密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

文章以某中心大廈樁基工程采用的密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)為例，結(jié)合樁位密集、嵌巖深、空孔段長、孔斜率超現(xiàn)行規(guī)范及施工強(qiáng)度高等特點(diǎn)，介紹了鉆孔灌注樁孔斜控制、密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁快速成孔、深空孔段處理、同心鋼制雙套管制作及下設(shè)、樁基承載力準(zhǔn)確測試等施工技術(shù)。

深嵌巖；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)

1 工程概況

某中心大廈位于王家墩商務(wù)區(qū)核心區(qū)西南角，是華中地區(qū)標(biāo)志性建筑，主樓高88層，建筑高度438m，巨型柱—核心筒—伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系。總建筑面積約為323000m2，地面建筑面積約256400m2，主樓占地面積為51.45m×51.45m，群樓為3層，框架結(jié)構(gòu)，單柱跨度為8.5m×8.5m，地下室為四層，建筑面積約 66600m2，設(shè)計±0.000=23.10m，基礎(chǔ)埋深為-18.30～-27.50m，基礎(chǔ)選型采用后壓漿鉆孔灌注樁。

本工程主樓基礎(chǔ)鉆孔灌注樁直徑為?1000mm，單樁豎向抗壓承載力特征值為 10500～13500KN，樁端持力層為（6-4）層泥巖微風(fēng)化層，采用雙控措施，以樁底標(biāo)高為主，進(jìn)入持力層深度控制為輔；5組承載力檢測工程樁設(shè)計最大抗壓極限承載力為27000kN；有效樁身長55m，進(jìn)入泥微風(fēng)化巖樁端持力層不小于1.0m，累計嵌入強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層最深達(dá)18m，空孔段深達(dá)20m，樁身混凝土設(shè)計等級為C50，樁位呈梅花形布置，間排距3.0m×2.6m，工期225d，具有空孔段長、嵌巖深、樁位密集、工期緊、孔斜率（≤1/200）超現(xiàn)行規(guī)范等特點(diǎn)。是目前國內(nèi)鉆孔灌注樁垂直度要求最高的密集樁群，施工難度國內(nèi)罕見。

2 鉆孔灌注樁孔斜控制技術(shù)

大廈樁基工程技術(shù)要求孔斜率≤1/200，超現(xiàn)行規(guī)范。在國內(nèi)現(xiàn)有樁基施工設(shè)備不能滿足孔斜率控制要求的情況下，對施工設(shè)備、機(jī)具進(jìn)行精心試驗(yàn)選配的同時，對施工工藝從施工場地硬化、開孔及導(dǎo)向控制、鉆孔過程監(jiān)控等方面進(jìn)行了研究，并采取以下主要技術(shù)措施加以控制，確保了孔斜率≤1/200的技術(shù)要求。

（1）塔樓工程樁施工場地采用30cm厚混凝土硬化，增加地基承載力，使鉆機(jī)在施工過程中能夠時刻保持平穩(wěn)，對保證垂直度起到了一定的作用。

（2）將孔口埋設(shè)的鋼護(hù)筒加長至 4m，用十字線在護(hù)筒頂部標(biāo)出護(hù)筒圓心位置，使其與鉆孔中心重合；護(hù)筒埋設(shè)密實(shí)，以起到良好的導(dǎo)向作用，并有利于防止孔口坍塌。

（3）利用旋挖鉆機(jī)機(jī)載的日本KODEN-DM604超聲波測斜裝置，在造孔過程中對孔斜情況進(jìn)行監(jiān)測，針對孔斜情況及時調(diào)整鉆桿角度，進(jìn)行有效糾偏。

3 密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁快速成孔技術(shù)

由于樁基施工場地狹小、工期緊，且樁位密集、樁孔嵌巖深，對鉆孔施工效率要求極高，目前國內(nèi)尚無成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。為了保證本工程樁的順利施工，分別采用“回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+牙輪鉆頭”、“回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+沖擊鉆”、“旋挖鉆機(jī)”等施工工藝進(jìn)行了試成孔施工。

（1）回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+牙輪鉆頭施工工藝

采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工覆蓋層、入巖后采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配備牙輪鉆頭的施工工藝進(jìn)行兩組試樁施工，每組含一根試樁，四根錨樁，單根樁成樁時間最少七天，最長時間達(dá)十五天。該工藝施工工效低，不能滿足工期要求。

（2）回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+沖擊鉆組合施工工藝

此工藝上部覆蓋層采用GPF2500型回旋鉆正循環(huán)施工，在孔深至50m進(jìn)入基巖后，改用CZ-6型沖擊鉆正循環(huán)鉆進(jìn)至終孔。試成孔有效鉆進(jìn)時間為150小時，終孔深度為67.2m。施工過程中多次進(jìn)行排漿?？仔甭首畲鬄?.66%。

（3）旋挖鉆機(jī)施工工藝

此工藝上部覆蓋層采用旋挖鉆機(jī)配雙底雙進(jìn)口截齒鉆頭進(jìn)行鉆孔施工，鉆進(jìn)至微風(fēng)化基巖后，改配單底雙開門斗齒鉆頭鉆進(jìn)至終孔。試成孔有效鉆進(jìn)時間為18小時，終孔深度為67.5m。該孔在施工全程均采用新鮮膨潤土泥漿，終孔后孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)較好。孔斜率最大為0.34%。

通過對多種設(shè)備、機(jī)具及工藝進(jìn)行試成孔試驗(yàn)研究，從施工工效、成孔質(zhì)量及環(huán)保等方面進(jìn)行對比，確定了旋挖鉆機(jī)配雙底雙進(jìn)口截齒鉆頭施工覆蓋層、配單底雙開門斗齒鉆頭施工基巖的成孔施工技術(shù)方案，在大規(guī)模鉆孔施工取得了良好的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁的快速高效成孔施工。

4 深空孔段處理技術(shù)

本工程塔樓區(qū)工程樁樁位中心間距最小僅2.6m，空孔段達(dá)到20m，是國內(nèi)最密集的樁群。采用泥漿護(hù)壁方式施工時，在基樁澆筑完成后，空孔段四周土體容易出現(xiàn)坍塌,導(dǎo)致周邊基樁無法完成施工,必須采取有效的處理措施，解決該隱患后才能繼續(xù)進(jìn)行施工。為此，研制了一種MCNa型自凝自穩(wěn)復(fù)合土用于處理空孔段。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用后，不但對空孔段周邊孔壁起到支撐作用，避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，也解決了土方開挖時空孔段內(nèi)泥漿造成環(huán)境污染問題。

一種MCNa型自凝自穩(wěn)復(fù)合土，是將基樁澆筑完畢后的孔內(nèi)膨潤土泥漿，通過水泥、砂、水玻璃等材料按一定配比攪拌后混合而成，具有一定強(qiáng)度的新型復(fù)合土，其操作簡單，方式迅捷，成本較低且實(shí)用性強(qiáng)。主要技術(shù)方案如下：

（1）將氣動攪拌器插入孔底，采用氣動方式充分?jǐn)嚢杩湛锥蝺?nèi)的膨潤土漿體后，按照一定比例及順序依次投放水泥、砂、粉煤灰、水玻璃等材料，并繼續(xù)氣動混合攪拌。混合料在較短時間內(nèi)即可基本完成絮凝反應(yīng)，并在24小時內(nèi)逐步完成終凝，強(qiáng)度達(dá)到0.5MPa～1MPa，形成具備自凝自穩(wěn)條件的復(fù)合土。

（2）膨潤土漿體黏度控制在25S～45S之間，水泥摻入用量不少于200kg/m3，水玻璃摻入用量為35±5kg/m3，砂的摻入用量不少于200kg/m3，水泥采用PO42.5型普通硅酸鹽水泥。

（3）氣動攪拌器采用?60mm鋼管制成，成“工”字狀，?60mm出氣管長度宜為 300mm～500mm，每根出氣管前后均封堵，設(shè)置 ?10mm氣眼 5個，?60mm支撐管長度宜為200mm，支撐管中部豎向焊接一根長30mm，直徑為?25mm連接鋼管，連接鋼管與支撐管、出氣管貫通，并與高壓氣管綁扎，形成氣動攪拌器，空氣壓縮機(jī)的排氣量不少于3.0m3/mim。

5 樁基承載力測試技術(shù)

中心塔樓區(qū)域進(jìn)行5組樁徑?1000mm靜載荷抗壓試驗(yàn)，設(shè)計最大抗壓承載力為 27000kN。為準(zhǔn)確測試樁基承載力，真實(shí)反應(yīng)試驗(yàn)樁施工效果，自主研發(fā)并應(yīng)用了“一種同心鋼制雙套管”實(shí)用新型專利技術(shù)，采用噴槍方式將聚苯乙烯泡沫膠注入雙層鋼套管的間隙中，并在內(nèi)套管距離頂、底端100cm處設(shè)置一道環(huán)形的鋼卡環(huán)阻隔泡沫膠，防止雙套管間隙中充填的泡沫膠在反漿壓力作用下移動破壞，實(shí)現(xiàn)了試樁開挖面標(biāo)高以上20m空孔段樁身與土體的有效隔離，使內(nèi)外套管成功脫離，確保了有效樁長范圍內(nèi)樁基承載力的準(zhǔn)確測試。

一種同心鋼制雙套管，包括內(nèi)套管、外套管、吊耳、隔阻環(huán)、套管兩端間隙充填泡沫膠，其施工大樣見圖1。具體技術(shù)方案如下：

圖1　同心鋼制雙套管施工大樣圖

（1）同心鋼制雙套管制作加工

①下料。套管用鋼板在使用前以管中徑計算周長，下料時加2mm的橫縫焊接收縮余量，長度方向按每道環(huán)縫加2mm的焊接收縮余量，并采用半自動切割機(jī)切割，嚴(yán)禁手工切割。根據(jù)雙套管設(shè)計板材厚度，鋼板均采用單坡口的形式，外坡口和內(nèi)坡口兩種形式均可，出于焊接方面的考慮，一般開外坡口，內(nèi)部清根后焊接。采用切割機(jī)將坡口切割完畢后，要檢查板材的對角線誤差值是否在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，如偏差過大,則要求進(jìn)行修補(bǔ)。

②卷管。由于雙套管成形尺寸較長，內(nèi)、外套管必須分批、分段的通過用CDW11HNC-50×2500型卷板機(jī)進(jìn)行預(yù)彎和卷管。根據(jù)工程實(shí)際情況，分段卷管長度為1.5m，卷好后再進(jìn)行焊接。由于需要多次往復(fù)卷制，則采用靠模反復(fù)進(jìn)行檢驗(yàn)，以達(dá)到卷管的精度。卷制成型后，進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊區(qū)域必須清除掉氧化鐵等雜質(zhì)，點(diǎn)焊高度不準(zhǔn)超過坡口的 2/3深度。點(diǎn)焊長度應(yīng)為80～100mm。點(diǎn)焊的材料必須與正式焊接時用的焊接材料相一致。卷板接口處的錯邊量必須小于板厚的10%，且不大于2mm。如大于2mm，則要求進(jìn)行再次卷制處理。在卷制的過程中要嚴(yán)格控制錯邊量，以防止最后成型時出現(xiàn)錯邊量超差的現(xiàn)象。在上述過程結(jié)束后，方可從卷板機(jī)上卸下卷制成形的鋼管。

③焊接。焊接方法采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接前，根據(jù)板材的厚度、施焊的位置以及效率選擇焊絲，類似本工程雙套管板厚，其焊絲直徑可選用1.6mm左右的焊接，其焊接電流控制在200A以下，焊接送絲的速度、焊接電流值大小以及電弧電壓控制必須經(jīng)過有效計算后，通過熟練焊工進(jìn)行操作，以確保焊接質(zhì)量及效果。

④探傷檢驗(yàn)。單節(jié)鋼管卷制及焊接完成后要進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。焊縫質(zhì)量等級及缺陷分級應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定要求。同時要求局部探傷的焊縫有不允許的缺陷時，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度，增加的長度不應(yīng)小于該焊縫長度的10%，且不應(yīng)小于200mm；當(dāng)仍有不允許的缺陷時，應(yīng)對該焊縫100%探傷檢查。

⑤矯圓。由于焊接過程中可能會造成局部失圓，故焊接完畢后要進(jìn)行圓度檢驗(yàn)，不合格者要講行矯圓。矯圓方法是將需矯圓者放入卷板機(jī)內(nèi)重新矯圓，或采用矯圓器進(jìn)行矯圓。矯圓器可以根據(jù)實(shí)際管徑自制，采用絲桿頂彎。

⑥環(huán)縫處理。雙套管每節(jié)加工完畢后，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件要求的長度進(jìn)行組裝，先將兩節(jié)組裝一大節(jié)，焊接環(huán)縫。環(huán)縫采用焊接中心來進(jìn)行，卷好的鋼管必須放置在焊接滾輪架上進(jìn)行，滾輪架采用無級變速，以適應(yīng)不同的板厚、坡口，管徑所需的焊接速度。組裝必須保證接口的錯邊量。一般情況下，組裝安排在滾輪架上進(jìn)行，以調(diào)節(jié)接口的錯邊量，接口的間隙控制在2～3mm，然后點(diǎn)焊。環(huán)縫焊接時一般先焊接內(nèi)坡口，在外部清根，如采用自動焊接時，在外部用一段曲率等同外徑的槽鋼來容納焊劑，以便形成焊劑墊。

⑦套管組裝。首先將鋼套管分節(jié)加工，再根據(jù)施工圖要求進(jìn)行組裝。內(nèi)層管分節(jié)長度 7.5m,外層管分節(jié)長度6m。組裝方式如圖2。

圖2　內(nèi)、外層套管組裝大樣

在兩端安裝限位襯板，限位襯板與內(nèi)層管焊接，與外層管間隙3mm。在內(nèi)管外壁上焊接鋼板，鋼板長度80mm，寬度為30mm，縱向間距為3m，肋上再加支撐鋼墊，沿支撐肋均勻分布6個。根據(jù)設(shè)計要求，內(nèi)外套管間凈間隙為43mm，支撐勒與外套管的間隙為 3mm，經(jīng)計算支撐肋的高度為 35 mm。

⑧鋼管接長。首先對接內(nèi)層鋼管，將分節(jié)鋼管調(diào)直、對齊。經(jīng)檢查合格后，進(jìn)行對接施焊。在內(nèi)層管接頭施焊完成，經(jīng)檢查合格后，套入外層接頭管節(jié)。將外層鋼管調(diào)直、對齊，在檢查合格后，進(jìn)行對接施焊。為保證限位襯板（支撐勒）間隙，可用木楔將外層鋼管臨時定位。

（2）雙層鋼套管間隙封堵

雙套管間隙封堵是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，封堵材料必須強(qiáng)度低，在加載過程開始時，能夠輕松脫落，重要的是有防水作用，經(jīng)多次試驗(yàn)比選，選用聚苯乙烯泡沫膠。由于混凝土澆筑后從套管頂部返漿，漿體從孔口流入泥漿池循環(huán)時，勢必會從雙套管頂部之間的縫隙流入，故必須對管頂端與管底端都采用封堵手段，即雙套管頂、底端1m范圍均進(jìn)行封堵。另外，考慮到混凝土頂升壓力，以及封堵強(qiáng)度無任何強(qiáng)度，孔內(nèi)返漿勢必會滲入或穿透封堵材料，故要求封堵材料由原來設(shè)計的 50cm增加至 100cm，并且在內(nèi)套管距離頂、底端100cm處設(shè)置一道環(huán)形的鋼卡環(huán)，與內(nèi)套管焊接，鋼卡環(huán)與外套筒之間的縫隙距離不得大于3mm，確保鋼卡環(huán)能夠?qū)㈦S返漿壓力而移動的泡沫膠進(jìn)行阻隔，且可保證泡沫膠進(jìn)一步密實(shí)，避免其移動后破壞，造成大面積滲漏，返漿進(jìn)入套筒縫隙，造成雙套筒失效。

封堵是雙套管制作完畢后最后一道工序，采用噴槍方式注入縫隙之中，擬在距外套端部 1m范圍內(nèi)在外套管側(cè)壁開孔，再進(jìn)行反復(fù)充填，充填完畢后，再用鋼板焊接封口。

（3）雙層鋼套管下設(shè)施工

試樁施工前必須準(zhǔn)確計算空孔深度,即確保雙套管埋設(shè)深度及開孔鉆進(jìn)深度，在施工過程中，對旋挖鉆機(jī)開孔鉆頭進(jìn)行精確度量，采用?1400mm鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度較理論計算深度深約50cm。鉆孔完畢后，取出開工鉆護(hù)筒，采用兩臺25T汽車吊車對雙套管進(jìn)行兩點(diǎn)起吊。由于雙套管設(shè)計長度較長，對于起吊點(diǎn)設(shè)計、起吊方式選擇以及起吊設(shè)備的要求必須進(jìn)行相應(yīng)計算復(fù)核。對于起吊吊點(diǎn)，我司在進(jìn)行雙套管制作時便通過計算符合將吊點(diǎn)焊接于外套管外壁，吊裝時采用兩臺25T吊車同步起吊，一臺起吊頂部吊點(diǎn)，另一臺托住底部吊點(diǎn)，同步指揮，同步起吊，整個起吊過程在專業(yè)吊裝工的指揮下進(jìn)行。

考慮到孔口返漿工序，雙套管必須在頂部進(jìn)行割口，割口處縫隙必須采用油氈類材料進(jìn)行填實(shí)，避免漿液滲入。

6 結(jié)語

針對工程特點(diǎn)，通過對鉆孔灌注樁孔斜控制、密集深嵌巖基礎(chǔ)鉆孔灌注樁快速成孔、深空孔段處理、樁基承載力準(zhǔn)確測試等進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，解決了密集型樁基深空孔段鉆孔坍塌及高標(biāo)準(zhǔn)孔斜控制技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了密集型深嵌巖鉆孔灌注樁的優(yōu)質(zhì)高效成孔施工。同時，通過自主研發(fā)應(yīng)用“一種同心鋼制雙套管”實(shí)用新型專利，實(shí)現(xiàn)了有效樁長范圍內(nèi)樁基承載力的準(zhǔn)確測試。該項(xiàng)目進(jìn)行的1000mm直徑樁靜載荷抗壓試驗(yàn)，最大加載值達(dá)到 30000kN，是目前國內(nèi)同等樁徑中最大單樁載荷試驗(yàn)。

該項(xiàng)施工技術(shù)成功應(yīng)用于某中心大廈樁基工程施工中，在充分保證工程質(zhì)量和施工安全的同時，提前20天完成施工任務(wù)，完成了業(yè)主工期目標(biāo)，為后續(xù)工程提供了極為有利條件，得到了業(yè)主、監(jiān)理方的一致好評，也為今后類似工程施工提供了借鑒和參考。

[1] 史佩棟,樁基工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1999.

Intense deep rock-socketed bored piles construction technology

A pile foundation project in center based on the dense deep rock-socketed bored piles construction technology as an example, combined with the pile location with dense, long rock-socketed depth, empty hole, hole slope than the current specification and construction of high strength characteristics, this paper introduces the control, dense deep hole inclination bored piles socketed foundation quickly bored piles into holes, deep hole processing, concentric steel double pipe production and sets, accurate testing of pile bearing capacity construction technology.

Rock-socket; bored pile; construction technology

TU974

A

1008-1151(2015)10-0014-03

2015-09-12

童耀（1974－），男，湖北谷城人，葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司高級工程師，一級建造師，從事地基與基礎(chǔ)工程施工；羅會東（1977－），男，湖北宜昌人，葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司工程師，從事地下連續(xù)墻工程施工。