超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)的總結(jié)

翁彥梅

摘要：當(dāng)前各式各樣的高層建筑一般都會(huì)用到超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)，而這一技術(shù)對(duì)高層建筑工程的安全和質(zhì)量有著重要的影響，因此要保證施工的安全和工程的質(zhì)量就需要對(duì)這一項(xiàng)技術(shù)有清晰的認(rèn)知和明確的掌握，本文就建筑施工中超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行分析探究。

關(guān)鍵詞：建筑施工；超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)；施工技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

隨著社會(huì)的快速發(fā)展、城市化的不斷推進(jìn)，造成城市土地資源稀缺這一現(xiàn)象，為了應(yīng)對(duì)這種情況人們只好將原來低、中層建筑拆除建設(shè)高層建筑以提升土地的利用率。對(duì)高層建筑的需求越來越多，而高層建筑的設(shè)計(jì)大都會(huì)采用超長(zhǎng)樁，為保證高層建筑的安全，超長(zhǎng)灌注樁施工技術(shù)的掌握就顯得非常的重要?，F(xiàn)結(jié)合我實(shí)際施工超長(zhǎng)樁經(jīng)驗(yàn)，就這一技術(shù)進(jìn)行總結(jié)以期能夠?qū)Υ思夹g(shù)在施工當(dāng)中更好的應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

一、 項(xiàng)目概況

昆明某商業(yè)中心建設(shè)項(xiàng)目樁基工程，位于昆明市中心地段，周邊環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地狹小，施工難度大。該項(xiàng)目總建筑面積585642.75m2，地下建筑面積129730.36m2，設(shè)五層整體地下室，兩棟超高層塔樓，主、副塔樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑均為φ1000mm，砼等級(jí)為C50，主塔樁有效樁長(zhǎng)96m（負(fù)空樁段18m），單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值30000KN，樁端持力層為⑩1粉砂、⑩2粉質(zhì)黏土層；副塔樁有效樁長(zhǎng)86m（負(fù)空樁段18m），單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值24000KN，樁端持力層為⑨1粉質(zhì)黏土、⑨2粉土層。樁基施工面以下分布多層泥炭質(zhì)土、粉土等深厚軟土層，且場(chǎng)地地下水位較高。

類似地質(zhì)條件下樁長(zhǎng)超過90m的超長(zhǎng)樁在云南較為少見，該項(xiàng)目采用ICE安插長(zhǎng)護(hù)筒的“高原湖積相軟土區(qū)鋼護(hù)筒旋挖成孔灌注樁施工工法”+泥漿護(hù)壁回旋鉆孔灌注樁的施工方法，利用氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清底，有效保證了樁基施工的質(zhì)量，將主、副塔超長(zhǎng)樁的充盈系數(shù)控制在了1.18。有效的解決了泥炭質(zhì)土縮徑、砂土流砂、沉渣過厚和承壓水等問題，節(jié)省工期50余天，滿足了工期要求，保護(hù)了環(huán)境，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3200余萬元，該項(xiàng)目的施工技術(shù)達(dá)到同期同類型項(xiàng)目國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

二、 控制要點(diǎn)

1. 樁身垂直度

樁身垂直度是超長(zhǎng)灌注樁承載力的質(zhì)量保證之一，在該項(xiàng)目上在為保證超長(zhǎng)樁施工的垂直度，利用三軸深攪機(jī)作為底盤，將ICE高頻振動(dòng)錘安放在三軸深攪機(jī)機(jī)架上，插放鋼護(hù)筒作為樁身垂直導(dǎo)向。

在插放過程中派2名監(jiān)測(cè)員面對(duì)鋼護(hù)筒呈90°架設(shè)經(jīng)緯儀，對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以保證護(hù)筒垂直度，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒偏移及時(shí)糾偏，每鉆進(jìn)5米用經(jīng)緯儀復(fù)核檢查一次垂直度，將超長(zhǎng)樁樁身垂直度控制在了3‰以內(nèi)。

旋挖鉆機(jī)成孔至底部后，用超聲波對(duì)成孔垂直度進(jìn)行首次檢測(cè)，保證成孔垂直度達(dá)到規(guī)范要求方能進(jìn)行混凝土澆筑。

2. 塌孔問題

超長(zhǎng)灌注樁在實(shí)際應(yīng)用時(shí)最先考慮的一個(gè)問題便是場(chǎng)地的地質(zhì)狀況，要對(duì)場(chǎng)地地層的復(fù)雜程度進(jìn)行細(xì)致的分析，樁基在成孔以及后續(xù)施工時(shí)可能會(huì)有塌孔現(xiàn)象的存在，而塌孔的存在將會(huì)帶來許多質(zhì)量問題，針對(duì)這一問題進(jìn)行采取以下控制措施：

（1）可以根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)成孔的方法進(jìn)行優(yōu)化，提高成孔的速度、效率和質(zhì)量，進(jìn)而減少塌孔情況。分析昆明某商業(yè)中心建設(shè)項(xiàng)目地層地勘報(bào)告揭露，④1、⑤2、⑥1層為硬塑狀粉質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核塊，具中壓縮性。層頂埋深17.80～59.20m，回旋鉆機(jī)在上述幾個(gè)地層施工成孔會(huì)較困難，旋挖成孔較有優(yōu)勢(shì)，但是超過70m的樁孔，旋挖鉆機(jī)受到扭矩和長(zhǎng)度等技術(shù)參數(shù)的影響，施工降效明顯且質(zhì)量不能有效保證，該項(xiàng)目在主塔樁施工上，探索出旋挖鉆機(jī)成孔和回旋鉆機(jī)成孔相結(jié)合的方法，樁基上部60-66m采用360旋挖機(jī)成孔，下部30-36m采用回旋鉆機(jī)正循環(huán)成孔工藝施工，收到明顯效果，將單根樁成孔時(shí)間由試驗(yàn)階段的22小時(shí)控制到了8-12小時(shí)，有效減少了成孔時(shí)間，減少了孔壁在泥漿中暴露時(shí)間，進(jìn)而以減少了孔壁塌孔的機(jī)率。

（2）、護(hù)壁泥漿質(zhì)量對(duì)樁端沉渣厚度和樁身塌孔控制至關(guān)重要，泥漿性能應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注泥漿黏度、比重和含砂率。

場(chǎng)地分布有厚薄不均的沖洪積成因的粘土地層，湖積相的圓礫、粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂（土）互層、泥炭質(zhì)粘土。針對(duì)該項(xiàng)目這種粉質(zhì)粘土、粉砂土層，泥漿采用清水、膨潤(rùn)土和純堿配置羚甲基纖維素鈉（CMC）制拌（所用外摻劑的摻量根據(jù)泥漿性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整控制）。設(shè)計(jì)泥漿密度為1.06 g/cm3左右，粘度在23～28 s之間，加堿量為膨潤(rùn)土量的5%。鉆進(jìn)過程中，泥漿密度控制在1.10～1.25 g/cm3，泥漿含砂率不超過8%，使泥漿具有一定的液柱壓力，以達(dá)到平衡孔壁外圍地層壓力，穩(wěn)定孔壁，不形成泥皮、塌孔的要求，二次清孔時(shí)粘度控制在20～25s，以滿足鉆進(jìn)護(hù)壁和二次清孔的要求；PH值維持在8～9左右，使泥漿處于堿性狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)泥漿科學(xué)配比減少塌孔的發(fā)生。

本項(xiàng)目護(hù)壁泥漿采用山東優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土配置，聚丙烯酰胺水解度不小于30%，并根據(jù)地層情況添加護(hù)壁泥漿處理劑，提高護(hù)壁泥漿工作性能.

為減少廢漿排放量，降低施工成本，需要對(duì)二次收集的泥漿采用泥漿凈化器進(jìn)行除砂、除泥處理，并根據(jù)黏度和PH值變化情況，適時(shí)加入護(hù)壁泥漿處理劑，增加泥漿循環(huán)使用次數(shù)。

3. 樁底沉渣

基樁成孔完成之后需要對(duì)孔底部的沉渣情況進(jìn)行檢查，底部若存在大量的沉渣，在完成混凝土澆筑后會(huì)導(dǎo)致基樁的沉降，進(jìn)而嚴(yán)重影響基樁的承載能力，會(huì)給高層建筑帶來致命的危險(xiǎn)，因此必須做好這一部分的控制檢查工作。樁底沉渣可利用泵吸反循環(huán)技術(shù)亦或是氣舉反循環(huán)技術(shù)來對(duì)孔底部的沉渣進(jìn)行處理，前一種技術(shù)不適合較深的孔洞作業(yè)，孔洞越深其工作效率越差；而后者則能夠較好的適應(yīng)深孔的作業(yè)環(huán)境，對(duì)底部沉渣進(jìn)行較好的處理。

該項(xiàng)目的主、副塔工程樁屬端承摩擦樁，有效樁長(zhǎng)96m和86m，穿越多層厚層狀粉土、粉砂，規(guī)范要求沉渣厚度不大于50mm。樁底沉渣控制難度較大，該項(xiàng)目采用優(yōu)質(zhì)護(hù)壁泥漿配合氣舉反循環(huán)二次清孔工藝，很好地將樁底沉渣厚度控制在了50mm以內(nèi)，100%滿足設(shè)計(jì)要求。

（1）泥漿循環(huán)系統(tǒng)、氣舉原理見圖。

（2）正循環(huán)所需空氣壓力控制參數(shù)

回旋鉆正循環(huán)成孔過程中，應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)進(jìn)尺及時(shí)倒換風(fēng)包，如過低則空壓機(jī)所提供壓力達(dá)不到，不能保證清孔所需壓力，無法實(shí)現(xiàn)孔底排渣。本項(xiàng)目根據(jù)施工平臺(tái)的高程、施工水位、鉆機(jī)的高程，計(jì)算出提升1m3泥漿需要的壓氣量（按終孔深度計(jì)），本項(xiàng)目主塔鉆孔深度為96m，在鉆進(jìn)過程中每進(jìn)尺10 m需0.1MPa的壓力，空壓機(jī)的額定壓力為0.8Mpa，故在鉆進(jìn)中設(shè)置更換2次風(fēng)包?，F(xiàn)場(chǎng)使用的鉆機(jī)采用“接力式風(fēng)包”的方法，在加重桿后接風(fēng)包桿，用單風(fēng)道送氣，再間隔21m鉆桿，再加一節(jié)風(fēng)包桿，此時(shí)改用第二通道送氣，即從25 m至65m換一次風(fēng)包，每次風(fēng)包的起始位置控制在距孔口30m處，保證在孔深約40%時(shí)發(fā)揮最好作用，準(zhǔn)確把握泥漿循環(huán)量與排渣能力的關(guān)系。

（3）防止鉆渣沉淀埋鉆

空壓機(jī)送風(fēng)與鉆錐回轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行。接鉆桿時(shí)，須將鉆桿稍提升30cm左右，先停止鉆錐回轉(zhuǎn)，再送風(fēng)數(shù)分鐘，將孔底鉆渣吸盡，再放下鉆錐進(jìn)行拆裝鉆桿工作，以免鉆渣沉淀而發(fā)生埋鉆事故，或鉆渣太多以致無法清理干凈。在吸孔底沉渣的時(shí)候要隨時(shí)注意孔口泥漿水面標(biāo)高，如果逐漸往下落時(shí)，須立即用水泵補(bǔ)水入護(hù)筒內(nèi)，以免因水頭不夠而發(fā)生塌孔事故。

（4）2次清孔控制

第1次清孔是在鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深以后，將鉆頭提高孔底20 cm左右，利用空壓機(jī)氣舉抽漿清孔，用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿。第2次清孔是在鋼筋籠下設(shè)完畢以后，用空壓機(jī)通過導(dǎo)管進(jìn)行二次氣舉清孔，同樣用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿，直至合格。

4. 混凝土澆筑

超長(zhǎng)灌注樁施工當(dāng)中還有重要的一點(diǎn)就是樁芯混凝土的澆筑，混凝土的質(zhì)量對(duì)樁基的承載力以及壽命起著決定性的作用，因此在施工過程中要嚴(yán)格把控混凝土澆筑這一環(huán)節(jié)。首先在混凝土的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要注意混凝土生產(chǎn)的用料以及配比，按設(shè)計(jì)要求的標(biāo)號(hào)和質(zhì)量嚴(yán)控原材料以滿足設(shè)計(jì)要求。在施工時(shí)，首灌也是應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注的環(huán)節(jié)，實(shí)際施工時(shí)施工人員一定要對(duì)首次灌注的時(shí)間以及灌注的量進(jìn)行把控，灌注過程中拔管時(shí)間、速度都是有嚴(yán)格要求的。為了保證樁身澆注質(zhì)量，該項(xiàng)目選用有多年水下砼澆注經(jīng)驗(yàn)的管理人員及作業(yè)班組，并將水下澆注導(dǎo)管全部更換為新導(dǎo)管，將管壁加厚，嚴(yán)格控制混凝土下放速度避免形成氣塞或局部負(fù)壓區(qū)堵塞導(dǎo)管或拔導(dǎo)管時(shí)將導(dǎo)管吸扁。每車專人量測(cè)混凝土坍落度和擴(kuò)展度，不合格的混凝土及時(shí)退貨，保證了進(jìn)場(chǎng)混凝土的質(zhì)量。

混凝土澆筑的控制要點(diǎn)：

（1）混凝土灌注前導(dǎo)管要安裝牢固，安放好密封圈，導(dǎo)管底端距孔底0.3～0.5m。

（2）混凝土的初灌量不少于2m3，以保證初灌時(shí)導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下2.5m。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求：樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上應(yīng)留有混凝土灌注長(zhǎng)度≥樁身長(zhǎng)度的5%，且不應(yīng)小于2m。

（4）混凝土灌注完畢后，用專門研制混凝土標(biāo)高量具進(jìn)行混凝土灌注標(biāo)高的檢測(cè)?；炷翗?biāo)高量具的制作：采用DN15鍍鋅鋼管（尺寸21.3×2.5mm）接長(zhǎng)至17m（節(jié)與節(jié)間螺紋套筒連接），底部彎曲呈U型，并在U型頭頂部焊接錐形料斗，斗口朝上（錐形料斗用鐵皮制成，高度100mm），量具大樣如下圖：

混凝土灌注標(biāo)高的檢測(cè)原理：本項(xiàng)目空樁段18m，設(shè)計(jì)要求最小超灌高度為2m，即混凝土面標(biāo)高距孔頂16m。灌注完畢后，將導(dǎo)管提升，將量具伸入樁孔內(nèi)深度16m處進(jìn)行取樣，若量具取樣為素砼，則視為混凝土灌注標(biāo)高滿足要求；若量具取樣為泥漿，則混凝土灌注標(biāo)高不滿足設(shè)計(jì)要求，仍需灌注。

（5）混凝土的坍落度為180～220mm，坍落度一般控制在200mm為宜。

（6）混凝土灌注的充盈系數(shù)1.0～1.3，本項(xiàng)目成功控制主塔、副塔樁充盈系數(shù)為1.1-1.18。

（7）、導(dǎo)管埋深宜為2～6m，嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面，應(yīng)有專人測(cè)量導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)外混凝土面的高差，填寫水下混凝土澆注記錄。

（8）、混凝土的灌注必須連續(xù)，每根樁的澆注時(shí)間按初盤混凝土的初凝時(shí)間控制，對(duì)澆注過程中的一切故障均應(yīng)記錄備案。

（9）、控制好最后一次的灌注量，樁頂不得偏底，應(yīng)鑿除的浮漿高度必須保證曝露的樁頂混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

5.樁底后壓漿質(zhì)量控制

超長(zhǎng)工程樁設(shè)計(jì)承載力都較大，為了提高樁基承載力，設(shè)計(jì)采用樁底后注漿工藝。樁底后注漿可以有效改善樁端持力層力學(xué)性質(zhì)，對(duì)控制樁基沉降起到關(guān)鍵作用。為保證注漿管路的有效打通，注漿管和止回閥的安裝施工是關(guān)鍵。

注漿方案經(jīng)反復(fù)比較，最終確定注漿管采用絲扣連接，在絲扣處加生料帶，防止水泥漿的滲入；注漿管比鋼筋籠長(zhǎng)50cm，保證注漿管插入樁端沉渣中，止回閥1根采用金屬止回閥，1根采用橡膠止回閥，1根用木塞堵住注漿管底部作為備用注漿管。

每根樁在兩根注漿管中進(jìn)行注漿，注漿機(jī)械采用低～中壓、低流量注漿機(jī)械，分兩次注漿，首次注漿量為總量的60%，兩次間隔時(shí)間為2-3小時(shí)，注漿流量控制在50L/min內(nèi)。

三、 結(jié)束語

昆明某商業(yè)中心建設(shè)項(xiàng)目超長(zhǎng)樁基工程經(jīng)小應(yīng)變檢測(cè)均為ⅠⅡ類樁，載荷試驗(yàn)檢測(cè)單樁承載力均滿足設(shè)備要求的300000KN、24000KN。本項(xiàng)目超長(zhǎng)樁施工的控制要點(diǎn)主要在成孔、樁底沉渣控制、樁底后壓漿三個(gè)方面，施工中采用了長(zhǎng)護(hù)筒護(hù)壁技術(shù)、泥漿除砂、除泥循環(huán)利用技術(shù)，氣舉反循環(huán)二次清孔技術(shù)，三種不同注漿器的樁底后壓漿技術(shù)等。解決了工程中存在的難題，保證了施工工期和樁基質(zhì)量，值得在今后同類工程中推廣應(yīng)用。

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（作者單位：云南建投第一勘察設(shè)計(jì)有限公司）