363105）

顏冬良 （廈門(mén)市土地開(kāi)發(fā)總公司，福建 廈門(mén)361000）

人工挖孔樁是通過(guò)人力挖掘地基成孔，然后在孔內(nèi)放置鋼筋籠，再澆筑混凝土而形成的樁。隨著工程經(jīng)驗(yàn)的積累和理論研究的深入，人工挖孔樁的設(shè)計(jì)、施工和成樁工藝日趨成熟。隨著城市化進(jìn)程的加快，全國(guó)各地興建了許多高度超過(guò)100m的大樓，這些大型建筑物對(duì)樁基的直徑要求不斷提高，于是大直徑的人工挖孔樁被大量運(yùn)用于這些建筑工程，國(guó)內(nèi)有記錄的人工挖孔樁的直徑為5m，其深度超過(guò)50m。隨著大直徑的人工挖孔樁樁的尺寸和深度的增加，其成樁質(zhì)量控制比普通樁更加復(fù)雜［1］。為此，筆者對(duì)大直徑人工挖孔樁施工質(zhì)量控制進(jìn)行了探討。

1 大直徑人工挖孔樁的特點(diǎn)

1.1 應(yīng)用范圍廣

大直徑的人工挖孔樁樁徑可從2.0～5.0m及以上，單樁承載力可超過(guò)10×104kN以上，可用于體量和荷載龐大的高層或超高層建筑［2］。另外，由于樁徑大、樁身剛度大，能承受較大的橫向荷載，所以除了大量用作承重樁外，還被用作坡地抗滑樁和堤岸支護(hù)樁，所以人工挖孔樁的應(yīng)用范圍很廣。

1.2 承載力大，布樁容易

在建筑施工中，當(dāng)一些中小承載力的樁基無(wú)法布樁時(shí)，大直徑人工挖孔樁可以做到一柱一樁，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求挖到中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層中，還可以做成擴(kuò)大頭。一般情況下，單樁荷載越大，采用大直徑人工挖孔樁的優(yōu)越性越大，如20世紀(jì)80年代深圳地區(qū)35層以上的高層建筑多采用大直徑人工挖孔樁作為基礎(chǔ)［2］。

1.3 可準(zhǔn)確掌握樁身土層地質(zhì)情況

在大直徑人工挖孔樁施工過(guò)程中要人工開(kāi)挖所穿過(guò)土層，所以土層和樁端持力層的巖土工程性質(zhì)、地下水情可以直接暴露，這樣可以直接取土樣進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)大直徑樁基提供的空間也方便進(jìn)行原位測(cè)試，從而為施工質(zhì)量控制提供準(zhǔn)確資料。

1.4 造價(jià)相對(duì)低

人工挖孔樁以人力作業(yè)為主，采用的機(jī)械設(shè)備較少，所以綜合造價(jià)相比其他樁型要低。

2 施工過(guò)程中的質(zhì)量控制

2.1 成孔階段

在大直徑人工挖孔樁施工過(guò)程中，除了遵循普通灌注樁在樁孔開(kāi)挖的施工規(guī)范外，尤其要注意地下水的處理。因?yàn)橐话愦笾睆饺斯ね诳讟兜臉渡黹L(zhǎng)度都會(huì)穿越含水層，此外大直徑人工挖孔樁一般可容納多人同時(shí)在坑內(nèi)作業(yè)，如果不處理地下水，可能會(huì)出現(xiàn)坑底突涌、流沙、管涌和水淹等現(xiàn)象，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因而地下水控制是大直徑人工挖孔樁施工中成孔階段的關(guān)鍵所在。具體處理方法如下：當(dāng)?shù)叵滤枯^小時(shí)，選用小型潛水泵抽水，邊抽水邊開(kāi)挖，成孔后及時(shí)澆筑混凝土護(hù)壁，然后繼續(xù)下一段的施工；當(dāng)?shù)叵滤^豐富時(shí)，應(yīng)把整個(gè)工程的挖孔樁分成若干批次進(jìn)行開(kāi)挖，應(yīng)將其中部分根樁開(kāi)挖得深一些，使其起集水井的作用。當(dāng)挖孔需穿越厚度較大且地下水豐富的粗砂層或砂礫石層時(shí)，可考慮采用井點(diǎn)降低地下水技術(shù)［3］；當(dāng)?shù)叵滤畨汉蜐B水量很大時(shí)，可采用導(dǎo)管注漿處理孔壁，漿液為水泥－水玻璃雙液漿等化學(xué)漿液，由此阻隔地下水向樁孔內(nèi)的滲入［4］。在安全控制方面，在施工過(guò)程中必須配備專(zhuān)職安全監(jiān)督人員，隨時(shí)檢查護(hù)壁的支撐情況、卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊桶的固定情況等?？變?nèi)施工人員必須佩戴好勞保用品，且應(yīng)隨時(shí)和地面人員保持聯(lián)系，如出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止施工，撤離安全區(qū)，待檢查無(wú)危險(xiǎn)后再進(jìn)行施工。

2.2 樁身施工階段

1）鋼筋安裝 大直徑灌注樁鋼筋籠尺寸超大，即使分節(jié)吊裝，鋼筋籠的重量也超過(guò)數(shù)噸，因而吊裝時(shí)對(duì)吊車(chē)的要求高，需要多人協(xié)調(diào)配合。為此，可以先在樁孔內(nèi)布置縱向箍筋，然后吊放和綁扎縱向鋼筋，對(duì)鋼筋連接可采用機(jī)械連接。

2）混凝土澆筑 由于混凝土凝結(jié)和硬化過(guò)程中水化反應(yīng)產(chǎn)生的水化熱會(huì)引起巨大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫，這對(duì)樁身的承載力和耐久性都有非常嚴(yán)重的影響［5］。因此，在大直徑人工挖孔樁混凝土澆筑過(guò)程中，主要應(yīng)解決大體積混凝土的水化熱問(wèn)題，具體處理方法如下：針對(duì)混凝土原材料，應(yīng)選擇水化熱低的水泥，且適當(dāng)添加外加劑，這樣可從源頭控制水化熱的產(chǎn)生；在混凝土澆筑階段，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臐仓に?，一般可采用在樁身?nèi)部安裝冷凝水管的方式，即在樁中心預(yù)埋相互連通的鍍鋅鋼管作為冷卻系統(tǒng)，冷卻水管和鋼筋架綁扎固定，當(dāng)測(cè)量樁中心、樁周邊的砼溫差達(dá)25℃時(shí)，馬上啟用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，通過(guò)降低樁芯砼溫度來(lái)有效避免溫度裂縫的產(chǎn)生［6］。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

廈門(mén)杏林灣11＃樓是高度超過(guò)200m的超高層建筑，施工場(chǎng)地地下水埋深為0.2～1m，埋藏較淺，屬于潛水，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋在長(zhǎng)期浸水條件下無(wú)腐蝕性，但在干濕條件下有一定腐蝕性。場(chǎng)地地層巖性分布概況表如表1所示。該工程主要特征如下：①樁徑3～4m，屬于超大直徑，要求樁身達(dá)到微風(fēng)化花崗巖持力層 （處于施工地面以下30～45m），屬于超長(zhǎng)危險(xiǎn)性較大樁基分部；②單樁承載力高，最大達(dá)70000kN；③鋼筋籠尺寸大，重量約15t；④地下水位高，受地下水影響大。

表1 土層分布概況表

3.2 施工質(zhì)量控制措施

1）地下水控制 該工程在施工初期地下水不大，采用潛水泵抽水，隨抽隨挖，開(kāi)挖一段后及時(shí)澆灌混凝土護(hù)壁。隨著施工過(guò)程的進(jìn)一步深入，地下水逐漸增大，此時(shí)采用井內(nèi)潛水泵抽水、周?chē)鷺犊淄瑫r(shí)施工并采取交替循環(huán)施工的方法，最終減少孔內(nèi)涌水量，使得樁孔順利開(kāi)挖。當(dāng)開(kāi)挖至樁底設(shè)標(biāo)高時(shí)，為防止底部涌水，進(jìn)行混凝土 （厚400mm）封底堵水施工。由于孔壁滲漏水影響樁芯混凝土的澆灌質(zhì)量，對(duì)出水量較大的孔安裝泄水管并裝上閥門(mén)，在施工樁孔時(shí)打開(kāi)閥門(mén)讓水流出，再澆筑樁身混凝土?xí)r再關(guān)閉閥門(mén)。

2）鋼筋籠安裝 結(jié)合該工程的特點(diǎn)，對(duì)比分析孔內(nèi)安裝鋼筋籠與基坑內(nèi)安裝再調(diào)運(yùn)的方案后，認(rèn)為孔內(nèi)安裝鋼筋籠的方法更具有優(yōu)勢(shì)，其具體施工流程如圖1所示。

圖1 大直徑鋼筋籠安裝流程圖

3）混凝土澆筑 首先，采用專(zhuān)門(mén)配制的低水化熱混凝土來(lái)解決水化熱問(wèn)題。其次，再澆筑作業(yè)中保證混凝土供應(yīng)的連續(xù)性和澆筑過(guò)程的不間斷性，由此保證樁身完整性。最后，在澆筑過(guò)程對(duì)混凝土應(yīng)加強(qiáng)振搗以增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，從而達(dá)到防水的目的。此外，對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)一般采用蓄水養(yǎng)護(hù)的方法。

3.3 施工質(zhì)量檢測(cè)

樁身混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)完畢后，利用超聲波和鉆芯法檢驗(yàn)樁芯混凝土的質(zhì)量。采用超聲波可以檢測(cè)樁基的完整性和混凝土的均勻性。采用鉆芯法可以檢驗(yàn)樁基混凝土強(qiáng)度、樁底混凝土與基巖接觸情況、沉渣厚度、持力層、施工樁長(zhǎng)等是否滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)超聲波和鉆芯法檢驗(yàn)，該工程樁芯混凝土的質(zhì)量全部合格，均為Ⅰ類(lèi)樁，樁身成樁質(zhì)量良好。

4 結(jié) 語(yǔ)

大直徑人工挖孔樁由于直徑大、樁身長(zhǎng)、承載力高，可作為體量龐大的超高層建筑的基礎(chǔ)，其有別于普通人工挖孔樁，所以在施工階段應(yīng)特別注重其質(zhì)量控制過(guò)程：針對(duì)成孔階段的地下水控制，提出在不同水量情況下的施工控制對(duì)策；針對(duì)鋼筋籠施工質(zhì)量控制，建議采用孔內(nèi)安裝的辦法來(lái)控制鋼筋籠安裝質(zhì)量；在混凝土澆筑階段，應(yīng)注意選用水化熱低的混凝土以避免樁身出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。此外，為保證樁身整體性，建議對(duì)樁身混凝土應(yīng)一次不間斷地澆筑成型。

［1］郭勇 .人工挖孔樁承載力影響因素及質(zhì)量控制研究 ［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

［2］趙程勇 .人工挖孔灌注樁的質(zhì)量控制和工程檢測(cè)實(shí)踐 ［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

［3］《建筑施工手冊(cè)》編寫(xiě)組 .建筑施工手冊(cè) ［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［4］林志軍 .淺談大直徑人工挖孔樁施工控制 ［J］.福建建筑，2010，17（6）：24－26.

［5］黎明 .人工挖孔樁施工過(guò)程中存在問(wèn)題的處理方法 ［J］.山西建筑，2006，32（2）：123－124.

［6］李敏建，邵泉 .廣州新電視塔3.8m大直徑人工挖孔樁樁混凝土水化熱分析 ［J］.廣州建筑，2010，38（4）：37－40.