淺析沖孔灌注樁施工技術(shù)

呂 婕

（福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司， 福建 福州 350000）

1 工程概況

浮村新城一區(qū)（原琴湖灣西區(qū)）8#樓（幼兒園）、垃圾收集間3工程位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)南平路南側(cè)，福飛路東側(cè)。幼兒園占地面積為685.27m2，總建筑面積為2724.09m2，地上4層，建筑總高度為15.45m，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑安全等級(jí)為二級(jí)。本工程基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁，樁徑為800mm，總樁數(shù)為33根，樁長(zhǎng)為18～22m。持力層為中風(fēng)化花崗巖，設(shè)計(jì)要求全截面進(jìn)入持力層深度為0.5m，單樁承載力特征值為3500kN，樁身混凝土強(qiáng)度為C35。

2 工程地質(zhì)情況及水文條件

2.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，場(chǎng)地內(nèi)揭示的工程地質(zhì)情況自上而下分述為：①素填土，主要成分為建筑垃圾和耕植土，結(jié)構(gòu)松散，欠固結(jié)，層厚1.20～2.30m；②淤泥，深灰色，屬于軟弱土，夾雜云母碎片、腐殖物和貝殼，呈流塑狀態(tài)，層厚5.50～12.10m；③粉質(zhì)粘土，呈可塑狀態(tài)，夾雜少量粗砂，粗砂含量為6%～10%，層厚1.70～3.20m；④粗砂，呈稍密～中密狀態(tài)，夾雜少量粉質(zhì)粘土，層厚4.30～6.10m；⑤殘積粘性土，呈可塑狀態(tài)，夾雜少量碎石，碎石含量為10%～15%，層厚2.10～4.30m；⑥全風(fēng)化花崗巖，灰黃色，呈硬塑狀態(tài)，巖體極破碎，手捏即碎，層厚1.10～5.70m；⑦砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，褐黃色，散體狀構(gòu)造，屬于軟巖，風(fēng)化裂隙發(fā)育，夾雜少量石英顆粒，層厚2.40～6.50m；⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，屬于軟巖，巖體破碎，裂縫發(fā)育，碎塊狀構(gòu)造，個(gè)別孔位發(fā)現(xiàn)存在中風(fēng)化花崗巖夾層，厚度約1.2m，層厚3.10～7.80m；⑨中風(fēng)化花崗巖，灰白色，塊狀構(gòu)造，屬于較硬巖，層厚4.80～9.70m。

2.2 水文條件

場(chǎng)地內(nèi)的地下水主要來(lái)自大氣降水和附近水域的側(cè)向補(bǔ)給，本工程地下水水位埋深為3.1～4.5m，水量充沛，水位相對(duì)較高。

3 施工技術(shù)難點(diǎn)剖析

（1）淤泥層厚度深厚，呈流塑狀態(tài)，樁基施工過(guò)程中較為容易發(fā)生縮頸和塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。

（2）巖土層中存在較厚粗砂層，在沖擊成孔中較為容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，粗砂容易沉入孔底，導(dǎo)致沉渣厚度超過(guò)設(shè)計(jì)要求。

（3）碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中裂隙發(fā)育，巖面傾斜，沖擊成孔容易出現(xiàn)偏位與卡鉆等質(zhì)量問(wèn)題。

（4）本工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，孔壁垂直度的控制存在一定難度。

（5）碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中存在中風(fēng)化花崗巖夾層，對(duì)持力層的確認(rèn)產(chǎn)生一定的干擾影響。

4 沖孔灌注樁施工技術(shù)

4.1 護(hù)壁泥漿制備

由于淤泥層與粗砂層的厚度較厚，而這種土層極易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，對(duì)護(hù)壁泥漿的性能要求相對(duì)較高。泥漿采用水和膨潤(rùn)土進(jìn)行攪拌，泥漿攪拌應(yīng)均勻，為了提高黏度，加入CMC和碳酸鈉，使得泥漿的黏度為26～30s，黏度滿(mǎn)足施工要求。拌制后的泥漿比重為1.3～1.5。為了預(yù)防出現(xiàn)塌孔、偏位或者卡鉆等現(xiàn)象，在每個(gè)樁位邊上預(yù)備一定數(shù)量的膨潤(rùn)土和片石。根據(jù)巖土層的性質(zhì)對(duì)泥漿比重進(jìn)行調(diào)整與控制。素填土、粉質(zhì)粘土、殘積粘性土、全風(fēng)化花崗巖和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的泥漿比重為1.3～1.4，淤泥層和粗砂層的泥漿比重為1.4～1.5，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖泥漿比重為1.3。泥漿池應(yīng)設(shè)置3個(gè)，泥漿循環(huán)系統(tǒng)分別為新漿池、沉淀池和回收池。

4.2 沖程控制

在沖擊成孔過(guò)程中，根據(jù)巖土層的性質(zhì)不同采取不同的沖程，使得成孔質(zhì)量得到保證。埋設(shè)完鋼護(hù)筒后，對(duì)樁位的偏差進(jìn)行檢查與復(fù)核，要求樁位偏差≤50mm。素填土層開(kāi)孔時(shí)應(yīng)低錘密擊，沖程為0.3～0.5m，當(dāng)樁錘進(jìn)入土層2m方可加大沖程2～3m；當(dāng)施工至淤泥層時(shí)，為了減小對(duì)孔壁的擾動(dòng)影響，將沖程調(diào)整為0.5～0.8m，低錘密擊；粉質(zhì)粘土和殘積粘性土沖程為2～3m，；施工至粗砂層時(shí)，對(duì)泥漿比重進(jìn)行調(diào)整加大，為了避免出現(xiàn)塌孔，加大沖程為3m，快速穿過(guò)粗砂層；當(dāng)施工至風(fēng)化巖層時(shí)，將沖程調(diào)整為3m，泥漿比重調(diào)整為1.3，大沖程進(jìn)行沖擊；遇到卡鉆或者偏位，則降低沖擊速度，將片石與膨潤(rùn)土投入孔內(nèi)至偏位位置以上0.5m，采取小沖程進(jìn)行密擊成平整面后再恢復(fù)原來(lái)沖程進(jìn)行成孔。

4.3 孔壁垂直度控制

在沖擊成孔施工中，技術(shù)人員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注鋼絲繩垂直度情況，要求垂直度偏差≤1%；垂直度的檢查采用在相互呈90度角位置安裝2臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量；當(dāng)垂直度不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)立即提錘對(duì)孔壁進(jìn)行修孔，直到孔壁垂直度滿(mǎn)足規(guī)范要求。當(dāng)沖擊至地層軟硬交接地方時(shí)，應(yīng)降低沖程，采用小沖程不斷密擊的方法完成銜接段的成孔；當(dāng)出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象，鋼絲繩出現(xiàn)往一邊傾斜晃動(dòng)現(xiàn)象，立即提錘出孔位，將膨潤(rùn)土和片石等投入孔內(nèi)至偏孔位置以上0.5m，接著下錘繼續(xù)沖擊成孔施工，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

4.4 中風(fēng)化花崗巖夾層處理

本工程中風(fēng)化花崗巖夾層的厚度約為1.2m，巖質(zhì)堅(jiān)硬，沖孔施工速度較慢，主要解決辦法有更換重量大的樁錘、加快沖擊頻率和加大沖程等，從而增強(qiáng)樁錘沖擊力。本工程夾層處理方法采用重錘快打法，將樁錘由原先的3t更換成5t，為了加快砍巖的速度，加焊樁錘的鋼牙。根據(jù)孔深合理地調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度，加快沖擊頻率。加大沖程達(dá)3～4m，增強(qiáng)樁錘的沖擊動(dòng)能。當(dāng)夾層在樁孔的位置＜1/3D時(shí)，將膨潤(rùn)土和片石混合物投入孔內(nèi)至夾層頂面約1.5m，先低錘密擊，沖程約為0.6m，將孔內(nèi)片石混合物沖擊平整后，加大沖程至3～4m擊穿夾層。當(dāng)夾層在樁孔的位置≥1/2D時(shí)，直接加大沖程進(jìn)行重錘快打，當(dāng)出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象將膨潤(rùn)土和片石混合物投入孔內(nèi)至偏孔處頂面0.5m，低錘密擊成平整面后再提高沖程擊穿夾層。

4.5 持力層確認(rèn)

由于碎塊狀花崗巖局部孔發(fā)現(xiàn)中風(fēng)化花崗巖夾層，主要集中在幼兒園南側(cè)，這對(duì)持力層的判定影響較大。為了準(zhǔn)確地對(duì)持力層進(jìn)行確定，經(jīng)過(guò)與建設(shè)單位協(xié)商后，在發(fā)現(xiàn)中風(fēng)化花崗巖夾層的區(qū)域內(nèi)對(duì)樁基所在的承臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)勘，從而對(duì)持力層的埋深進(jìn)行探明。經(jīng)過(guò)參建各方專(zhuān)家研究采用渣樣性質(zhì)和巖面高程對(duì)沖孔灌注樁的持力層進(jìn)行判定。根據(jù)地勘報(bào)告和后續(xù)的補(bǔ)勘結(jié)果對(duì)持力層的深度進(jìn)行了解，試樁時(shí)對(duì)持力層渣樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)樁錘有明顯反彈，進(jìn)尺困難，地面有明顯的震感，每小時(shí)進(jìn)尺＜0.2m；采用掏渣筒對(duì)孔底巖石渣樣進(jìn)行撈取，渣樣與持力層渣樣巖質(zhì)和顏色相符，拿錘子敲擊確定巖質(zhì)堅(jiān)硬；孔深與補(bǔ)勘的巖面高程相符或者小幅度超深，可以判斷達(dá)到持力層。通知監(jiān)理工程師對(duì)持力層進(jìn)行確認(rèn)后繼續(xù)沖擊砍巖，直至嵌巖0.5m。

4.6 清孔

由于存在粗砂、中風(fēng)化花崗巖夾層和強(qiáng)風(fēng)化巖層等地質(zhì)情況，沖擊成孔過(guò)程中巖屑數(shù)量較多，再加上粗砂不易清除，導(dǎo)致孔底沉渣厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。采用正循環(huán)清孔的話(huà)，需要加大泥漿比重才能將巖屑和粗砂從孔底上浮到孔外，清孔時(shí)間較長(zhǎng)，清孔過(guò)程中粗砂層和淤泥層位置的孔壁很容易出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。因此，本工程采用泵吸反循環(huán)法進(jìn)行清孔，孔底沉渣與泥漿通過(guò)泥漿泵抽吸作用從導(dǎo)管中流入沉淀池，泥漿經(jīng)過(guò)沉淀處理后再回流入樁孔。為了減少泥漿的含砂率，在泥漿回流孔內(nèi)處設(shè)置泥砂分離器，將泥漿中的粗砂分離出來(lái)，從而減少孔底沉渣的厚度。第一次清孔后泥漿黏度為28s，泥漿比重為1.2，泥漿含砂率為6%。下放鋼筋籠后，根據(jù)施工方案對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行安裝，接著進(jìn)行第二次清孔，清孔過(guò)程中要不斷對(duì)孔底沉渣進(jìn)行擾動(dòng)，采用測(cè)錘檢查沉渣厚度，第二次清孔后泥漿黏度為25s，泥漿比重為1.15，泥漿含砂率為3%，沉渣厚度為10mm，所有指標(biāo)均滿(mǎn)足施工規(guī)范要求。

4.7 鋼筋籠加工與安裝

為了確保鋼筋籠的加工質(zhì)量，本工程統(tǒng)一在鋼筋預(yù)制廠里進(jìn)行制作，根據(jù)鋼筋籠的尺寸定制制作模具，主筋為8根直徑為18mm的螺紋鋼筋，箍筋采用直徑為8mm的螺旋箍筋，在鋼筋籠頂端3m范圍內(nèi)箍筋布設(shè)間距為100mm，其余均為250mm，鋼筋籠底部應(yīng)做成圓錐形，主筋與箍筋采用點(diǎn)焊方式進(jìn)行固定牢固。鋼筋籠分節(jié)進(jìn)行制作，接頭按照規(guī)定進(jìn)行錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)的距離≥35d且≥0.5m，鋼筋接頭在同一水平面上的錯(cuò)開(kāi)≥50%。按照規(guī)定在鋼筋籠設(shè)置直徑為16mm加勁箍，每隔2m設(shè)置1道，十字撐每隔4m設(shè)置1道。鋼筋保護(hù)層采用環(huán)形砂漿塊，厚度為50mm，對(duì)稱(chēng)均勻布置在主筋上，共布置4個(gè)。鋼筋籠的接長(zhǎng)采用焊接形式，為了加快施工速度，本工程選用單面焊形式，搭接長(zhǎng)度≥10d。在鋼筋籠內(nèi)側(cè)對(duì)稱(chēng)安裝2根注漿管，注漿管的直徑為25mm，材質(zhì)為無(wú)縫鍍鋅鋼管，注漿管露出地面0.5m，注漿管底部采用膠布纏繞密實(shí)，鋼筋籠安裝后在管內(nèi)注滿(mǎn)清水，頂部采用塑料套進(jìn)行密封。鋼筋籠采用吊車(chē)進(jìn)行下放，吊放應(yīng)緩慢，鋼筋籠不得碰撞到孔壁，鋼筋籠下放到設(shè)計(jì)高程后根據(jù)控制樁對(duì)其軸線(xiàn)進(jìn)行復(fù)核，鋼筋籠定位后采用2根吊筋掛設(shè)在鋼護(hù)筒上，吊筋與鋼護(hù)筒之間采用點(diǎn)焊進(jìn)行加固，避免鋼筋籠出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。

4.8 水下混凝土灌注

樁身混凝土灌注通過(guò)導(dǎo)管來(lái)完成，導(dǎo)管的直徑為300mm，采用法蘭進(jìn)行連接。導(dǎo)管安裝之前應(yīng)注水加壓進(jìn)行試?yán)瓩z測(cè)，檢測(cè)應(yīng)無(wú)滲漏，密封圈完好無(wú)損。導(dǎo)管最下端一節(jié)應(yīng)選用長(zhǎng)導(dǎo)管，本工程設(shè)置為6m，其余導(dǎo)管接長(zhǎng)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，與料斗連接的導(dǎo)管選用短導(dǎo)管，根據(jù)孔深情況選用0.3～1.0m的導(dǎo)管。導(dǎo)管下口距離孔底為0.3～0.5m，根據(jù)首灌計(jì)算公式可知料斗的容量為1.5m3。混凝土灌注之前根據(jù)施工方案在孔位填筑好混凝土澆筑平臺(tái)，根據(jù)當(dāng)天混凝土灌注量和混凝土運(yùn)距做好混凝土供應(yīng)計(jì)劃。項(xiàng)目部安排質(zhì)檢員檢查進(jìn)場(chǎng)的每車(chē)混凝土質(zhì)量，要求混凝土的坍落度為180～220mm，顏色均勻，混凝土不得出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象。為了確保首灌成功，將混凝土注滿(mǎn)料斗，待拉起隔水栓后，加大混凝土罐車(chē)的馬力往料斗注入混凝土，首灌后導(dǎo)管埋入混凝土深度≥2m?；炷烈?m/h的速度勻速連續(xù)灌注，每車(chē)混凝土灌注后及時(shí)采用測(cè)錘及時(shí)量測(cè)混凝土上升面高度，計(jì)算出導(dǎo)管埋入混凝土實(shí)際深度，及時(shí)拆除管節(jié)，確保導(dǎo)管埋入混凝土深度為2～6m。為了預(yù)防斷樁事故發(fā)生，本工程導(dǎo)管的埋設(shè)深度按照4m進(jìn)行控制。樁頂混凝土高程應(yīng)比設(shè)計(jì)高程超出0.8m，使得樁頂混凝土密實(shí)度得到保證。

4.9 后注漿

成樁后2d對(duì)注漿管進(jìn)行加壓開(kāi)塞，使得注漿通道能夠暢通無(wú)阻。樁基施工完成后7d通過(guò)注漿管將純水泥漿注入樁底，水泥采用P·O42.5，水灰比為0.5。2根注漿管應(yīng)同步對(duì)稱(chēng)進(jìn)行等量注漿，注漿量為1.0t。沖孔灌注樁按照由外往內(nèi)順序進(jìn)行注漿，初始注漿壓力為1.5MPa。當(dāng)單樁注漿量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求或者注漿壓力為3MPa且穩(wěn)壓持續(xù)注漿1min后即可停止注漿。

5 結(jié)束語(yǔ)

成樁28d按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行靜載和動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)中，在7000kN極限荷載作用下，沉降均勻，沉降量為11.52～15.39mm，靜載試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。動(dòng)測(cè)試驗(yàn)中，其中I類(lèi)樁占86%，Ⅱ類(lèi)樁占14%，動(dòng)測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)土方開(kāi)挖后，對(duì)樁位的偏差進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果均滿(mǎn)足施工規(guī)范要求；樁頭砍除后發(fā)現(xiàn)樁頂混凝土質(zhì)量均勻，密實(shí)。本工程沖孔灌注樁施工質(zhì)量合格。實(shí)踐表明，存在深厚淤泥層、粗砂層、中風(fēng)化花崗巖夾層、地下水位較高和巖面傾斜等復(fù)雜地質(zhì)條件下，采取上述的施工技術(shù)是科學(xué)合理的，該技術(shù)能夠保證沖孔灌注樁的施工質(zhì)量。