淺析某項(xiàng)目綜合管廊基坑鉆孔灌注樁施工技術(shù)

（福建六建集團(tuán)有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

福馬路提升改造工程（六一路至三環(huán)路段、鼓山隧道兩端連接段、快安1段）位于福州市，起于六一路交叉路口，止于朏頭路交叉口，線路全長10.909 km，道路等級(jí)為城市主干道。其中，綜合管廊設(shè)計(jì)范圍為快安1段，起訖里程K10+440～K13+360，線路全長2.92 km，主路設(shè)計(jì)時(shí)速50 km/h，輔路設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h，道路紅線寬度55 m，路面為瀝青混凝土路面。該項(xiàng)目管廊沿福馬路由西向東布置，位于北側(cè)非機(jī)動(dòng)車道人行道下，為單艙斷面，艙內(nèi)布置管線包括1根給水管（DN600）、1根給水副管（DN300）、10 kV電力中低壓電纜（32孔）及通信電纜（27孔），并預(yù)留DN200溫泉管、DN200中水管，斷面凈空尺寸為2.9 m×3.45 m。管廊結(jié)構(gòu)斷面分為2種：1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段覆土≤4.5 m，頂板、底板及側(cè)壁厚0.3 m，采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。2）非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段覆土4.5 m～9.0 m，頂板、底板及側(cè)壁厚0.5 m，采用現(xiàn)澆施工。管廊基坑開挖深度約7.725 m～12.525 m，起點(diǎn)覆土高度約0.3 m～0.9 m。

1.2 地形地貌

擬建場地位于福州市馬尾區(qū)，地勢較為平坦，沿線主要為街道、工廠、農(nóng)田等，地貌單元為沖淤積平原地貌單元，局部為剝蝕殘丘地貌單元。場地主要地層為人工填土、沖洪積層（包括粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、中砂、卵石土等）、破殘積層（粉質(zhì)黏土、粗角礫土等）、全風(fēng)化花崗巖。

1.3 水文地質(zhì)條件

擬建場地上層滯水水位的年變化幅度一般在3.0 m左右，場地近3～5年最高地下水埋深為0.20 m，其歷年地下水最高地下水位埋深為0.10 m，卵石層中承壓水和基巖裂隙較深。按環(huán)境類型分類，場地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；按地層滲透性分類，場地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。無論是長期浸水還是干濕交替情況，地表水以及地下水都會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋產(chǎn)生腐蝕。根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50046—2008）及《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTGB07-01—2006）的規(guī)定并結(jié)合場地水的腐蝕性等級(jí)，必要時(shí)采取相應(yīng)的防腐蝕措施。

2 基坑支護(hù)方案分析

該工程綜合管廊基坑中大部分開挖深度為7 m，主要通過集水明排的方式（排水溝、集水井）降排水，支護(hù)結(jié)構(gòu)及體系主要采用以下3種：1）鉆孔灌注樁（樁間設(shè)高壓旋噴樁止水）+2道鋼管支撐。2）SMW工法樁+1道鋼筋砼支撐+1道鋼管支撐。3）15m/18m長拉森Ⅳ鋼板樁（兼做止水）聯(lián)合2道鋼管對(duì)撐。該工程管廊施工與多條城市主干道交叉，需做好交通保障措施，且需注意已有構(gòu)筑物、公路等的保護(hù)措施。由于施工場地受限，因此電力井處及部隊(duì)房屋處均采用鉆孔灌注樁（樁間設(shè)高壓旋噴樁止水）+2道鋼管支撐體系，該文主要對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，鉆孔灌注樁樁徑80 cm，樁間距為1 m，樁長為10 m～15 m。

3 旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)

3.1 施工工序

旋挖鉆孔灌注樁主要施工工序?yàn)椋憾ㄎ环啪€→泥漿池開挖及泥漿制備→旋挖鉆機(jī)鉆頭選型→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔及清孔→鋼筋籠加工及安裝→下導(dǎo)管→灌注水下混凝土。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 定位放線

提前調(diào)查鉆孔灌注樁施工范圍內(nèi)的地上、地下管線及構(gòu)筑物，與產(chǎn)權(quán)單位對(duì)接協(xié)商后對(duì)管線遷改或加固，清理施工場地，確保施工范圍內(nèi)無雜物，場地平整。列表統(tǒng)計(jì)各個(gè)樁位坐標(biāo)值，利用全站儀對(duì)所有樁位進(jìn)行測量放線，以樁中心為交點(diǎn)，十字交叉周圍4個(gè)方向引出護(hù)樁，樁位中心則插上Φ8 mm的短鋼筋，灑上白灰標(biāo)識(shí)[1]。該工程樁基數(shù)量多，按里程從小到大順時(shí)針依次編號(hào)，采用隔孔開鉆，待相鄰樁基強(qiáng)度達(dá)到5 MPa才可以施工。

3.2.2 泥漿池開挖及泥漿制備

該工程場地地下水位高，如果直接在場地內(nèi)原土挖掘泥漿池勢必出現(xiàn)地下水滲透現(xiàn)象，導(dǎo)致池內(nèi)泥漿被稀釋，泥漿濃度受影響，護(hù)壁功能下降，因此該工程設(shè)置由壓型鋼板焊接而成的鋼制泥漿池。可在工廠定制泥漿池后直接運(yùn)至施工現(xiàn)場，設(shè)置在不影響施工的區(qū)域，并用圍擋維護(hù)并設(shè)置警示標(biāo)志，底部四周均用塑料彩條布包裹，防止泥漿溢出，確保文明施工。泥漿配合比根據(jù)施工機(jī)械、工藝以及鉆孔穿越土層情況等進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般采用高塑性黏土或膨潤土，如果在塑性指數(shù)＞15的黏性土中鉆孔，可利用孔內(nèi)原土造漿護(hù)壁；如果在砂類土、碎（卵）石土或黏土夾層中鉆孔，可用膨潤土泥漿護(hù)壁。

3.2.3 旋挖鉆機(jī)鉆頭選型

旋挖鉆孔機(jī)鉆頭根據(jù)土壤、地質(zhì)條件情況針對(duì)性選擇，一般來說，場地土層為黏性土、粉土、填土（地下水位以上）或中等密實(shí)的砂土、風(fēng)化巖層時(shí)，選用短螺旋鉆具；地下水位以上的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層，采用泥漿護(hù)壁時(shí)選用螺旋回轉(zhuǎn)頭；如果為碎石土、中等硬度的巖石及風(fēng)化巖層，選用巖心螺旋鉆頭；如果為風(fēng)化巖層及有裂紋的巖石，選用巖心鉆頭。

3.2.4 埋設(shè)護(hù)筒

該工程護(hù)筒采用鋼護(hù)筒，由壁厚4 mm～6 mm的鋼板制成，節(jié)長2 m～4 m，內(nèi)徑比樁徑大20 cm（即樁徑為80 cm，鋼護(hù)筒內(nèi)徑為100 cm），護(hù)筒埋深為1 m～2 m，頂面高出施工地面30 cm。通過定位放線時(shí)引放的樁位中心十字交叉點(diǎn)四周的護(hù)樁控制護(hù)筒埋設(shè)位置，確保護(hù)筒中心與樁位重合，控制偏差≤20 mm，傾斜度≤1%。穩(wěn)固護(hù)筒后，以黏土均勻回填護(hù)筒四周縫隙，并分層夯實(shí)，防止地表水從該處滲入，避免由于護(hù)筒松動(dòng)下沉或偏斜而造成孔洞坍塌。

3.2.5 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位前需復(fù)核之前放樣的樁位，避免施工人員在移動(dòng)、安放鉆機(jī)等施工機(jī)械時(shí)碰撞造成放樣孔位偏移，經(jīng)復(fù)核無誤并經(jīng)監(jiān)理工程師簽字確認(rèn)后才可以進(jìn)行后續(xù)鉆機(jī)安放及鉆孔等工作。為確保鉆機(jī)底座和頂端的平穩(wěn)度，應(yīng)提前將樁孔周圍地面墊平，用經(jīng)緯儀調(diào)整鉆桿垂直度，確保鉆桿、樁位和護(hù)筒三者中心均位于同一豎直線，且對(duì)中誤差≤10mm，鉆機(jī)就位后測量護(hù)筒標(biāo)高以免超鉆或少鉆。

3.3 鉆孔及清孔

鉆孔、清孔施工過程是影響鉆孔灌注樁質(zhì)量的最主要因素，鉆機(jī)就位安放穩(wěn)固后先連接泥漿循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)泥漿2 min～3 min，且鉆機(jī)先進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)后才可以開始正式鉆孔作業(yè)，確保后續(xù)鉆孔施工連續(xù)。對(duì)照地質(zhì)勘察報(bào)告，根據(jù)現(xiàn)場不同地質(zhì)層情況適當(dāng)調(diào)整采用鉆頭、鉆進(jìn)壓力及速度、泥漿比重等各項(xiàng)指標(biāo)。鉆孔初始階段應(yīng)低壓慢鉆，以低于10 r/min的鉆速鉆孔至護(hù)筒底下3 m，此時(shí)如果鉆進(jìn)穩(wěn)定則可以提高鉆孔速度，剛開始可以干孔作業(yè)，鉆至細(xì)砂層則應(yīng)及時(shí)注入泥漿和降低鉆進(jìn)速度，增加掃孔次數(shù)，通過鉆具以較慢轉(zhuǎn)速修整孔壁并輔助沖洗液清除孔內(nèi)淤塞物，防止出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象。隨著鉆進(jìn)的不斷深入，土石渣不斷產(chǎn)生，該工程直接采用旋挖鉆桶掏渣與換漿結(jié)合排除孔內(nèi)殘?jiān)?，? m掏渣一次同步及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)給泥漿，以防止塌孔。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，且應(yīng)全程做好各項(xiàng)記錄，地層變化、鉆機(jī)對(duì)位情況及鉆孔泥漿應(yīng)經(jīng)常檢測，確保鉆孔不符合要求時(shí)可在最短時(shí)間內(nèi)調(diào)整。鉆孔鉆至持力層后通知監(jiān)理工程師復(fù)核確認(rèn)，如果滿足設(shè)計(jì)要求則繼續(xù)鉆進(jìn)1 m即可停止鉆孔施工，成孔后檢查孔深、孔徑、孔位和傾斜度等，驗(yàn)收合格后立即填寫終孔檢查證并進(jìn)行清孔工作，為確保清孔質(zhì)量及效率可采用泵吸反循環(huán)抽漿的方法清孔，使沉淀物漂浮，使孔底沉渣達(dá)設(shè)計(jì)要求允許厚度，直至抽出泥漿手摸無粗粒感覺。

3.4 鋼筋籠加工及安裝

鋼筋籠一般在鉆孔前或鉆孔時(shí)同步加工制作，以便在成孔、清孔后立即吊放鋼筋籠并灌注混凝土，降低塌孔事故發(fā)生可能性，鋼筋籠由主筋、加強(qiáng)筋、螺旋箍筋和定位筋四部分組成，該工程場地為現(xiàn)狀道路，分布有電力、電信、雨水、污水等管線，施工場地狹窄，鋼筋籠在場地外鋼筋預(yù)制廠加工完成后再運(yùn)至施工現(xiàn)場使用。根據(jù)孔徑、孔深確定鋼筋籠大小，該工程樁長10 m～15 m，節(jié)數(shù)為1～2節(jié)，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙分段加工成型，分節(jié)安裝時(shí)在上下搭接處各加一道φ14 mm環(huán)箍，兩節(jié)鋼筋籠連接采用單面焊，焊接長度≥10 d（d為鋼筋直徑），接頭錯(cuò)開距離≥35 d且≥500 mm，該范圍內(nèi)接頭數(shù)量≤截面主筋根數(shù)的50%。為了保證鋼筋籠準(zhǔn)確就位及穩(wěn)固，沿樁長方向在主筋上每隔3 m設(shè)置一護(hù)壁環(huán)（由4只護(hù)壁筋組成），環(huán)向鋼筋與縱筋采用點(diǎn)焊連接固定，增強(qiáng)鋼筋籠整體剛度，鋼筋保護(hù)層采用砂漿塊，等距離設(shè)置4個(gè)于主筋上，保護(hù)層厚度為70 mm，鉆孔樁主筋應(yīng)全部錨入冠梁，長度≥35 d。鋼筋籠吊放由人工輔助對(duì)準(zhǔn)孔位，使其中心對(duì)準(zhǔn)樁心，再用吊車緩慢下放。

3.5 下導(dǎo)管

導(dǎo)管為螺絲扣連接+橡膠墊圈密封的無縫鋼管，直徑250 mm、壁厚≥3 mm，每節(jié)導(dǎo)管于拼接前檢查密封圈完好程度，涂抹止水黃油可提高導(dǎo)管的封水性能，使用前試拼裝、試壓，試水壓力取0.6 MPa～1.0 MPa且滿足≥1.5倍孔內(nèi)水深壓力。導(dǎo)管長度根據(jù)孔深配置，導(dǎo)管底距孔底約為300 mm～500 mm，導(dǎo)管最下部（底管）長4 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)長度2.5 m，最上部（頂管）長度則根據(jù)樁長分別采用0.5 m、1 m、2 m等。

3.6 灌注水下混凝土

該工程管廊基坑鉆孔灌注樁樁身為C30水下混凝土，根據(jù)試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果出具合格的配合比，坍落度宜為180 mm～220 mm（確保保水性和流動(dòng)性能良好），水泥用量≥350 kg/m3，先在攪拌站充分?jǐn)嚢?，才能運(yùn)輸至施工現(xiàn)場使用。采用導(dǎo)管法進(jìn)行灌注，初灌量約1.5 m3，可以滿足導(dǎo)管在混凝土中首次埋置深度≧1.0 m的要求，首車混凝土卸車油門猛踩，使沖擊能量盡可能大，以沖開孔底沉渣，減少工后沉降。后續(xù)混凝土灌注過程保持連續(xù)性，嚴(yán)禁中途停止灌注，單樁混凝土灌注時(shí)間≤3 h。為合理控制導(dǎo)管提升速度，確保導(dǎo)管居中平穩(wěn)提升，需派專人施工全過程監(jiān)測孔內(nèi)灌注混凝土面高度上升速度，混凝土面至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后不能立即停止灌注，而應(yīng)繼續(xù)向上灌注一定高度，樁頂超灌高度應(yīng)≥0.8 m，此時(shí)水下混凝土灌注環(huán)節(jié)才可以結(jié)束。

4 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 成孔質(zhì)量控制

4.1.1 孔深、成孔垂直度控制

孔深、成孔垂直度是保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提，孔深、成孔垂直度不符合要求必然導(dǎo)致鋼筋籠和導(dǎo)管無法順利沉放，鉆孔施工對(duì)地面標(biāo)高造成影響進(jìn)而導(dǎo)致成孔深度不準(zhǔn)確，成孔垂直度不符合要求的原因有很多，如場地土質(zhì)層不均勻沉降、泡水沉陷、樁機(jī)就位不平整、鉆頭磨損導(dǎo)致受力不均以及鉆頭遇到軟硬土層交界面或傾斜巖面等，針對(duì)以上問題，應(yīng)采取有效措施控制成孔深度及垂直度。根據(jù)樁底標(biāo)高、鉆具長度和測量點(diǎn)標(biāo)高，提高成孔深度控制的準(zhǔn)確性，及時(shí)測量并記錄成孔深度，鉆孔結(jié)束后還應(yīng)根據(jù)鉆具測量復(fù)核孔深[2]；為避免偏孔，鉆孔前提前壓實(shí)平整場地，嚴(yán)格控制鉆機(jī)就位時(shí)的對(duì)中整平，定時(shí)檢查鉆孔過程中樁錘的垂直度，以使偏差在最短時(shí)間內(nèi)調(diào)整，如果遇軟硬土層交界面或傾斜巖面，以低速低壓鉆進(jìn)。

4.1.2 塌孔、縮徑防治

塌孔、縮徑產(chǎn)生原因大致相同，主要是地層復(fù)雜、泥漿質(zhì)量不過關(guān)（護(hù)壁性能差）、鉆進(jìn)速度過快、成孔后未立即灌注混凝土等，為防治塌孔縮徑現(xiàn)象，鉆孔穿越較厚砂層、礫石層或卵石層時(shí)，保持成孔速度≤2 m/h，嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量，確保其密度為1.3 g/cm3～1.4 g/cm3、黏度為20 s～30 s、含砂率≤6%。添加黏土粉、燒堿、木質(zhì)素等可以改善泥漿的性能，泥漿含砂質(zhì)量控制同樣重要，通過除砂處理控制泥漿比重和含砂率，鋼筋籠安裝后立即灌注混凝土。

4.2 成樁質(zhì)量控制

4.2.1 鋼筋籠施工質(zhì)量

鋼筋籠施工主要將鋼筋籠制作和鋼筋籠吊放兩大工序作為重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)，鋼筋籠一般由人工制作，注重電焊工技術(shù)交底，嚴(yán)格按施工技術(shù)切割、焊接鋼筋，確保鋼筋長度及焊接質(zhì)量，避免漏焊、氣孔、夾渣或裂縫等問題，各項(xiàng)控制指標(biāo)允許偏差見表1。鋼筋籠平臥堆放在施工現(xiàn)場不能超過2層，下放至孔內(nèi)內(nèi)嚴(yán)禁碰撞孔壁或強(qiáng)行下壓，否則會(huì)造成鋼筋籠變形，應(yīng)立即停止吊放查明原因，如果鋼筋籠本身垂直度不符合要求則提出鋼筋籠重新垂直吊放，如果成孔垂直度不符合要求則復(fù)鉆糾偏?；炷凉嘧r(shí)鋼筋籠上浮為較為常見的施工質(zhì)量問題，導(dǎo)致上浮的因素很多，如鋼筋籠重量不足、混凝土初凝和終凝時(shí)間太短或清孔泥漿含砂量太多等，針對(duì)上述問題，可在鋼筋籠底端以上30 cm處焊接十字鋼筋架增加重量，避免鋼筋籠過輕上?。淮送?，可在頂端焊接一鋼筋伸出泥漿作為鋼筋籠浮籠的標(biāo)志，以便及時(shí)整改；也可采取固定措施，頂端用4根與主筋直徑相同的鋼筋焊接固定在施工平臺(tái)上；混凝土灌注時(shí)間和速度也應(yīng)控制，混凝土面距鋼筋籠底部約1 m時(shí)降低灌注速度，上升至鋼筋籠底端4 m以上時(shí)提升導(dǎo)管，維持導(dǎo)管底高出鋼筋籠底≥2 m，再恢復(fù)正常灌注速度。

表1 灌注樁鋼筋籠制作及安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

4.2.2 混凝土施工質(zhì)量

混凝土施工質(zhì)量主要從混凝土拌制和混凝土灌注兩個(gè)方面進(jìn)行控制，混凝土拌制對(duì)原材料、拌制時(shí)間和坍落度作出嚴(yán)格規(guī)定：1）該工程控制混凝土粗骨科最大粒徑＜40 mm，細(xì)集料選用中粗砂，含砂率為40%～50%，混凝土拌制時(shí)間為60～90 s，控制混凝土坍落度以保證其流動(dòng)性，避免堵管現(xiàn)象發(fā)生。2）鋼筋籠吊放及下導(dǎo)管與混凝土灌注之間必須進(jìn)行二次清孔，目的在于清除沉淀至孔底的沉渣（鋼筋籠下放時(shí)碰撞孔壁產(chǎn)生），待孔底沉渣厚度≤50 mm時(shí)才可以停止二次清孔進(jìn)行后續(xù)混凝土灌注工作。3）合理控制導(dǎo)管埋深，埋管太淺表層泥漿混入樁身夾泥容易斷樁，埋管太深容易導(dǎo)致拔管困難或埋管事故，及時(shí)測量孔內(nèi)混凝土面位置，相應(yīng)將埋管深度控制在2 m～6 m。4）混凝土灌注確保連續(xù)性，每次灌注間歇時(shí)間≤30 min，1.5 h內(nèi)完成已拌制混凝土的灌注[3]，夏季則在1 h內(nèi)灌注完成。5）為減少施工裂縫產(chǎn)生，嚴(yán)格控制混凝土灌注溫度。6）混凝土灌注量也需控制，最后一次灌注前必須核對(duì)混凝土灌注高度及灌入量是否正確，保證超灌高度符合要求。

5 結(jié)語

鉆孔灌注樁旋挖鉆機(jī)成孔工藝以其自動(dòng)化程度高、成樁速度快、單樁承載力高、噪聲小、震動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)在綜合管廊基坑支護(hù)中具備較大優(yōu)勢，在管廊施工中所占比例大，因此灌注樁的施工質(zhì)量影響管廊整體質(zhì)量。需結(jié)合管廊的實(shí)際地質(zhì)情況，全面分析鉆孔灌注樁施工所面臨的難點(diǎn)和短板，關(guān)注鉆孔灌注樁施工全過程，有效把控每個(gè)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，全面提升管廊基坑支護(hù)實(shí)效，進(jìn)一步促進(jìn)我國城市建設(shè)發(fā)展。