超深大直徑鉆孔灌注樁基施工技術(shù)

□文/滕曉軍 汪仲琦

超深大直徑鉆孔灌注樁基施工技術(shù)

□文/滕曉軍 汪仲琦

超深大直徑鉆孔灌注樁以其單樁承載力高并能適應(yīng)各種土質(zhì)條件而得到越來越廣泛的應(yīng)用，但因其常需穿透多層地層及復(fù)雜地層而加大了施工難度。結(jié)合工程實(shí)例，介紹了超深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)，由于施工過程采取先進(jìn)合理的施工工藝，確保了成樁質(zhì)量，從而取得了良好的效果。

超深；大直徑；鉆孔灌注樁；施工；技術(shù)

1　工程概況

天津萬達(dá)中心工程地處天津市河?xùn)|區(qū)海河?xùn)|岸，其中甲級寫字樓主樓建筑高度194.38 m，地上共41層，地下2層，總建筑面積約82 000 m2，采用鉆孔灌注樁作為承重樁基，主樓樁總數(shù)191根，樁徑為1 000 mm。其中核心筒下，A型樁27根，成孔深度80 m，有效樁長68.2m，B型樁92根，成孔深度80 m，有效樁長64.2 m；核心筒外，C型樁72根，成孔深度70 m，有效樁長58.7 m，樁位布置及型號見圖1。

圖1　主樓樁位布置

A、B型樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值均采用16200 kN，試樁的單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮18 000 kN；C型樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值采用14 400 kN，試樁的單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮15 600 kN。樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C40，所有主樓樁均進(jìn)行樁端后注漿，單樁水泥用量≮2.5t。

工程位于天津海濱淤積平原，沉積作用明顯。該場地地層自上而下分層描述見表1。

表1　工程地質(zhì)情況

續(xù)表1

工程樁A、B的樁端持力層為14a粘土層，工程樁C的樁端持力層為13c粉質(zhì)粘土層。

2　鉆孔灌注樁施工難點(diǎn)分析

1）泥漿質(zhì)量控制。泥漿指標(biāo)是保證成孔的關(guān)鍵，泥漿密度及粘度偏低則容易坍孔；偏高則不利于鉆進(jìn)且會(huì)造成孔壁泥皮過厚而降低樁的摩擦力。

2）超深灌注樁成孔垂直度控制。主樓樁樁徑為1000 mm，成孔深度80m，其長細(xì)比達(dá)到了80∶1。設(shè)計(jì)要求每根樁都滿足成孔傾斜度＜1/100的檢測指標(biāo)，必須從工藝本身著手進(jìn)行改進(jìn)和控制。

3）樁端后注漿工藝控制。以往工程和本工程樁型試驗(yàn)結(jié)果表明，鉆孔灌注樁采取后注漿工藝后可有效穩(wěn)定承載力。要確保每一根樁都注漿成功并研究實(shí)施一套可靠的保障應(yīng)急措施。

3　鉆孔灌注樁施工

3.1施工工藝要求及流程

根據(jù)本工程地質(zhì)特點(diǎn)，采用泥漿護(hù)壁反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔、反循環(huán)清孔排渣、二次換漿清孔、導(dǎo)管法灌注水下混凝土的施工工藝。其工藝流程為測定樁位→埋設(shè)鋼護(hù)筒(包括挖泥漿溝槽)→復(fù)測樁位→安裝鉆機(jī)就位(包括接通電源)→鉆進(jìn)成孔(包括供給護(hù)壁泥漿)→沖孔(第一次清孔)→吊接鋼筋籠→下放導(dǎo)管→清孔(第二次清孔)→水下導(dǎo)管法灌注混凝土→清洗機(jī)具→移至新樁位。

3.2測定樁位

根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)和基線，選用高精度J2型經(jīng)緯儀和鋼卷尺測定出樁位中心并用十字交叉法確定護(hù)筒的挖掘位置，然后挖埋護(hù)筒；在埋設(shè)完護(hù)筒后復(fù)測校正護(hù)筒位置，使護(hù)筒中心與樁位中心偏差≤50 mm，在樁位中心插上一根長鋼筋作為樁位標(biāo)志；然后用DS3型水準(zhǔn)儀測護(hù)筒口地坪高程，做好測量記錄；在鉆機(jī)就位時(shí)再使用線錘進(jìn)行第三次樁位校正，使轉(zhuǎn)盤中心與樁位中心重合。

3.3埋設(shè)護(hù)筒

為防止鉆進(jìn)施工中護(hù)筒外圈返漿造成塌孔和護(hù)筒脫落，護(hù)筒要埋入自然地面以下1.0 m（粘性土）或1.5 m（砂土），高出自然地面20 cm，與坑外之間空隙用回填土填實(shí)，保證護(hù)筒的穩(wěn)定與垂直度。同時(shí)，護(hù)筒中心與樁位中心線誤差≯5cm。

護(hù)筒作用主要是定位、保護(hù)孔口和承受水頭壓力等，它由鋼板制成，厚度5 mm，內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑，大于樁徑100mm。

3.4泥漿制備

鉆孔前根據(jù)樁位及現(xiàn)場場地情況，設(shè)泥漿溝、沉淀池、儲(chǔ)漿池及制漿筒，以便鉆孔中溢流出的帶渣泥漿經(jīng)沉淀后再返回泥漿池使用，泥漿溝的縱向坡以≮1.5%為宜，槽寬視估計(jì)出漿情況而定，沉淀池的體積應(yīng)不小于一根樁實(shí)體的3～4倍。

在鉆孔施工及成孔清孔完成后，要檢查泥漿的性能指標(biāo)，見表2。

表2　泥漿性能

3.5鉆進(jìn)成孔

將GPS-15型鉆機(jī)移至樁中心，四周墊實(shí)，轉(zhuǎn)盤用水平尺校平，天車、轉(zhuǎn)盤中心、樁中心三點(diǎn)成鉛垂線，放入鉆頭，接上鉆桿和泥漿循環(huán)系統(tǒng)。鉆頭選用三翼?xiàng)l形刮刀鉆頭，機(jī)上鉆桿安裝導(dǎo)向鋼絲繩，減輕機(jī)上鉆桿在回轉(zhuǎn)時(shí)的晃動(dòng)，使鉆進(jìn)平穩(wěn)，孔壁完整，鉆孔垂直。鉆進(jìn)過程中應(yīng)根據(jù)試成孔的鉆進(jìn)參數(shù)，對不同的地層與土質(zhì)采用相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)。

3.6第一次清孔

鉆孔至設(shè)計(jì)高程，經(jīng)過檢查，孔深、孔徑、孔的偏斜符合要求后，將鉆渣抽凈。進(jìn)行第一次清孔，見表3。

表3　清空尺寸

清孔采用換漿法，在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，稍稍提起鉆頭，同時(shí)保持原有的泥漿密度進(jìn)行循環(huán)浮渣，隨著殘存鉆渣的不斷浮出，孔內(nèi)泥漿比重和含量不斷降低，然后注入清水繼續(xù)循環(huán)置換，隨時(shí)檢查清孔質(zhì)量；個(gè)別孔底沉渣采用泥漿泵吸出的方式進(jìn)行清孔。

清孔后泥漿指標(biāo)：泥漿相對密度為1.03～1.10，含砂率＜2%，粘度為17～20 Pa·s；膠體率＞98%。

3.7鋼筋籠安裝

鋼筋籠采用分節(jié)制作，焊接連接。鋼筋骨架的保護(hù)層采用厚5 cm的水泥砂漿（水灰比＜0.4）墊塊并固定在主筋上，砂漿墊塊按豎向每隔2 m設(shè)一道，橫向圓周不少于4個(gè)。骨架頂端應(yīng)設(shè)置吊環(huán)，吊環(huán)長度根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高和樁頂標(biāo)高計(jì)算確定，鋼筋籠安裝要求見表4。

表4　鋼筋籠安裝

續(xù)表4

鋼筋籠應(yīng)分段焊接，每段長度不超過12 m，鋼筋籠主筋采用雙面搭接焊。

鋼筋籠運(yùn)轉(zhuǎn)安裝過程中，防止高起猛落，采用吊車起吊，以防止彎曲和扭曲變形（因直徑大自重亦較大），吊放鋼筋籠入孔時(shí)，應(yīng)注意勿碰孔壁，防止坍壁和將泥土雜物帶入孔內(nèi)。

先將下段掛在孔內(nèi)，吊高第二段進(jìn)行焊接，逐段焊接逐段放下，吊入后校正位置垂直，勿使相互扭轉(zhuǎn)和變形，各節(jié)焊接連接以前，須使上下節(jié)籠各主筋位置相對應(yīng)校正且上下籠保持垂直狀態(tài)，焊接時(shí)兩邊對稱施焊。

3.8第二次清孔

工程使用的灌漿導(dǎo)管為φ219 mm或φ250 mm二種規(guī)格的無縫鋼管。鋼筋籠及導(dǎo)管安放結(jié)束后，立即進(jìn)行第二次清孔。

第二次清孔時(shí)采用了正反循環(huán)結(jié)合的清孔方法，即首先采用正循環(huán)工藝置換調(diào)節(jié)泥漿，即由3PNL泵向?qū)Ч茌斎牒细衲酀{，通過導(dǎo)管將泥漿送入孔底、沖刷孔底，置換孔底泥漿并連同部分沉渣一起帶出孔口；等泥漿的性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求后再用氣舉反循環(huán)工藝逐步吸凈孔底的沉渣，直至孔底沉渣厚度符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求(≤50 mm)，孔底泥漿性能符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。氣舉反循環(huán)清孔見圖1，其中φ60mm鋼管伸入樁孔內(nèi)的長度一般應(yīng)為孔深的2/3。如孔深為80 m，則鋼管的長度應(yīng)為=80×2/3≈54（m）。若清渣困難，可加大伸入長度。

圖2　氣舉反循環(huán)

3.9水下混凝土灌注

為保證孔底沉渣厚度符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求(≤50mm)，各孔均保證在第二次清孔合格后的30 min內(nèi)灌注混凝土。由于大直徑灌注樁單位長度所需混凝土量較多，混凝土沿導(dǎo)管下來后向周邊水平流動(dòng)的徑向距離較大，因此對混凝土拌和物和易性要求尤為嚴(yán)格。在整個(gè)灌注過程中，導(dǎo)管下口距混凝土面2～6 m，單樁灌注時(shí)間控制在3～4h以內(nèi)。在起拔導(dǎo)管時(shí)，每拔0.5 m下沉0.1～0.2m，使孔內(nèi)混凝土擠密，以防止混凝土出現(xiàn)斷層而產(chǎn)生露筋。由于工程樁的空孔段較長，為保證鉆孔灌注樁頂混凝土的質(zhì)量，混凝土加灌高度控制在2.0m以上。

3.10樁端后注漿

所有主樓樁均需進(jìn)行樁端后注漿施工，設(shè)計(jì)注漿量不小于2.5t水泥/根樁，注漿水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.45～0.65。樁端注漿終止標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，以注漿量(水泥用量)控制為主，注漿壓力控制為輔。當(dāng)注漿量到要求時(shí)，可終止注漿；當(dāng)注漿壓力＞2 MPa并持荷3 min，也可終止注漿。樁底注漿采用樁身均勻設(shè)置2根注漿管，注漿管下端與單向閥式注漿器相連。樁端注漿器應(yīng)插入孔底以下0.2～0.5 m。注漿管隨鋼筋籠同時(shí)下放并在管內(nèi)注水以嚴(yán)防漏漿。

實(shí)際注漿壓力一般情況下≮2 MPa，注漿流量不宜超過75L/min。達(dá)到以下3個(gè)條件之一均可停止壓漿：

壓力大于2MPa并持荷3 min；壓漿水泥用量超過2.5t；樁頂出現(xiàn)冒漿。

4　鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測結(jié)果

該工程在施工過程中實(shí)時(shí)調(diào)整泥漿性能至最佳，確保了樁基施工的順利進(jìn)行?；娱_挖后對樁基進(jìn)行100%小應(yīng)變試樁，測試結(jié)果表明，全部191根樁均無斷樁、較大縮徑及擴(kuò)孔現(xiàn)象，樁身質(zhì)量評定Ⅰ類樁為91%，無Ⅲ類樁。

5　結(jié)論

1）采用反循環(huán)工藝施工，鉆進(jìn)效率高，清渣能力強(qiáng)，成孔時(shí)間短。

2）第二次清孔時(shí)采用的正反循環(huán)結(jié)合的清孔方法具有清孔速度快、清孔質(zhì)量好的特點(diǎn)，特別適合工程土層較差、對孔底沉渣要求高的施工，如果二次清空時(shí)單獨(dú)采用反循環(huán)長期置換泥漿清孔易造成孔壁坍塌的不良后果。

3）盡可能地減少第二次清孔至水下混凝土灌注的時(shí)間間隔有利于維護(hù)孔壁穩(wěn)定、降低孔底沉渣厚度。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.011

□汪仲琦/中建八局第三建設(shè)有限公司。

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）04-24-03

□2015-01-08

□滕曉軍/男，1986年出生，工程師，中建八局第三建設(shè)有限公司天津分公司，從事建筑工程技術(shù)和管理工作。