大直徑擴(kuò)底灌注樁逆作法施工控制關(guān)鍵技術(shù)

王 斌

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西太原 030024)

1 技術(shù)指標(biāo)

大直徑鉆孔擴(kuò)底灌注樁通常是指采用機(jī)械或人工成孔，孔徑大于700mm，樁底再進(jìn)行擴(kuò)大的混凝土樁。大直徑擴(kuò)底灌注樁與一般灌注樁之間技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 大直徑擴(kuò)孔樁與灌注樁技術(shù)指標(biāo)比較

通過比較，大直徑擴(kuò)底灌注樁的優(yōu)點是施工簡單、效率高、質(zhì)量好、承載力高、造價低。多采用一柱一樁形式。

2 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

1)垂直度控制。大直徑擴(kuò)底灌注樁要求樁的垂直度精度，在施工過程中如果傾斜太大，會產(chǎn)生偏心荷載，導(dǎo)致樁體產(chǎn)生不均勻沉降，如果沉降差過大，影響工程質(zhì)量。這就要求施工時，對鉆桿的垂直度有很高的要求，保證x和y豎向偏差不大于5‰，這樣成樁后的垂直度偏差控制在1%以內(nèi)。首先在施工前對場地進(jìn)行平整，平整度控制在規(guī)范許可內(nèi)，其次在鉆進(jìn)過程中，隨著鉆孔深度適時調(diào)整鉆桿的垂直度，保證成孔的質(zhì)量。

2)擴(kuò)底尺寸控制。大直徑鉆孔擴(kuò)底灌注樁屬于端承摩擦樁，承載力主要是由樁端土的端阻力及樁側(cè)土的摩阻力承擔(dān)。所以對于樁端尺寸有嚴(yán)格的要求，必須進(jìn)行嚴(yán)格的計算，樁底尺寸在保證承載力的前提下盡量最優(yōu)，一般樁底直徑是樁身直徑的3倍左右。這樣既保證工程質(zhì)量，同時也不會造成不必要的材料浪費。同時要求成孔后由專職人員進(jìn)行檢查，嚴(yán)格按照施工圖紙施工。

3)孔底不留虛土。大直徑樁多以端承摩擦樁為主，承載力主要是由樁端土的端阻力及樁側(cè)土的摩阻力承擔(dān)。為了提高樁的承載力，必須保證成孔后孔底不留虛土，虛土的存在使得樁的端阻力下降，工后沉降偏大，影響樁的質(zhì)量。產(chǎn)生孔底虛土的原因及防治措施有以下幾方面:a.若成孔位置處遇到松散填土或磚、生活雜物，同時成孔后孔壁暴露空氣土體水分散失過多，土體脫落。預(yù)防措施是:機(jī)械鉆孔、人工擴(kuò)底后，將擴(kuò)底土與虛土一并取出，并將孔底夯實。b.當(dāng)人工擴(kuò)底結(jié)束后，后續(xù)工序跟不上，造成孔壁土體長時間暴露在空氣中，土體中水分散失，造成塌方。預(yù)防措施:合理安排好各個工序的時間銜接，盡量縮短工序的時間間隔，同時在進(jìn)行下一工序前檢查孔底虛土，如果發(fā)現(xiàn)虛土過多，必須清理干凈再進(jìn)行澆筑混凝土。如果塌孔比較嚴(yán)重必須把坍塌的土清理干凈，必要時可以把鋼筋籠提起。c.在吊放鋼筋籠和漏斗過程中，孔口或孔壁土碰撞掉入孔底，并且在提鉆時，土體從孔隙中掉入孔底，造成孔底虛土過多。采取的措施是:在成孔時放置孔口護(hù)筒，直徑略比孔徑大;鉆機(jī)在鉆進(jìn)前應(yīng)檢查鉆桿的質(zhì)量，保證鉆機(jī)的質(zhì)量。

4)鋼筋骨架符合設(shè)計要求。鋼筋骨架在現(xiàn)場綁扎完成，在制作過程中，為了在吊裝入孔時，保證鋼筋骨架的剛度。在吊放鋼筋籠前要檢查鋼筋籠是否符合設(shè)計要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，吊放時應(yīng)做到仔細(xì)，工藝嚴(yán)格要求。鋼筋籠吊放結(jié)束后應(yīng)檢查鋼筋籠與孔壁土體的間距，保證鋼筋有足夠的混凝土保護(hù)層厚度。

5)混凝土澆筑質(zhì)量。大直徑擴(kuò)底樁采用C30混凝土進(jìn)行澆筑，坍落度控制在80 mm～100 mm，偏差在±20 mm。當(dāng)鋼筋籠放置完成后澆筑混凝土前應(yīng)檢查孔底虛土厚度是否符合要求，如果符合才能澆筑。避免澆筑過程離析現(xiàn)象，在澆筑的過程中一般不進(jìn)行振搗，而是采用長串筒管深入樁底進(jìn)行澆筑，距樁底2 m。當(dāng)混凝土澆筑至擴(kuò)大頭部的一半高度處，安放鋼筋籠然后繼續(xù)分層澆筑混凝土。每層澆筑厚度為50 cm～60 cm，最大不能超過150 cm，分層澆筑，分層振搗，快插慢拔。

3 施工過程中控制措施

1)支柱樁的正確定位。逆作法施工擴(kuò)孔灌注樁時，對于樁柱的豎向及水平位移參數(shù)要求嚴(yán)格，必須按照規(guī)范要求進(jìn)行，要求偏差在20 mm以內(nèi)，垂直度小于1/300，在施工過程中采用施工動態(tài)控制措施對精度進(jìn)行控制。對于立柱要按下部工程的種類設(shè)計專用定位儀器并采用具體定位措施，然后再澆筑混凝土。

2)支柱樁垂直精度調(diào)控。通過在臨時支柱處安設(shè)傾斜儀來控制精度，傾斜度應(yīng)不大于3%，柱橫截面的x，y兩個方向容許變位在50 mm以內(nèi)。對于場地的平整度，可借助于全站儀或經(jīng)緯儀確保平面精度。地下室每層鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐的豎向偏差必須在容許范圍內(nèi)，只要不改變垂直受力性能，可以在施工到該層勁性鋼筋混凝土柱時進(jìn)行調(diào)整。但如果在比較深的位置處出現(xiàn)精度超值，則必須調(diào)整。支撐柱的垂直精度可通過調(diào)整臺架、樁頭送樁、樁本身自重等來調(diào)節(jié)樁的垂直性。

3)土方開挖技術(shù)。在高層建筑中基礎(chǔ)多采用一明二暗的逆作法施工［1］，為了節(jié)約工期，在基坑周圍沒有進(jìn)行地下連續(xù)墻、鋼板樁、錨釘墻等加固支護(hù)，當(dāng)土方開挖時，為了保證土體變形控制在規(guī)范允許值之內(nèi)，是基坑開挖成敗的關(guān)鍵。在基坑設(shè)計施工時，主要依據(jù)朗肯理論，但是逆作法施工過程是先澆筑混凝土結(jié)構(gòu)然后開挖土方，土體受力狀態(tài)發(fā)生一系列的變化，從靜止土壓力、主動土壓力再到被動土壓力。就主動土壓力而言，墻體從原始狀態(tài)產(chǎn)生位移，只有位移量達(dá)到某臨界值時，靜止土壓力才會逐漸衰減到主動土壓力，若位移達(dá)不到這個值，土壓力將處于靜止土壓力與主動土壓力之間。開挖的土成因不同，土體粘聚力數(shù)值差距很大。在逆作法應(yīng)用朗肯土壓力計算主動土壓力時摩擦角采用等值摩擦角，公式如下:

其中，φD為等值摩擦角，弧度;φ為地基土的內(nèi)摩擦角，弧度;c為基坑土的粘聚力，kPa;H為挖土深度，m;γ為地基土的容重，kN/m3。

對于同樣的土層地質(zhì)分布，相比于傳統(tǒng)的順作法施工，逆作法施工土體產(chǎn)生的壓力很小，同時土體在施工過程中產(chǎn)生的位移也很小。在土方開挖的過程中還應(yīng)考慮空間效應(yīng)影響，開挖深度與長度有關(guān)，開挖面必然受到相鄰的兩面的支撐，因此在開挖平面的四個角一定范圍內(nèi)，受力狀態(tài)與中部是不一樣的［2］，因此需要考慮計算空間效應(yīng)影響范圍和系數(shù)。

另外，逆作法施工過程中應(yīng)考慮土體的時間效應(yīng)理論［3］，軟塑粘土及淤泥多采用時間效應(yīng)理論分析土體變形。土是由固相、氣相和液態(tài)組成，土體顆粒間的液態(tài)水隨著土體開挖暴露于空氣中時間越長散失的越多，水分的散失會影響土體的強(qiáng)度，因此時間效應(yīng)理論對粘性土及塑性土同樣適用。本工程采用逆作法，取運土方嚴(yán)重限制，基坑開挖土體暴露時間較長，土中水分散失較多，當(dāng)受到外荷載作用時，土體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均勻，使得土體粘土顆粒排列發(fā)生變化，抗剪強(qiáng)度減小，容易發(fā)生破壞。

通過運用朗肯理論進(jìn)行理論分析計算，結(jié)合空間效應(yīng)理論和時間效應(yīng)理論進(jìn)行定性分析，確定合理的開挖順序、分層開挖，找出逆作法施工中的最危險區(qū)域，采用合理分段、分層錯層逐步開挖，減少土體暴露時間，降低時間效應(yīng)對土體的影響。

4 施工過程中的動態(tài)控制

具體工程中土體的受力狀態(tài)與巖土力學(xué)理論計算有很大的差距，為了工程樁的質(zhì)量，對施工過程中每一個工序、每一個參數(shù)都有嚴(yán)格的要求和控制，并且對于樁的豎向和水平位移進(jìn)行全程監(jiān)測［4］，根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)測結(jié)果和工程樁的靜載荷試驗P—S曲線結(jié)合勘察地質(zhì)報告等數(shù)據(jù)，估算一個地基承載力，找出一個接近的地基垂直支撐剛度，在具體的施工過程中，按照實際施工過程中土質(zhì)情況反算土體力學(xué)參數(shù)對施工參數(shù)及工藝進(jìn)行修正［4］，估算的土體垂直剛度可按樁土承載比進(jìn)行計算，土體實際承受荷載為:

其中，p1為1層的總荷載，kN;p2為2層的總荷載，kN;λ為樁土承擔(dān)荷載比;μ為土體固結(jié)度，根據(jù)一維固結(jié)理論求得，pr＜βf，β取0.5，f為天然地基承載設(shè)計值。

當(dāng)相鄰柱間土體位移超過報警值時，必須停止上部結(jié)構(gòu)施工，或者澆筑主體結(jié)構(gòu)局部放慢或加速挖土，同時結(jié)合采用注漿和加固措施。施工過程中采用動態(tài)控制可以保證沉降差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

通過對大直徑擴(kuò)底灌注樁施工過程中關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行比較，并且在施工過程中對各個關(guān)鍵技術(shù)加以控制，結(jié)合朗肯土壓力理論、空間效應(yīng)和時間效應(yīng)，運用動態(tài)控制手段，減小施工過程中產(chǎn)生的差異沉降。

［1］ 王有為，夏靖華，杜文庫，等.城市地下空間開發(fā)利用設(shè)計施工技術(shù)若干問題［J］.建筑科學(xué)，2000(3):5-6.

［2］ June Sharp，Ted Splitter，John Sturman.Case Study of Support Critical Utilities For Underground Facilities，Urbana，1999:1060-1069.

［3］ 金瑞君，徐 偉.深大基坑開挖施工中的塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律分析應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)，2000，31(11):767-770.

［4］ 張莉莉.逆作法施工條件下土壓力的分布及其地下連續(xù)墻的影響［J］.建筑施工，1998(4):35-37.