狹小空間后補(bǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：以中國石油裝備產(chǎn)業(yè)基地國際交流中心主體館工程為例，介紹了小空間后補(bǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)，提出了該施工技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)，為今后小空間樁基施工提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：狹小空間；樁基；施工技術(shù)

一、工程案例

中國石油裝備產(chǎn)業(yè)基地國際交流中心主體館工程，是一政府投資項(xiàng)目，建筑高度37.5m，主樓地下一層，地上5層，東西跨度153m，南北跨度為74m，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，如圖1所示。該工程因使用功能變更，設(shè)計(jì)重新進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)，需在地下室增加18棵灌注樁，樁徑700mm，樁深33m，對已完主體進(jìn)行加固。

二、施工難點(diǎn)

因樁基施工空間狹小，施工空間高度3.75m，周圍空間狹小，通常灌注樁鉆孔機(jī)械無法使用，施工難度較大。初步制定方案為人工挖孔灌注樁，（因需要護(hù)壁，人工挖孔樁的樁徑需增大至1200mm）后經(jīng)研究，采用小空間后補(bǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)。

三、施工原理

小空間后補(bǔ)鉆孔灌注樁施工是指將泥漿護(hù)壁成孔混凝土灌注樁設(shè)備進(jìn)行特殊改造，可以用于建筑物地基加固，小空間補(bǔ)樁加固等施工，有效的解決了已完成建筑物內(nèi)部小空間地基基礎(chǔ)加固施工的難題。

1.工藝流程

鉆孔灌注樁施工工藝主要包括樁位測放、護(hù)筒埋設(shè)、樁機(jī)定位、鉆孔、清孔、鋼筋籠制作、鋼筋籠下放、安放導(dǎo)管、二次清孔、灌注混凝土成樁、后注漿等，具體工藝流程圖如圖2所示。

2.施工設(shè)備

（1）成孔設(shè)備。小空間的灌注樁施工，主要特點(diǎn)是施工空間狹小無法滿足正常成孔鉆機(jī)的要求，鉆機(jī)設(shè)備正常高度約7m，根據(jù)鉆機(jī)鉆桿的施工要求將所有鉆桿進(jìn)行最小尺寸改造：主鉆桿（鉆鋌）的長度調(diào)整為1.6m，副鉆桿長度設(shè)置2根0.8m的接替鉆桿，其余副鉆桿均為2m一節(jié)。使用時(shí)從地面到成孔動力磨盤頂部約0.9m，主機(jī)桿的實(shí)際成孔深度為0.7m，所以必須再換用2次0.8m的副鉆桿才能保證成孔深度大于2m，接著將2根0.8m副鉆桿拆下，再換接2m鉆桿，周而復(fù)始的循環(huán)換接鉆桿成孔，直至成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度。根據(jù)以上改造后鉆桿的最小長度，在保證機(jī)械正常操作使用空間的情況下，采用龍門架式的回旋鉆機(jī)，如圖3所示。

（2）灌注設(shè)備。采用經(jīng)過改裝后的三腳架式灌注設(shè)備，如圖4所示：設(shè)備高度3.6米，其它動力設(shè)備不變，灌注用混凝土導(dǎo)料管單節(jié)長度2.5m。

3.護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒起保護(hù)孔位、維持孔內(nèi)水頭防止孔口坍塌的作用。每根樁在鉆孔成孔前埋設(shè)護(hù)筒。采用4-8mm鋼板制作，內(nèi)徑比鉆頭直徑大200mm，埋置深度不宜小于1m，上部開設(shè)1個(gè)溢水孔，護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，埋設(shè)護(hù)筒時(shí)先根據(jù)測量給定的樁徑，按十字交叉定位法釘引線樁，以十字交點(diǎn)（鉆孔中心）為圓心以大于護(hù)筒半徑50-100mm的長度為半徑畫圓破除混凝土，挖護(hù)筒坑，將護(hù)筒置于坑內(nèi)，復(fù)測找正使其垂直、周正，深度不小于1.0米，護(hù)筒四周用粘土填充并夯實(shí)，保證護(hù)筒底部不漏水，同心度好，不易變形，起拔方便，并能重復(fù)使用。護(hù)筒中心與設(shè)計(jì)樁中心的偏差不得大于50mm。并使護(hù)筒保持垂直和水平，然后用粘土分層搗實(shí)，保證護(hù)筒牢固。

4.樁機(jī)定位

開孔前對測放的樁位進(jìn)行復(fù)測，保證就位準(zhǔn)確無誤。鉆機(jī)安裝就位必須平正、穩(wěn)固，確保施工中不傾斜、不移動。天車、轉(zhuǎn)盤、孔中心三點(diǎn)成一線，其中轉(zhuǎn)盤中心與樁孔中心偏差≤20mm。

5.泥漿

（1）泥漿的循環(huán)設(shè)置。因?yàn)樾】臻g施工現(xiàn)場的局限性，且小空間灌注樁施工的條件大多為已完成建筑物，施工場地為鋼筋混凝土地面，因此需另外設(shè)置兩個(gè)的泥漿池作為泥漿轉(zhuǎn)運(yùn)站，一個(gè)為人工造漿存儲池。一個(gè)為沉淀池（泥漿從此處裝車外運(yùn)）。在存儲池邊放置造漿設(shè)備和材料，造漿用攪拌罐，里面加滿清水，再倒入膨潤土、和漿糊粉（CMC），用攪拌機(jī)攪勻?？瓷先コ绅ず隣顣r(shí)，可停止攪拌，這樣人工制造泥漿完成。成孔及洗孔過程中均用人工造漿進(jìn)行循環(huán)，使其形成較好的泥漿護(hù)壁效果。

循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置具體規(guī)定：循環(huán)系統(tǒng)由泥漿沉淀循環(huán)池、泥漿存儲循環(huán)槽、泥漿泵、泥漿輸送管道等組成。泥漿池的開挖位置選在樁位區(qū)外，數(shù)量2個(gè)，串聯(lián)使用，單個(gè)容積應(yīng)不小于15m?。循環(huán)槽應(yīng)設(shè)一定的坡度，槽的斷面積應(yīng)能保證沖冼液正常循環(huán)而不外露。及時(shí)清除循環(huán)槽和沉淀池內(nèi)沉淀的鉆渣，并外運(yùn)，控制泥漿比重和粘度變化，適量調(diào)整膨潤土及CMC用量，調(diào)整泥漿性能，清出的鉆渣及時(shí)運(yùn)出現(xiàn)場，防止鉆渣廢漿污染施工現(xiàn)場。鉆進(jìn)開始時(shí)泵入泥漿，可提高造漿粘稠度，提高泥漿質(zhì)量，以保證孔壁的穩(wěn)定性，具體循環(huán)圖如圖5所示。

（2）泥漿的質(zhì)量控制。鉆進(jìn)過程中用泥漿比重計(jì)定期檢測泥漿性能，當(dāng)泥漿比重超過1.25時(shí)，必須撈渣、換漿。沉渣池內(nèi)沉渣厚度不能大于池深的1/3。根據(jù)地層條件，該工程泥漿采用人工造漿的方法，選用優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿，泥漿性能指標(biāo)要求：比重不大于1.15，粘度≤28S，含砂率≤8%。易塌孔的層段要合理控制泥漿的性能，防止出現(xiàn)塌孔等事故，泥漿性能指標(biāo)選用比重1.20～1.30，粘度19～22S，含砂率<8%，泥漿性能見表1。待人工造好泥漿后，鉆機(jī)開始進(jìn)行成孔，在鉆進(jìn)過程中要求鉆機(jī)吊打慢放鉆桿，這樣可以使孔壁泥漿護(hù)壁效果更好。隨著鉆機(jī)的鉆進(jìn)，泥漿比重會越來越大，根據(jù)情況可以適當(dāng)調(diào)整泥漿。考慮到這次施工的特殊性，在鉆進(jìn)過程中用泥漿比重計(jì)定期檢測泥漿性能。為防止因地上建筑物承重力造成塌孔，應(yīng)控制好泥漿比重。特別是在焊接鋼筋籠時(shí)，因焊接的時(shí)間過長，應(yīng)隨時(shí)注意觀察泥漿情況，看情況進(jìn)行補(bǔ)救。直至下完混凝土導(dǎo)料管，進(jìn)行二次清孔。灌注混凝土前的泥漿比重不應(yīng)大于1.15。

6.成孔

（1）垂直度的控制。因?yàn)殂@桿長度較短，鉆桿連接口較多，易造成鉆桿不垂直，所以成孔垂直度是本工法的一個(gè)難點(diǎn)。成孔時(shí)垂直度應(yīng)嚴(yán)格按以下幾點(diǎn)控制：選擇合理鉆進(jìn)參數(shù)，（一般的粘土層）壓力10～30KN，轉(zhuǎn)速30～60r/min，泵量1500～1800L/min。

鉆機(jī)在定位時(shí)要穩(wěn)固，防止鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中發(fā)生鉆機(jī)移位。成孔施工的全過程要求鉆桿吊打，放慢鉆進(jìn)成孔速度。由于鉆桿的特殊性，更換鉆桿頻繁。樁孔上部孔段鉆進(jìn)時(shí)輕壓慢轉(zhuǎn)，盡量減小樁孔超徑。在易塌孔的砂土層中，應(yīng)適當(dāng)增加泥漿比重和粘度，防止塌孔超徑。每次提鉆后、下鉆前檢查鉆頭的磨損情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。根據(jù)地層情況，合理選擇鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)是提高鉆進(jìn)效率的有效途徑。鉆進(jìn)砂層時(shí)，泥漿性能要相對保持穩(wěn)定，要及時(shí)清理打撈泥漿中的沉淀物和補(bǔ)充泥漿，以保持泥漿的性能。在鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢查鉆機(jī)鉆桿的垂直，遇有問題時(shí)能及時(shí)調(diào)整。

（2）二次成孔。為保證鉆機(jī)成孔質(zhì)量，避免塌孔情況的出現(xiàn)，本工法鉆孔均采用二次清孔法，成孔后先進(jìn)行第一次清孔，清孔時(shí)將鉆具提離孔底100～150mm，繼續(xù)回轉(zhuǎn)，同時(shí)加大泵量，確保一次清孔后孔底無泥塊。待鋼筋籠、導(dǎo)管下完后，進(jìn)行二次清孔。待孔底沉渣小于100mm，泥漿比重調(diào)至1.15，方能開始灌注。孔底沉渣應(yīng)用測繩測量，測繩讀數(shù)一定要準(zhǔn)確，每孔一校核，保證其偏差最小。

（3）清孔。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)終孔標(biāo)高后，為保證灌注混凝土質(zhì)量，必須清除孔內(nèi)沉渣，更換孔內(nèi)泥漿。終孔后立即進(jìn)行，以免沉渣多，增加清孔難度和時(shí)間；清孔方法采用正循環(huán)泥漿清孔的方法，即當(dāng)鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度后，先將鉆頭提離孔底80～100mm，注入泥漿進(jìn)行循環(huán)，把孔內(nèi)二次懸浮的大量殘?jiān)?、泥漿替換出來，并清洗孔底，替換后的沖冼液比重應(yīng)不小于1.15，同時(shí)保持一定水頭高度，防止塌孔。清孔過程中隨時(shí)測試孔底沉渣厚度和沖冼液中的含砂量，當(dāng)沖冼液含砂率小于4%，沉渣厚度不超過100mm時(shí)，清孔達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

7.鋼筋籠制作與安裝控制

（1）鋼筋籠制作。由于施工現(xiàn)場空間的限制，鋼筋籠的單節(jié)制作長度不應(yīng)大于3米，在孔口采用直螺紋套筒連接（正反絲套筒）。進(jìn)場鋼筋經(jīng)切割、彎曲，成為符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的成型鋼筋，按規(guī)格不同分別堆放，以備取用。鋼筋加工需在水平地面上進(jìn)行，遵循以下程序：鋼筋進(jìn)場→鋼筋原材、焊接試驗(yàn)→單根鋼筋、箍筋加工→鋼筋籠制作成型→鋼筋籠驗(yàn)收→鋼筋籠堆放。主筋連接采用雙面搭接焊，加勁箍的連接采用單面搭接焊形式，搭接長度不小于10d（d為鋼筋直徑），螺旋筋與主筋點(diǎn)焊焊牢。主筋間距允許偏差為±10mm，箍筋間距允許偏差為±20mm，鋼筋籠直徑允許偏差為±10mm，鋼筋籠長度允許偏差為±50mm。

（2）鋼筋籠安裝。鋼筋籠起吊垂直后，檢查是否垂直，如有彎曲應(yīng)調(diào)直。下放時(shí)對準(zhǔn)孔位、扶穩(wěn)、緩慢下放，避免碰撞孔壁，不得強(qiáng)行下放。下放時(shí)技術(shù)人員、質(zhì)量監(jiān)察員應(yīng)監(jiān)督吊放過程，以確保工程質(zhì)量。待吊放完畢，標(biāo)高符合要求后將吊筋固定牢固，樁頂標(biāo)高誤差應(yīng)不大于±50mm，并保證鋼筋籠中心與樁孔中心偏差≤100mm。

8.下導(dǎo)管

導(dǎo)管采用絲扣連接，其內(nèi)徑φ259mm，每節(jié)長度2.5m，導(dǎo)管數(shù)量應(yīng)根據(jù)孔深進(jìn)行配備，滿足二次清孔及水下混凝土澆筑的需要，即二次清孔時(shí)能下至孔底。澆筑時(shí)，導(dǎo)管底端距孔底0.3-0.5m左右，混凝土應(yīng)能順利從導(dǎo)管內(nèi)灌至孔底。導(dǎo)管在孔口連接處應(yīng)牢固，設(shè)置密封圈，吊放時(shí)，應(yīng)使位置居中，軸線順直，穩(wěn)定沉放，避免卡掛鋼筋籠和刮撞孔壁。

9.砼灌注

因場地限制，商混車輛不能到達(dá)孔口灌注，采用30型鏟車，鏟斗焊接專用卸料槽，循環(huán)運(yùn)料至孔口灌注。保證灌注過程快速連續(xù)?；炷脸豕鄳?yīng)采用不小于1立方的上料料斗，保證初灌量及導(dǎo)管的埋深。

四、結(jié)語

小空間灌注樁施工工法有效解決了狹窄空間內(nèi)無法進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的難題，在縮短工期、節(jié)約人工費(fèi)方面也有一定的優(yōu)勢。小空間灌注樁施工與人工挖孔樁施工在中國石油裝備產(chǎn)業(yè)基地國際交流中心主體館工程中的費(fèi)用對比（單顆樁施工分析），如表2所示。

由此可見，人工挖孔樁施工方法安全性差，風(fēng)險(xiǎn)大，樁深較大還需增加通風(fēng)設(shè)施等輔助設(shè)備，額外費(fèi)用增加，并且其對已完工程結(jié)構(gòu)的破壞面較大，后期加固恢復(fù)費(fèi)用高于泥漿護(hù)壁鉆孔樁。而采用小空間后補(bǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)在有效提高人力、物力利用率的同時(shí)，還大大縮短了施工工期，從而降低工程管理成本，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭宏勝.在復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖鉆孔灌注樁的施工技術(shù)要點(diǎn)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（17）.

[2]建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008年.

[3]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ 79-2012）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012年.

[4]陳小川，周俐俐.土木工程專業(yè)-土力學(xué)與基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南.中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：

王維，日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：建筑施工。