淺析某工程長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁施工與檢測

文/吳迎賓 甘肅省建筑科學(xué)研究院 甘肅蘭州 730050

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淺析某工程長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁施工與檢測

文/吳迎賓 甘肅省建筑科學(xué)研究院 甘肅蘭州 730050

【摘要】本文通過對某工程長螺旋鉆孔壓灌混凝土擴(kuò)孔樁施工與檢測的實(shí)例分析，闡述了長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁具有適應(yīng)地質(zhì)條件廣泛，效率高、質(zhì)量可靠、操作性強(qiáng)，單樁承載力高，同時(shí)又環(huán)保，節(jié)省工程造價(jià)。

【關(guān)鍵詞】長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁；承載力；靜載試驗(yàn)；檢測

1、工程概況

某商住樓工程，為地下一層、地上十六層框剪結(jié)構(gòu)。該工程基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，基樁采用長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁。樁型為圓樁，設(shè)計(jì)樁身直徑為0.6m，設(shè)計(jì)擴(kuò)底直徑為1.2m，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級為C35。該工程設(shè)計(jì)樁底持力層為泥質(zhì)砂巖層，樁底進(jìn)入持力層深度不小于2.0m，樁長不小于8.0m，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值不小于3000kN。

2、工程地質(zhì)概況

該工程地貌單元屬西漢水南岸Ⅰ級階地，根據(jù)該工程巖土工程勘察報(bào)告，該工程場地地層情況自上而下為：

①雜填土（Q4ml）：場區(qū)局部分布。雜色，稍濕，松散，主要以碎石土、粉土為主，見有植物根系和建筑垃圾等雜物，土質(zhì)不均勻，力學(xué)性質(zhì)差。層厚0.30～5.50m，層底埋深0.30～5.50m。

②-1耕土（Q4ml）：場區(qū)局部分布。雜色，稍濕，松散，主要以粉土為主，含有圓礫和角礫，見有植物根系等雜物，土質(zhì)不均勻，力學(xué)性質(zhì)差。層厚0.20～2.80m，層底埋深0.20～5.60m。

③粗砂（Q4al+pl）：場區(qū)普遍分布。雜色，沖洪積成因，濕～飽和，稍密～中密，顆粒骨架成分以石英、長石為主，級配較差，分選性較好，顆粒骨架空隙以圓礫、細(xì)砂和礫砂充填為主，見有零星塊石和卵石，土質(zhì)不均勻，力學(xué)性質(zhì)一般。層厚10.00～12.80m，層底埋深10.80～17.50m。

④泥質(zhì)砂巖（Nm）：棕紅色，沉積成因，中等風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚狀構(gòu)造，其巖質(zhì)軟，遇水易軟化，巖芯呈短柱狀，網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育，裂隙面結(jié)合較差，巖體較破碎，巖性較均勻，力學(xué)性質(zhì)好，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。最大揭露厚度為5.30m。

該場地地下水為第四系孔隙潛水，地下水主要賦于③層粗砂中，勘察結(jié)束后一次性測得穩(wěn)定水位埋深為5.00～7.60m，受季節(jié)影響較大，地下水水位多年變化幅度為0.5～1.5m。地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水和西漢水側(cè)向滲流補(bǔ)給，向西漢水下游排泄。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

本場地的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30g ，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場地特征周期值為0.40s。建筑場地類別劃分為Ⅱ類，地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。該場地?zé)o濕陷性土層分布，該建筑場地內(nèi)飽和粗砂不考慮地震液化現(xiàn)象。

3、長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁樁基施工

3.1 施工工藝原理

帶有特殊裝置的長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，在旋轉(zhuǎn)和提升鉆具時(shí)從鉆頭上設(shè)置的噴嘴中以高壓噴射出預(yù)先配置好的水泥漿。具有高能量的水泥漿噴射切割破壞土層使鉆孔底部或某一段擴(kuò)大，形成擴(kuò)大頭。水泥漿的注漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件不同而選擇，一般為3～15MPa，鉆具提升速度應(yīng)保證高壓水泥漿切割土層的效果，提升速度一般為45～100cm/min，當(dāng)擴(kuò)大頭形成達(dá)到設(shè)計(jì)要求后下放鉆具，用混凝土輸送泵以一定壓力通過中空的鉆桿由鉆具底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，使擴(kuò)大頭的部分充滿混凝土。提升鉆具時(shí)灌注混凝土至樁頂。最后將鋼筋籠插入混凝土中成樁。

3.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖3.2：

圖3.2　長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁工藝流程圖

3.3 施工方法

3.3.1 穩(wěn)鉆工序

①確定準(zhǔn)備施工的樁號后，由技術(shù)員按圖紙找預(yù)先設(shè)置好的樁位標(biāo)記點(diǎn)。依據(jù)固定點(diǎn)、軸線或其它準(zhǔn)確的樁位點(diǎn)，按圖示尺寸進(jìn)行檢查。點(diǎn)位偏差應(yīng)符合規(guī)范、規(guī)程要求。

②鉆機(jī)就位后，鉆頭尖與樁位點(diǎn)垂直對準(zhǔn)，如發(fā)現(xiàn)鉆頭尖離開點(diǎn)位，重新穩(wěn)點(diǎn)，重新抄平，直到達(dá)到鉆頭尖對準(zhǔn)樁位點(diǎn)為止。

3.3.2 鉆孔工序

①施工前，技術(shù)員應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)樁長及施工場地地坪標(biāo)高，分別在鉆機(jī)抱桿上做出明顯標(biāo)記，以確定鉆具鉆進(jìn)深度。鉆機(jī)操作人員將混凝土泵輸送管、鉆桿內(nèi)的殘?jiān)甯蓛簦瑸榉乐贡盟突炷吝^程中輸送管路堵塞，工程開工（停工再繼續(xù)施工）前應(yīng)先在地面打1:3砂漿疏通管路。

②施工時(shí)，首先將鉆頭噴孔堵嚴(yán)，防止鉆進(jìn)過程中砂土從鉆頭中進(jìn)入，造成混凝土輸送管路堵塞。

③鉆機(jī)下鉆速度要平穩(wěn)，在可能的情況下，進(jìn)尺越快越好，但要注意電流和返土情況，防止出現(xiàn)埋鉆事故。

3.3.3 注漿旋噴擴(kuò)孔工序

鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后，開動(dòng)注漿泵旋噴擴(kuò)孔，其旋噴壓力應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件制約在6～8MPa，旋噴擴(kuò)孔的尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)需要而定。鉆具提升速度45～60cm/min。

3.3.4水泥漿制備

水泥必須經(jīng)過二次復(fù)驗(yàn)合格后方可使用；按施工組織設(shè)計(jì)中規(guī)定的水灰比計(jì)算出每罐水泥和水的用量；先投入清水，然后投入水泥。水泥全部投放后，攪拌時(shí)間不少于2min；攪拌好的水泥漿應(yīng)放入貯漿桶中備用，防止沉淀。貯存時(shí)間應(yīng)小于水泥初凝時(shí)間。

3.3.5 泵送壓灌混凝土工序

①旋噴注漿結(jié)束后，放下鉆具，用混凝土輸送泵以一定壓力通過中空的鉆桿由鉆具底部的出料口向孔內(nèi)壓灌混凝土，邊泵送混凝土邊提鉆，保證鉆具在混凝土內(nèi)埋深不小于1.0m，

②泵送混凝土過程中混凝土輸送要連續(xù)進(jìn)行，同時(shí)提鉆速度要與泵送混凝土的量配合好，既要保證鉆桿在混凝土內(nèi)的最小深度，又要保證埋深不能過大，以防埋深過大導(dǎo)致埋鉆事故發(fā)生。

③泵送混凝土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上不少于50cm。如部分樁頂標(biāo)高低于基底標(biāo)高較多，為保證成樁質(zhì)量，防止樁頂上部塌孔應(yīng)將混凝土澆筑至基底標(biāo)高。

④檢查并記錄泵送混凝土的數(shù)量，保證混凝土的充盈系數(shù)大于1.0。

3.3.6 混凝土制備工序

混凝土采用商品混凝土，混凝土的原材料經(jīng)過二次復(fù)驗(yàn)合格后方可使用；混凝土的坍落度宜為18～25cm；混凝土的水灰比宜為0.5～0.6；混凝土的砂率宜為40%～45%；投料時(shí)，外加劑宜滯后于水和水泥。商品混凝土生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)控制粗骨料的粒徑，粒徑不宜大于30mm。

3.3.7 安置鋼筋籠工序

①先將檢查合格的預(yù)制鋼筋籠搬運(yùn)至孔口，搬運(yùn)過程中要輕抬輕放，破損的鋼筋籠要按不合格品進(jìn)行處理。

②鋼筋籠應(yīng)提前制作，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求下料、焊接。主筋與加勁筋要焊牢，鋼筋籠下部50cm不綁扎箍筋，并向內(nèi)收口（15°～30°）以方便鋼筋籠安放。

③樁身混凝土澆筑完成后，應(yīng)立即進(jìn)行鋼筋籠插入作業(yè)。先利用鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)將鋼筋籠豎立吊起，垂直吊于孔口上方，扶穩(wěn)下入孔中。先依靠鋼筋籠與導(dǎo)管的的自重緩慢插入，當(dāng)依靠自重不能繼續(xù)插入時(shí)，開啟振搗器，使鋼筋籠下沉至設(shè)計(jì)深度。

3.4 質(zhì)量控制措施

3.4.1 施工前應(yīng)對鋼材、水泥、骨料等原材料進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢合格后的原材料方可使用。

3.4.2 混凝土及水泥漿制備過程中應(yīng)對材料計(jì)量、混凝土配合比、混凝土坍落度及水泥漿水灰比進(jìn)行檢查。

3.4.3 鋼筋籠制作應(yīng)對鋼筋規(guī)格、焊條規(guī)格、品種、焊縫長度、焊縫外觀和質(zhì)量、主筋和箍筋制作偏差等進(jìn)行檢查。

3.4.4 施工過程中應(yīng)對成孔、樁位、樁徑、垂直度、旋噴壓力、鋼筋籠的安置等進(jìn)行全過程檢查，并如實(shí)填寫質(zhì)量檢查記錄。

4、基樁試驗(yàn)與檢測

4.1 試驗(yàn)樁試驗(yàn)

4.1.1 樁基施工前，為確定旋噴注漿壓力、鉆進(jìn)速度、混凝土塌落度等工藝參數(shù)，進(jìn)行了三根試樁。3根試驗(yàn)樁（SZ1號、SZ2號、SZ3號）樁長為8.0m～9.5m，試樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)前，對樁身完整性檢測均為Ⅰ類樁；該3根試驗(yàn)樁的最大加載量分別為6600kN、6600kN、7200kN，相應(yīng)樁頂總沉降量依次為20.65、18.82、27.65mm。在最大加荷條件下，Q～s曲線呈緩變漸降型，沒有出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，s～lgt曲線尾部也未出現(xiàn)明顯向下彎曲，該3根試驗(yàn)樁的Q～s曲線、s～lgt曲線見下圖4.1.1～4.1.3。

4.1.2 從3根工程樁靜載試驗(yàn)的Q～s曲線可以看到的是一個(gè)緩拋物線，未出現(xiàn)明顯過點(diǎn)，證明樁端發(fā)揮了作用。 可知，長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁能夠通過旋噴注漿形成擴(kuò)大頭且能有效地解決了樁端的虛土問題，同時(shí)通過水泥漿在樁端樁側(cè)射流旋噴的滲透加固土體使得樁的承載力得到極大的提高。

圖4.1.1　SZ1號樁Q～s曲線、s～lgt曲線

圖4.1.2　SZ2號樁Q～s曲線、s～lgt曲線

圖4.1.3　SZ3號樁Q～s曲線、s～lgt曲線

4.2 基樁檢測

4.2.1 對該工程抽檢了3根工程樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓承載力檢測，檢測結(jié)果表明：3根工程樁的單樁豎向抗壓承載力特征值均能達(dá)到3000kN的設(shè)計(jì)要求， 其3000kN荷載作用下對應(yīng)的樁頂總沉降量為5.25～7.02mm。

4.2.2 采用低應(yīng)變法對156根工程樁進(jìn)行了樁身完整性檢測，檢測結(jié)果表明：151根樁評為Ⅰ類樁，5根工程樁評為Ⅱ類樁，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.2.3 通過對工程樁樁身完整性檢測可知，長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁施工工藝成樁質(zhì)量可靠、無縮頸短樁現(xiàn)象。

5、結(jié)語

長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁在本工程的施工應(yīng)用實(shí)踐，與泥漿護(hù)壁樁相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁適應(yīng)于含水層、粘土層、砂層、礫石層、卵石層而且不受地下水位的影響。

（2）該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)向孔內(nèi)旋噴注漿，通過帶有高壓的水泥漿射流旋轉(zhuǎn)噴射孔壁形成擴(kuò)大頭，同時(shí)加固滲透孔壁，采用高壓灌混凝土，對樁孔周圍有明顯的擴(kuò)散滲透、擠密、局部膨脹等作用，增大樁端阻力和樁身周邊土體側(cè)摩阻力，大大提高基樁的承載力。解決了以往機(jī)械鉆孔樁施工中注漿、沒有擴(kuò)大頭、樁端有虛土、單樁承載力低等問題。

（3）該工藝成樁效果好：混凝土從鉆桿中心孔壓入孔中，對樁孔周圍的土體有擠壓、密實(shí)作用，防塌孔、樁體無縮頸、無斷樁，樁身質(zhì)量好。

（4）施工效率高：長螺旋鉆機(jī)操作簡單、設(shè)備行走靈活、施工工藝簡單，工序少，成樁速度快，能極大限度地縮短工期。

（5）造價(jià)低廉：該施工工藝無需泥漿護(hù)壁，節(jié)省泥漿制作和處理費(fèi)用，且該樁能夠以其較小的混凝土量得到了較大的承載力值，從而能夠節(jié)約樁基施工成本，降低工程造價(jià)。

（6）綠色環(huán)保：該施工工藝不要泥漿護(hù)壁，可避免水下澆筑混凝土，沒有大量泥漿排出而污染環(huán)境，且施工噪聲低、震動(dòng)小。

參考文獻(xiàn)：

[1]《長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴(kuò)孔樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》DB23/T 1320-2008 .

[2]《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014.中國建筑工業(yè)出版社.