淺談長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝的控制

陳士凱（浙江江南工程管理股份有限公司河北分公司， 河北 廊坊 065000）

0 引 言

長螺旋鉆孔壓灌樁后置鋼筋籠技術(shù)是由 CIP 工法演變而成的一種新型的樁基施工工藝，它采用長螺旋鉆孔機鉆孔至設(shè)計深度，通過鉆頭活門向孔內(nèi)邊提鉆桿邊連續(xù)壓灌混凝土至樁頂，然后采用專用振動植籠設(shè)備后置鋼筋籠而形成樁基。由于工法穿越硬土層能力強，適應(yīng)范圍廣，不受地下水位限制，樁尖無虛土，樁身無縮徑。其次因連續(xù)壓灌混凝土護(hù)壁成孔，對樁孔周圍的土層有滲透、擠密作用，提高樁周土的側(cè)摩阻力，使樁基具有較強的承載力，且具有操作簡便、不擠土、不降水、不排污、施工效率高、綜合效益好等優(yōu)點，故在 2005 年成為原建設(shè)部推廣十大技術(shù)之一。但由于該工藝推廣應(yīng)用時間不長，控制環(huán)節(jié)多，地質(zhì)處于復(fù)雜多變狀態(tài)，特別是在不利地質(zhì)條件下的技術(shù)控制有待提升，故長螺旋鉆孔壓灌樁的經(jīng)驗積累成為迫在眉睫的問題。

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

本項目位于河北省固安縣新興產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，樁基設(shè)計采用機械成孔鋼筋混凝土灌注樁，設(shè)計 ±0.000 標(biāo)高所對應(yīng)的絕對標(biāo)高為 24.3 m，樁頂標(biāo)高分別為 -0.65 m、-1.2 m、-1.9 m，樁端持力層為 ⑦ 和 ⑦1層土，進(jìn)入持力層≥2d?；A(chǔ)工程設(shè)計等級為乙級，樁基混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境等級為二 b 類，裂縫控制等級為三級，建筑設(shè)計使用年限為 50 a，設(shè)計單樁承載力特征值為 1 300 kN。

1.2 樁基參數(shù)

樁長 25 m，樁徑 600 mm，鋼筋籠長為 17 m，樁頂錨固筋長度 La=0.7 m，樁身混凝土強度為 C30，混凝土充盈系數(shù)＞1.0，混凝土超灌高度 0.50 m，坍落度控制在18 cm～22 cm，豎向縱筋為 8C20，均勻布置，保護(hù)層為 75 mm，加勁箍為 C14@ 2 000 mm，螺旋箍筋C8@100/200 mm(樁頂算起 4.0 m 范圍內(nèi)加密)。

1.3 地質(zhì)特征

巖土工程勘察報告揭示，本次勘探的地層由新近沉積層、第四系全新統(tǒng)河湖相沉積及上更新統(tǒng)層組成，巖性以黏性土、粉土及粉砂為主，按地層的巖性特征及形成環(huán)境，自上而下描述如下。

① 層耕土：黃色，松散～稍密，稍濕。以粉土為主，含有植物根系。層厚 0.40 m～1.00 m，層底標(biāo)高 21.91 m～23.23 m。新近沉積層。

② 層粉土：黃色，稍密～中密，局部密實，稍濕，干強度低，低韌性，搖振反應(yīng)中等，無光澤。土質(zhì)不均，局部夾粉砂、粉黏薄層。層厚 0.70 m～3.80 m，層底標(biāo)高16.10 m～22.05 m。

②1層粉質(zhì)黏土：黃褐色，軟塑～可塑，干強度中等，中等～高壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。土質(zhì)不均，局部夾粉土薄層。層厚 0.60 m～3.00 m，層底標(biāo)高 18.04 m～20.74 m。

③ 層粉質(zhì)黏土夾粉土：灰、灰黃色，軟塑～可塑，干強度中等，中等～高壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。粉土：中密～密實，稍濕，干強度低，低韌性，搖振反應(yīng)中等，無光澤。層厚 1.90 m～4.80 m，層底標(biāo)高12.27 m～15.09 m。

④ 層粉質(zhì)黏土：灰色，軟塑～可塑，干強度中等，中等～高壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。該層分布不穩(wěn)定，層厚變化較大，層厚 1.00 m～6.50m，層底標(biāo)高 7.74 m～13.25 m。

④1層粉土：灰色，中密～密實，稍濕～濕，干強度低，低韌性，搖振反應(yīng)中等，無光澤。該層不穩(wěn)定，僅在場地中部局部鉆孔有揭露，層厚 1.20 m～4.10 m，層底標(biāo)高 7.21 m～10.79 m。

⑤ 層粉砂：灰黃色，中密～密實，很濕～飽和。含云母，石英，長石。顆粒級配較差。該層層厚變化較大，西北側(cè)分布較厚，場地中部分布較薄，層厚 1.00 m～9.30 m，層底標(biāo)高 2.69 m～7.37 m。

⑥ 層粉質(zhì)黏土：灰黃色，可塑，干強度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。該層分布不穩(wěn)定，場地西側(cè)(靠近中部部分)有缺失。層厚 1.50 m～6.30 m，層底標(biāo)高 -0.12 m～4.29 m。

⑦ 層粉細(xì)砂：灰黃色，密實，飽和。含云母，石英，長石。顆粒級配較差。該層分布不穩(wěn)定，層厚變化較大，局部中間夾 ⑦-1層粉質(zhì)黏土。層厚 1.00 m～12.00 m，層底標(biāo)高 -8.71 m～0.83 m。

⑦1層粉質(zhì)黏土：灰黃色，可塑，干強度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。該層分布不穩(wěn)定，場地東側(cè)有缺失，中間局部鉆孔有缺失。層厚 1.00 m～5.30 m，層底標(biāo)高 -5.73 m～-1.73 m。

2 重難點分析

本項目為有機發(fā)光顯示器件面板生產(chǎn)線，設(shè)備基礎(chǔ)下設(shè)置樁基，以控制項目投產(chǎn)后結(jié)構(gòu)承臺的變形，若因樁基出現(xiàn)超出設(shè)計沉降變形問題，則對項目電子設(shè)備的正常生產(chǎn)造成極為不利的影響，因此，樁基施工質(zhì)量必須符合 GB 50202—2016《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的規(guī)定。其次由于樁基施工的第 ⑤、⑦ 層地質(zhì)為粉砂、粉細(xì)砂土層，會對混凝土的快速失水產(chǎn)生較大影響，容易導(dǎo)致鋼筋籠難以后置至設(shè)計標(biāo)高。再者在提鉆壓灌混凝土過程中，必須嚴(yán)格控制鉆桿提升的速度，確保提鉆速度與混凝土澆注速度相吻合，保證鉆頭葉片對混凝土有一定的擠壓作用，不出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

3 施工前的工作準(zhǔn)備

3.1 施工工藝流程的確定

平整場地→樁位放樣→安裝調(diào)試鉆機→調(diào)試混凝土泵、安裝泵管→鉆孔機就位、調(diào)整鉆桿→鉆進(jìn)至設(shè)計深度停止鉆進(jìn)→邊壓灌混凝土邊提鉆桿→提出鉆桿、移開機具→啟動振動錘、下插鋼筋籠→成樁→樁頂保護(hù)。

3.2 開工前的技術(shù)準(zhǔn)備

首先督促施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計施工圖紙、巖土工程勘察報告、工藝流程、施工合同等相關(guān)文件編制施工組織設(shè)計方案，在施工單位技術(shù)部門完成內(nèi)審后提交監(jiān)理部進(jìn)行審核。監(jiān)理根據(jù)相關(guān)技術(shù)文件要求，對照施工組織設(shè)計方案，結(jié)合實際情況進(jìn)行針對性、可行性的審核，經(jīng)總監(jiān)簽字確認(rèn)后作為工程的施工依據(jù)。在施工前要求項目技術(shù)負(fù)責(zé)人做好書面技術(shù)交底工作，做到分工明確，技術(shù)落實到位，責(zé)任落實到人。

專業(yè)監(jiān)理工程師根據(jù)設(shè)計施工圖紙、巖土工程勘察報告、施工組織設(shè)計方案等技術(shù)文件及時編制監(jiān)理實施細(xì)則，經(jīng)總監(jiān)審核確認(rèn)后作為監(jiān)理現(xiàn)場的技術(shù)控制依據(jù)，并組織對監(jiān)理人員進(jìn)行工作交底，使其了解并掌握長螺旋鉆孔壓灌樁施工的重點、難點，確保監(jiān)理工作有條不紊地展開。

3.3 機械設(shè)備進(jìn)場安裝檢查

長螺旋鉆孔灌注樁機(型號：DBCFG-B28)、混凝土泵(型號：HBTS50-13-75)設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場后，首先督促施工單位對建筑機械安全管理的技術(shù)檔案資料進(jìn)行報驗，重點檢查設(shè)備的生產(chǎn)許可證、出廠合格證、使用說明書、設(shè)備運行記錄、故障記錄、保養(yǎng)記錄等資料是否齊全有效，以確認(rèn)建筑機械是否處于安全受控狀態(tài)。其次檢查長螺旋鉆孔灌注樁機、混凝土泵的規(guī)格型號是否與報驗資料相符，安全防護(hù)部分是否存在缺失，特種操作人員是否持有效證件。再次，待機械設(shè)備安裝完成后，監(jiān)理組織生產(chǎn)負(fù)責(zé)人、安裝負(fù)責(zé)人、安全員進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)合驗收，經(jīng)試運行合格后，各方負(fù)責(zé)人員簽字掛牌后準(zhǔn)許使用。

4 施工工藝的控制

4.1 鋼筋工程的控制

(1) 檢查進(jìn)場鋼筋的品牌、規(guī)格應(yīng)符合要求，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀老銹等缺陷，附有生產(chǎn)廠家的材質(zhì)證明，現(xiàn)場取樣送試驗室進(jìn)行原材及焊接件的試驗檢測，經(jīng)檢測合格后方可使用，原材采取掛牌堆放，應(yīng)有防雨遮蓋、墊高措施。

(2) 鋼筋籠的主筋規(guī)格、數(shù)量、長度應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙進(jìn)行下料，主筋連接采焊接方式，滿足雙面搭接焊 6 d 要求。同時滿足每個斷面接頭數(shù)不超過主筋總數(shù)的 50%、錯開連接間距不小于 1 m 的規(guī)定。

(3) 鋼筋籠的加強筋應(yīng)彎曲制作成型，加勁箍對接符合單面搭接焊 12 d 要求，HRB400 鋼筋采用 E55 型焊條施焊，外螺旋箍采用綁扎形式，控制好間距。

(4) 鋼筋籠保護(hù)層厚度 75 mm，保護(hù)層支架沿鋼筋籠周圍水平均勻布置，每層支架的間距按 3 m 設(shè)置 1 道，每層按4塊設(shè)置。

(5) 由于該工藝的鋼筋籠是采取后置法成樁，故需在鋼筋籠末端應(yīng)做錐形收口處理，長度約為 800 mm，收口的中心點位于鋼筋籠的重心，采用 3 道 C8 的鋼筋并列纏繞于收口部位，與主筋焊接牢固。

(6) 鋼筋籠的驗收應(yīng)按規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行：主筋間距±10 mm，箍筋間距 ±20 mm，籠徑 ±10 mm，籠長 ±100 mm，經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，貼上標(biāo)簽，同意使用。

4.2 鉆孔壓灌工藝的控制

(1) 施工前必須對施工區(qū)域的地下障礙物做準(zhǔn)確的探測，如發(fā)現(xiàn)有障礙物，必須進(jìn)行清除并回填素土，經(jīng)平整壓實，滿足樁機施工不下沉的要求。

(2) 施工單位根據(jù)施工圖紙的坐標(biāo)進(jìn)行樁位測放，自檢合格報監(jiān)理單位進(jìn)行驗收，經(jīng)驗收合格做好標(biāo)記后，方可同意鉆機就位。

(3) 鉆機就位后，保持機架準(zhǔn)確、水平、穩(wěn)定，鉆頭中心對準(zhǔn)樁位偏差控制在 20 mm 內(nèi)，然后調(diào)整雙向水準(zhǔn)泡，保證鉆桿垂直。在鉆孔過程中，鉆桿的垂直度采用鉆機自身鉛垂系統(tǒng)，隨時糾偏，確保樁身垂直度控制在1%范圍內(nèi)。

(4) 當(dāng)鉆頭達(dá)到設(shè)計樁底標(biāo)高時，在動力頭停滯下面的鉆機塔架處作醒目標(biāo)記，作為施工時的控制孔深依據(jù)，確保樁孔深度滿足設(shè)計圖紙要求。

(5) 鉆孔應(yīng)勻速進(jìn)行，速度控制在 2.5 m/min，并應(yīng)及時清理返出孔口的渣土，修整壓實場地，為后續(xù)壓灌混凝土、安裝鋼筋籠做好準(zhǔn)備。

(6) 鉆至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)先泵入混凝土并停頓 10 s～20 s，再緩慢提升鉆桿。邊壓灌混凝土邊提鉆桿，速度控制在 1.8 m/min～2.5 m/min，保證鉆頭在混凝土內(nèi)埋深 1 m以上，確保帶壓提鉆，使鉆桿及葉片對混凝土有一定的擠壓作用。

(7) 由于地質(zhì)土層含有粉砂、粉細(xì)砂層不利條件，易產(chǎn)生縮孔、斷樁現(xiàn)象，故提鉆速度應(yīng)控制在 1.8 m/min～2.0 m/min 范圍內(nèi)，其次由于該土質(zhì)對混凝土的快速失水產(chǎn)生影響，易導(dǎo)致鋼筋籠后置困難，故混凝土的坍落度應(yīng)控制在 21 mm～22mm 為宜，增強混凝土的流動性與和易性。

(8) 施工過程中，每根樁的混凝土壓灌量不得少于設(shè)計理論量，保證混凝土充盈系數(shù)＞1.0，混凝土的超灌高度應(yīng)超出樁頂設(shè)計標(biāo)高 50 cm。

4.3 后置鋼筋籠的控制

(1) 鋼筋籠在水平穿入專用振動植籠設(shè)備的管芯時易發(fā)生箍筋散籠、管芯彎撓變形大等問題，故本項目采用豎井專用技術(shù)進(jìn)行解決，即在鋼筋籠制作區(qū)附近設(shè)置 DN630×8螺旋鋼管豎直埋入地層，埋深達(dá) 18 m，高出地面約 1 m，以形成臨時存放鋼筋籠的豎井。

(2) 鋼筋籠總長為 17.70 m，從制作區(qū)運輸至豎井處，為防止起吊時鋼筋籠變形，應(yīng)利用起重機設(shè)置三點起吊，采取輕吊輕放的方式進(jìn)行。鋼筋籠下放豎井之前，要做到垂直起吊、扶穩(wěn)對中后緩慢下沉入井，在鋼筋籠上部加強筋位置采用粗鋼筋橫穿在豎井上口作豎直停放。

(3) 利用起重機垂直吊起專用振動植籠設(shè)備，對中豎直停放鋼筋籠的中心，緩慢下沉插入籠中，用鋼索固定鋼筋籠上部的加強筋，然后緩慢起吊專用振動植籠設(shè)備以及鋼筋籠出豎井，為后置鋼筋籠插入樁孔做好準(zhǔn)備。

(4) 在鉆機壓灌混凝土形成素樁后，將機具迅速移離孔口，并將孔口附近的虛土進(jìn)行清移，再利用起重機已垂直吊起的專用振動植籠設(shè)備及鋼筋籠對中素混凝土樁的孔口中心緩慢下沉，啟動偏心振動錘，將鋼筋籠置入混凝土樁內(nèi)，用水準(zhǔn)儀監(jiān)控籠頂至設(shè)計標(biāo)高。

(5) 在鋼筋籠后置成樁過程中，應(yīng)安排施工人員遠(yuǎn)距離觀測鋼筋籠的垂直度，確保鋼筋籠垂直置入樁孔，嚴(yán)禁鋼筋籠碰撞孔壁。如遇下沉阻力過大時，應(yīng)及時拔出鋼筋籠，重新成孔插入。

4.4 施工中應(yīng)注意的事項

(1) 在施工過程中，如遇不明障礙物無法鉆到設(shè)計深度時，應(yīng)及時上報建設(shè)單位、設(shè)計單位，經(jīng)各方共同協(xié)商研究后采取有效補救措施。

(2) 為減少施工時泵管產(chǎn)生堵塞幾率，混凝土的粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒徑不宜大于 30 mm，可摻加粉煤灰或外加劑，以增加混凝土的和易性，并做好每罐車混凝土的坍落度檢測。

(3) 如因故停機時間較長時，應(yīng)先拆卸泵管及鉆桿，并及時清除管內(nèi)的剩余混凝土，防止發(fā)生混凝土凝結(jié)堵管現(xiàn)象。

(4) 為防止后置鋼筋籠發(fā)生收口開籠現(xiàn)象，鋼筋籠驗收時應(yīng)對 3 道 C8 的收口鋼筋與主筋焊接牢固性進(jìn)行重點檢查。

(5) 在冬季施工時，鋼筋籠后置完成后，應(yīng)立即采取覆蓋保溫措施，防止混凝土裸露在負(fù)溫中散失熱量而受凍。

(6) 督促施工人員做好沉樁記錄，主要包括施工日期、樁號、樁長、開鉆時間、成樁時間、樁頂標(biāo)高、場地標(biāo)高、混凝土灌注量等施工信息。

5 樁基檢測

本工程樁基檢測采用單樁豎向抗壓靜載試驗、低應(yīng)變法進(jìn)行的。單樁豎向抗壓靜載試驗是確定單樁豎向抗壓極限承載力，判定豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計要求。在樁身混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度 100% 時，由第三方工程質(zhì)量檢測單位按總樁數(shù) 1% 的比例進(jìn)行樁基靜載檢測，低應(yīng)變法是用來判定樁身完整性類別的檢測方法，按總樁數(shù) 30%的比例進(jìn)行檢測。通過檢測人員對現(xiàn)場樁基進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)專業(yè)軟件進(jìn)行計算分析，被檢測樁基的單樁豎向抗壓承載力滿足圖紙設(shè)計要求，Ⅰ類樁為 98.2%，Ⅱ類樁為1.8%，符合 GB 50202—2016《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的驗收規(guī)定。

6 結(jié) 語

長螺旋鉆孔壓灌樁是近些年國內(nèi)快速發(fā)展的新型施工工藝，為建設(shè)工程的蓬勃發(fā)展起到非常重要的推動作用。本文針對原材料、施工工藝以及不利地質(zhì)條件下的技術(shù)控制進(jìn)行闡述，旨在為長螺旋鉆孔壓灌樁后置鋼筋籠技術(shù)的完善提供有益的技術(shù)積累，為工程的技術(shù)、監(jiān)理人員提供有意義的經(jīng)驗參考。但由于鉆孔壓灌樁施工工藝的復(fù)雜性與施工環(huán)境的多樣性，應(yīng)對施工的各個環(huán)節(jié)應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，針對不同地質(zhì)和不同設(shè)計要求進(jìn)行科學(xué)配置與調(diào)整，編制有針對性的專項施工方案，為工程實施提供行之有效的執(zhí)行依據(jù)。