旋挖鉆孔灌注樁及后注漿工藝在樁基工程中的應(yīng)用

官厚兵

(福建一建集團(tuán)有限公司，三明 365000)

旋挖鉆孔工藝自20世紀(jì)80年代引進(jìn)國(guó)內(nèi)以來(lái)，由于其施工速度、施工質(zhì)量及對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用，在樁基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在樁基施工階段中，旋挖鉆孔樁與其他鉆孔樁施工工藝相比具有更優(yōu)的工程綜合效益，可以有效減少工程總體成本[1,2]。這主要是由于后注漿法樁基礎(chǔ)施工工藝能夠提高樁基的安全性與工程質(zhì)量，提高了鉆孔樁的工程質(zhì)量，降低了樁基工程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

福建一建·日月芳華(A地塊)工程位于三明市梅列區(qū)列東街與東新五路交界處。該工程項(xiàng)目以住宅樓為主并配備幼兒園及商業(yè)的小區(qū)，總用地面積為37 304.38 m2，總建筑面積為195 381.50 m2，建筑總占地面積為36 000.00 m2。擬建工程由1#A住宅樓、1#B住宅樓、2#住宅樓、3#A住宅樓、3#B住宅樓、5#A住宅樓、5#B住宅樓、6#住宅樓、7#A住宅樓、7#B住宅樓、8#住宅樓、9#住宅樓、10#住宅樓、騎樓、幼兒園、整體地下室、商業(yè)1#、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站、商業(yè)2#組成。

工程樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁，旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁樁徑均為φ800，其中1#樓115根樁、平均樁長(zhǎng)約40 m，2#樓56根樁、平均樁長(zhǎng)約26 m，3#樓128根樁、平均樁長(zhǎng)約19 m，6#樓51根樁、平均樁長(zhǎng)約20 m，8#樓65根樁、平均樁長(zhǎng)約23 m，9#樓35根樁、平均樁長(zhǎng)約25 m，10#樓60根樁、平均樁長(zhǎng)約28 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

樁端持力層為碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,柱端進(jìn)入持力層≥10.0 m。

碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：該層在場(chǎng)地大部分地段有分布，由于鉆探深度的影響，部分鉆孔未揭穿、揭露，僅在JK3～JK9、JK25、JK26、JK31、JK32號(hào)鉆孔揭露，在鉆探深度范圍內(nèi)，揭露厚度1.05～42.20 m，層頂高程89.63～135.24 m，層頂埋深9.20～46.10 m；褐紅、紫紅色，由石英、黏土礦、針鐵礦等礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=0，屬極差的，巖芯呈碎裂狀；該層為特殊性巖土層，具有泡水易軟化、崩解使強(qiáng)度降低的特點(diǎn)；該層做點(diǎn)荷載試驗(yàn)19組(326塊)，抗壓強(qiáng)度范圍值4.52～17.26 MPa，平均值11.23 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值9.81 MPa，巖石按堅(jiān)硬程度等級(jí)屬極軟巖～較軟巖，巖體完整程度屬極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)屬Ⅴ類(lèi)；該層力學(xué)強(qiáng)度較高，工程地質(zhì)性能較好；在勘探過(guò)程中，該層未發(fā)現(xiàn)有洞穴、破碎帶、臨空面等。

2 旋挖成孔灌注樁后注漿工藝施工技術(shù)要點(diǎn)

旋挖成孔灌注樁后注漿工藝是混凝土灌注完成后通過(guò)預(yù)埋的注漿管向樁側(cè)和樁端注入高壓水泥漿，提高樁端和樁側(cè)摩阻力的施工技術(shù)。旋挖樁及后注漿施工工藝：樁位放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→吊放鋼筋籠→吊放導(dǎo)管→灌注料斗就位→混凝土灌注→后注漿[3]。

2.1 泥漿制備

因鉆機(jī)施工中泥漿可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用，為此泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的重要因素。由于地基巖土中又夾有粉砂土層、亞砂層，地面水位較高的特點(diǎn)，調(diào)制出良好泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)尤為重要。

泥漿池容積大小一般為施工孔體積的3倍，工程的樁身長(zhǎng)度最長(zhǎng)為40 m，每根樁需要的泥漿為20.5 m3，泥漿池的容積至少為62 m3。結(jié)合場(chǎng)地的實(shí)際情況，泥漿池設(shè)置在場(chǎng)地適當(dāng)位置并動(dòng)態(tài)調(diào)整。施工過(guò)程中隨時(shí)檢測(cè)清孔后灌注砼時(shí)泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確保泥漿對(duì)孔壁的撐護(hù)作用，避免發(fā)生質(zhì)量事故。

2.2 鋼筋籠及注漿管的制作和下放

鋼筋籠長(zhǎng)度根據(jù)樁身實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，鋼筋籠保護(hù)層采用直徑160 mm的素砼墊塊，綁扎固定在鋼筋籠螺旋筋上。為防止鋼筋籠上浮或脫落，吊筋為兩根主筋，主筋應(yīng)在護(hù)筒上可靠固定。起吊時(shí)，鋼筋籠掛鉤應(yīng)焊接牢固，防止鋼筋籠在起吊過(guò)程中脫落。鋼筋籠存放時(shí)，應(yīng)放置在平坦地面上，防止鋼筋籠受力形變。注漿管直徑為32 mm(當(dāng)注漿管兼作超聲波檢測(cè)管時(shí)，其直徑均不應(yīng)小于50 mm)，采用絲口連接；連接時(shí)應(yīng)安裝密封膠墊和密封圈。為防止注漿管下放時(shí)法盤(pán)與鋼筋籠碰撞刮蹭，法盤(pán)與導(dǎo)管連接處應(yīng)焊接加勁板。導(dǎo)管利用吊車(chē)的卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝。

2.3 水下混凝土澆筑

水下澆筑混凝土是一項(xiàng)關(guān)鍵性工序，其施工質(zhì)量直接影響樁基礎(chǔ)質(zhì)量。因此在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制以下幾點(diǎn)：1)混凝土配合比必須與導(dǎo)管法灌注水下混凝土相適應(yīng)。混凝土應(yīng)具有優(yōu)良的工作性，使其在導(dǎo)管中流動(dòng)順暢且不發(fā)生離析現(xiàn)象。

2)導(dǎo)管應(yīng)具有良好的密封性。在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)位于樁孔中央位置，避免跑管現(xiàn)象，防止導(dǎo)管撞擊鋼筋籠導(dǎo)致導(dǎo)管破損。導(dǎo)管底端一般應(yīng)放置在距離孔底300～500 mm處，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況確定。導(dǎo)管底端應(yīng)便于放置隔水塞，并順利放出第一批混凝土。

3)在進(jìn)行混凝土灌注作業(yè)前，應(yīng)先在隔水塞上的導(dǎo)管內(nèi)放入配制好的水泥砂漿，再放入混凝土。在完成上述工作后，通過(guò)混凝土自重將導(dǎo)管內(nèi)的水排出，并將隔水塞安置在孔底。進(jìn)行首批混凝土灌注作業(yè)時(shí)，導(dǎo)管的埋深應(yīng)≥1 m。在首批混凝土正常澆筑后，混凝土澆筑作業(yè)應(yīng)保持連續(xù)，不得中斷?；炷翝仓坏貌捎谜饭嘧?，應(yīng)在導(dǎo)管頂端設(shè)施溜槽，使混凝土緩慢進(jìn)入導(dǎo)管，防止導(dǎo)管內(nèi)部產(chǎn)生氣囊導(dǎo)致導(dǎo)管漏水等現(xiàn)象。

4)導(dǎo)管提升須專(zhuān)人指揮，用測(cè)錘探測(cè)混凝土面上升高度，探測(cè)次數(shù)一般不宜少于所用的導(dǎo)管節(jié)數(shù)，保持導(dǎo)管的合理埋深。隨孔內(nèi)混凝土的上升，需要逐節(jié)快速拆除導(dǎo)管，時(shí)間不超過(guò)15 min。拆下的導(dǎo)管立即沖洗干凈。

2.4 后注漿

旋挖成孔灌注樁樁后注漿工藝在提高樁基礎(chǔ)承載力的同時(shí)對(duì)樁基礎(chǔ)周?chē)馏w加固，分為樁端后注漿、樁側(cè)后注漿及樁端樁側(cè)復(fù)式注漿三種。后注漿工藝對(duì)樁基承載力的增強(qiáng)主要由四個(gè)方面提供:1)水泥漿對(duì)樁端沉渣及樁側(cè)泥皮的固化效應(yīng)；2)水泥漿液滲入粗粒土的充填膠結(jié)效應(yīng)；3)樁端及樁側(cè)細(xì)粒土通過(guò)劈裂注漿形成加筋效應(yīng)；4)單樁的擴(kuò)底擴(kuò)徑效應(yīng)，即樁端形成擴(kuò)大頭，樁表面形成緊固于樁體的水泥結(jié)石層。

后注漿是樁基施工工序中的最后環(huán)節(jié)，旋挖成孔灌注樁樁后注漿施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)督和記錄，嚴(yán)格控制質(zhì)量，由此可以提升樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量控制。

注漿過(guò)程中應(yīng)對(duì)注漿壓力和注漿量嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行。對(duì)注漿速度、漿液濃度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。注漿應(yīng)于成樁7 d后進(jìn)行,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況確定具體時(shí)間，但一般不宜遲于30 d。樁端開(kāi)始注漿時(shí)，水泥漿水灰比為0.5，水泥選用P.O42.5低堿水泥。注漿過(guò)程中對(duì)注漿壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控，注漿壓力由小到大,在增大注漿壓力的同時(shí),逐漸提高水泥漿液濃度。當(dāng)壓力接近注漿終壓時(shí),應(yīng)停止注漿。注漿過(guò)程中還應(yīng)實(shí)時(shí)記錄水泥壓入量，當(dāng)水泥壓入量達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%，而注漿壓力不足70%時(shí)，應(yīng)提高漿液濃度。當(dāng)樁側(cè)注漿量不足時(shí)，以不足部分的1.2倍從樁端注入。

3 施工注意事項(xiàng)

3.1 鋼筋籠質(zhì)量控制

鋼筋籠的制作應(yīng)分段進(jìn)行，鋼筋籠吊放入孔時(shí)再分段進(jìn)行焊接。在進(jìn)行鋼筋籠的運(yùn)輸和吊放作業(yè)中，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)箍筋，加強(qiáng)箍筋每2 m設(shè)置一道，為保證鋼筋籠質(zhì)量，鋼筋籠在運(yùn)輸過(guò)程中，其內(nèi)部應(yīng)安裝臨時(shí)加勁架，加勁架應(yīng)每3～4 m一個(gè)，并方便拆卸。鋼筋籠吊放作業(yè)時(shí)，應(yīng)保證鋼筋籠垂直且緩慢進(jìn)入孔內(nèi)，防止鋼筋籠碰撞孔壁。鋼筋籠吊放入孔后應(yīng)按設(shè)計(jì)要求固定位置。儲(chǔ)存、運(yùn)輸及吊裝過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)鋼筋籠發(fā)生變形，必須在修理后方可使用。

澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)隨時(shí)觀察鋼筋籠位置。為防止混凝土澆筑導(dǎo)致鋼筋籠上浮，應(yīng)采取以下措施：1)鋼筋籠上端孔口位置處應(yīng)采取固定措施；2)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑時(shí)間，保證混凝土流動(dòng)性符合要求，防止混凝土流動(dòng)性過(guò)小進(jìn)入鋼筋籠；3)當(dāng)混凝土頂面接近鋼筋籠底端時(shí)，澆筑速度應(yīng)適當(dāng)減小，并保持埋管深度；4)當(dāng)澆筑混凝土頂面達(dá)到鋼筋籠底端1～2 m后，應(yīng)適當(dāng)減小埋管深度，鋼筋籠在混凝土中的埋置深度適當(dāng)增加；5)在灌注臨近結(jié)束時(shí)，如導(dǎo)管外泥漿所含渣土比重增大，混凝土灌注壓力降低，混凝土澆筑困難時(shí)，應(yīng)采取稀釋泥漿或清理沉渣等措施以便完成混凝土澆筑工作。

3.2 孔口坍塌處理

3.2.1 坍孔預(yù)防

施工前根據(jù)地層勘察結(jié)果擬定鉆進(jìn)措施。預(yù)防坍孔首先要設(shè)計(jì)符合工況的合理的泥漿參數(shù)。護(hù)筒使用卷板機(jī)在制作車(chē)間卷制加工，護(hù)筒所用材料為5 mm厚鋼板，其內(nèi)徑應(yīng)大于樁徑20～30 cm。為防止坍孔需要加強(qiáng)護(hù)筒整體剛度，采取的措施為在護(hù)筒焊接接頭處設(shè)置15 cm寬鋼帶，筒底設(shè)置50 cm寬鋼帶作為刃腳，分段制作，通常每段長(zhǎng)2 m，施工現(xiàn)場(chǎng)接長(zhǎng)。鋼帶焊接采用坡口雙面焊，焊縫連續(xù)并保證不變形。鋼護(hù)筒垂直度偏差不應(yīng)超過(guò)1%，為控制護(hù)筒埋設(shè)垂直度，首先由人工挖孔，直至準(zhǔn)確的平面位置，通常平面位置偏差≤5 cm。護(hù)筒頂端高度根據(jù)地質(zhì)、水位等情況按照技術(shù)規(guī)范的要求設(shè)置，護(hù)筒高度通常高出施工水位或地下水位1.0～2.0 m，并應(yīng)高出施工地面至少0.3 m，埋置深度為2～4 m。護(hù)筒四周用粘土夯實(shí)，滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范要求。

3.2.2 坍孔處理

施工過(guò)程中發(fā)生偏孔、坍孔或護(hù)筒周?chē)皾{等情況，可采取以下措施進(jìn)行處理。1)當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏孔時(shí)，應(yīng)立即停止鉆孔并將鉆頭提升，將鉆頭置于偏孔處上方，采用慢速，并反復(fù)修正偏差。2)當(dāng)偏孔情況嚴(yán)重導(dǎo)致無(wú)法修正時(shí)，應(yīng)采取回填措施?；靥罡叨葢?yīng)高于偏孔位置約0.5 m，在回填密實(shí)后重新鉆孔。3)施工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)水位下降嚴(yán)重并有大量氣泡冒出，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，可能出現(xiàn)了坍孔現(xiàn)象。坍孔程度較輕時(shí)，應(yīng)采取控制鉆進(jìn)速度、提高泥漿濃度等措施；坍孔程度較嚴(yán)重，必須立即停止鉆孔，并用粘土進(jìn)行回填，待回填密實(shí)后再進(jìn)行鉆孔作業(yè)。4)鉆孔灌注樁施工，必須嚴(yán)格按照施工工序組織施工，為避免成孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的坍孔現(xiàn)象，鉆孔完成后，應(yīng)立即組織灌注作業(yè)施工。為避免發(fā)生串孔，相鄰樁的作業(yè)時(shí)間間隔不小于24 h。

3.3 沉渣控制

旋挖樁樁端沉渣控制一直是一個(gè)技術(shù)難題。經(jīng)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)分析[4,5]及福建一建·日月芳華(A地塊)工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，本項(xiàng)目樁基礎(chǔ)工程施工采用以下3種方法進(jìn)行樁端沉渣控制。沉渣厚度用沉渣儀或重錘測(cè)量，端承樁沉渣厚度≤50 mm，摩擦樁沉渣厚度≤150 mm。1)混凝土澆筑方式采用隔水塞施工工藝；2)采用樁端后注漿對(duì)樁端沉渣進(jìn)行固結(jié)；3)清孔用專(zhuān)用撈砂鉆頭將沉渣清出孔位。

4 結(jié) 論

通過(guò)福建一建·日月芳華(A地塊)工程實(shí)例對(duì)旋挖成孔灌注樁及后注漿技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)旋挖成孔灌注樁及后注漿工藝施工中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析，為該技術(shù)在工程中的推廣應(yīng)用提出了以下對(duì)策及建議:1)灌注樁后注漿工藝有效提高了樁基承載力和樁基工程質(zhì)量，同時(shí)對(duì)樁端沉渣和樁身泥皮進(jìn)行固化，有效地減小了單樁沉降量。無(wú)論是對(duì)于抗拔樁還是抗壓樁，均能提高50%以上的樁身承載力，可以減少設(shè)計(jì)樁量的投入，縮短施工全周期的時(shí)間。2)后注漿工藝對(duì)樁基礎(chǔ)承載力的提高，相同承載力特征值前提下，可以適量減小樁長(zhǎng)，有效縮短施工進(jìn)度。3)經(jīng)超聲波對(duì)樁身完整性檢測(cè)結(jié)果，后注漿工藝可以對(duì)樁端沉渣進(jìn)行有效控制，樁基質(zhì)量?jī)?yōu)良。

近年來(lái)，旋挖鉆孔灌注樁及后注漿施工技術(shù)在不斷的改進(jìn)，該技術(shù)與現(xiàn)有的鉆孔樁施工工藝的綜合運(yùn)用也逐漸成熟化和多樣化。隨著旋挖鉆孔灌注樁及后注漿施工技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)與其他工藝的融合和技術(shù)創(chuàng)新將成為樁基礎(chǔ)工程施工技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。