濱海軟土地區(qū)鉆孔灌注樁成施工工藝及質(zhì)量控制研究

□文/王子杰 蔡志杰 方 凱

鉆孔灌注樁是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械鉆孔等手段在地基中形成圓孔并在內(nèi)側(cè)放置鋼筋籠，用混凝土澆筑而形成的樁體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，灌注樁在我國(guó)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑。天津?yàn)I海新區(qū)某建筑采用鉆孔灌注樁，持力層在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)土等不利土層并且水位較高，因此提高灌注樁的一次成孔率，從而保證灌注樁的成樁質(zhì)量顯得至關(guān)重要。

1 工程概況

濱海新區(qū)腫瘤醫(yī)院項(xiàng)目位于天津市濱海新區(qū)黃港地區(qū)的醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施建設(shè)用地范圍，其醫(yī)療綜合樓、附屬用房設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，總樁數(shù)2 298 根，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)為27、40 m。

2 工程特點(diǎn)

與以往的大多數(shù)項(xiàng)目相比，本工程具有地下水位高、持力層處于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)土等不利土層，工期緊、樁數(shù)量大、樁位密集、質(zhì)量要求高的特點(diǎn)。

3 試成樁方案

提高灌注樁的一次成孔率，確保灌注樁的成樁質(zhì)量進(jìn)行試成樁。

3.1 土層分段成孔劃分及分析

3.1.1 土層分段

為了更好地分析每種土層對(duì)工程樁成樁質(zhì)量的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層分布情況，將土層分成5個(gè)區(qū)段，逐層進(jìn)行研究。見(jiàn)圖1。

圖1 土質(zhì)分段

1）第一區(qū)段主要為素土層、粉質(zhì)黏土、粉土，土層分段厚度4.5 m。

2）第二區(qū)段為淤泥質(zhì)黏土，土層分段厚度6.3 m。

3）第三區(qū)段為粉土、粉質(zhì)黏土，土層分段厚度13.8 m。

4）第四區(qū)段為黏土、粉質(zhì)黏土，土層分段厚度11.9 m。

5）第五區(qū)段為粉砂，樁端進(jìn)入土層厚度為7.31 m。

3.1.2 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

1）地表深度5～12 m存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)土等不利土層。鉆孔灌注樁樁身穿越淤泥質(zhì)軟土?xí)r，有可能出現(xiàn)孔壁坍塌及縮徑現(xiàn)象。

2）地表深度17.5～25.3 m 存在粉土。鉆孔灌注樁樁身穿越厚層粉土、粉砂時(shí)，因鉆進(jìn)速度慢，鉆孔施工時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生塌孔等不良現(xiàn)象。

3）部分長(zhǎng)樁端部位于最不利土層——砂層，鉆孔過(guò)程中易塌孔，造成沉渣過(guò)厚。故正式施工前為了確保工程樁成孔質(zhì)量進(jìn)行試鉆孔，以便采集相關(guān)數(shù)據(jù)[1]。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試成孔

在不影響工程樁施工的前提下，選擇樁徑600 mm、樁長(zhǎng)40 m的工程樁進(jìn)行試成孔。

3.2.1 準(zhǔn)備

泥漿主要采用原土造漿，控制含砂率＜8%，稠度為20 s。

3.2.2 流程

1）分段試成孔。樁機(jī)鉆頭直徑580 mm，將初始注入泥漿密度調(diào)配至1.30 kg/m3并在樁機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中始終保持該比例。在每個(gè)分段土層鉆孔完成后將鉆頭提出，進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)，收集樁徑、進(jìn)尺速度和泥漿各項(xiàng)指標(biāo)。

2）一次性試成孔。在分段試成孔試驗(yàn)完成后，將得到的數(shù)據(jù)匯總分析，對(duì)存在的問(wèn)題制定針對(duì)性措施，再進(jìn)行一次性試成孔。成孔后對(duì)樁孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，完成后將樁孔靜置2 h 重新進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是否滿足設(shè)計(jì)及施工要求，若不滿足則需重新調(diào)整成孔方案，再次進(jìn)行成孔試驗(yàn)。

3.2.3 試成孔數(shù)據(jù)分析

1）首次試成孔。雖未發(fā)現(xiàn)塌孔，但存在樁孔縮徑現(xiàn)象。針對(duì)縮徑問(wèn)題，采取以下措施：在第一分段土層每鉆進(jìn)25～35 cm，就提鉆進(jìn)行一次復(fù)鉆，在進(jìn)入第二、三、四、五分段含砂較高的土層時(shí)，每鉆進(jìn)20 cm左右，就進(jìn)行一次復(fù)鉆，起到一個(gè)擴(kuò)孔的作用。采取垂直吊打，避免采用鉆頭自重進(jìn)行下鉆，可有效保護(hù)孔壁，確保樁身垂直度。同時(shí)對(duì)泥漿比也進(jìn)行重點(diǎn)控制。

2）第二次試成孔。根據(jù)首次試成孔試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整成孔方案，在成孔過(guò)程中始終保持1.3 kg/m3的泥漿密度并采用垂直吊打、隨打隨復(fù)鉆的方式進(jìn)行施工?？紤]一次清孔、提鉆、鉆機(jī)移位及樁機(jī)就位等步驟，一個(gè)樁孔成孔時(shí)間在3.5 h左右。為確保成孔質(zhì)量，需控制每臺(tái)樁機(jī)每天施工工作量6～7 根樁，進(jìn)尺速度在0.25～0.41 m/min，可保證成孔后靜置2 h 的孔徑符合設(shè)計(jì)要求。

4 施工部署

為確保工期及樁機(jī)施工的有序進(jìn)行，安排10 臺(tái)70 型潛水鉆機(jī)。每臺(tái)樁機(jī)先進(jìn)行各自區(qū)段內(nèi)的支護(hù)樁施工，主要是讓樁機(jī)操作工熟悉現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的要求及報(bào)驗(yàn)程序；待樁機(jī)操作符合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求后再進(jìn)行工程樁試樁的施工；試樁完成后，進(jìn)行其施工區(qū)段內(nèi)支護(hù)樁周邊的工程樁施工，中部支護(hù)樁及工程樁同時(shí)進(jìn)行，以保證外圈帽梁及中部支護(hù)系統(tǒng)能按時(shí)施工；待以上工作全部完成后進(jìn)行其余工程樁施工。

5 過(guò)程控制

5.1 樣板制作

根據(jù)樣板引路原則，施工前先進(jìn)行樣板制作。

5.2 定位放線

首先計(jì)算出各工程樁位的坐標(biāo)點(diǎn)；通過(guò)測(cè)繪院提供的三個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行各樁位定位，樁位點(diǎn)插入短鋼筋棍定點(diǎn)并在點(diǎn)位上作標(biāo)識(shí)。

每個(gè)點(diǎn)位在樁機(jī)就位前，采用全站儀復(fù)核，使用不同的控制點(diǎn)進(jìn)行，避免一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)誤差并重復(fù)使用。

5.3 護(hù)筒埋設(shè)

樁機(jī)定位驗(yàn)收合格后，在鉆頭上安裝5 cm 寬的擴(kuò)孔器，保證擴(kuò)孔直徑700 mm，對(duì)準(zhǔn)樁位后進(jìn)行鉆孔，擴(kuò)孔完成后進(jìn)行護(hù)筒的埋設(shè)，一般護(hù)筒埋深400 mm，外露200 mm。護(hù)筒中心與樁位中心偏差≯50 mm，護(hù)筒保持垂直，周圍用黏土回填夯實(shí)。擴(kuò)孔完成后將擴(kuò)孔器摘除，進(jìn)行成孔施工。

5.4 樁位高程控制

在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)均布4 個(gè)標(biāo)高控制點(diǎn)，通過(guò)樁頂標(biāo)高及現(xiàn)場(chǎng)地坪標(biāo)高計(jì)算出吊筋長(zhǎng)度，將鋼筋籠安放在護(hù)筒上，考慮護(hù)筒沉降及吊筋的伸長(zhǎng)，所以將吊筋長(zhǎng)度減少100 mm（規(guī)范允許樁頂標(biāo)高偏差為+50 mm）。

5.5 成孔施工

5.5.1 樁機(jī)垂直度檢測(cè)

鉆機(jī)就位時(shí)鉆頭定位偏差≤10 mm 并用磁力鉛墜檢測(cè)鉆機(jī)鉆桿的垂直度，通過(guò)調(diào)節(jié)樁架來(lái)調(diào)節(jié)鉆桿垂直度，確保下鉆時(shí)鉆桿與水平面垂直。底座水平，鉆桿垂直，鉆進(jìn)時(shí)隨機(jī)用水平尺檢測(cè)鉆桿的垂直度，保證垂直度偏差≯1%，遇到地表土層松軟的情況，在鉆機(jī)底座下鋪墊鐵板。

5.5.2 成孔

鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，采用垂直吊打，保證隨打隨復(fù)鉆，通過(guò)鉆頭的反復(fù)鉆打，保證孔徑。通過(guò)試成孔所得數(shù)據(jù)，鉆進(jìn)速度控制在0.25～0.41 m/min 內(nèi)并保證鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中注入泥漿密度在1.3 kg/m3左右。

5.5.3 清孔

一次清孔前將泥漿密度由1.3 kg/m3調(diào)至1.25 kg/m3進(jìn)行換漿清孔，清孔時(shí)間約20 min，過(guò)程中泥漿池根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)加清水，直至換漿至密度為1.25 kg/m3停止。

成孔后檢測(cè)孔徑、孔深，如果未達(dá)到深度，進(jìn)行復(fù)鉆[2]。使用平板測(cè)繩和普通測(cè)繩相結(jié)合檢測(cè)沉渣厚度，保證沉渣厚度≤100 mm。

5.6 鋼筋籠安裝下放

1）鋼筋籠吊放時(shí)采用雙吊筋進(jìn)行起吊，對(duì)準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，慢慢下沉，避免碰撞孔壁，若受阻不得強(qiáng)行下入。鋼筋籠全部入孔后，用吊筋吊正固定并設(shè)置壓籠管控制鋼筋籠上浮[3]。

2）豎向主筋采取搭接焊，單面焊縫長(zhǎng)10d（d 為鋼筋直徑）；主筋焊接后煨彎，確保主筋同心。

5.7 二次清孔

下放完鋼筋籠及導(dǎo)管后進(jìn)行二次清孔，將泥漿池泥漿密度逐步下調(diào)，使孔內(nèi)泥漿密度達(dá)到1.2 kg/m3以下并檢測(cè)孔底沉渣厚度≯100 mm。

5.8 混凝土澆筑

1）每根樁在灌注混凝土前檢驗(yàn)混凝土坍落度及保水性,確保坍落度（180±20）mm，保水性指標(biāo)為無(wú)外露石子。

2）混凝土初灌量必須保證初灌后導(dǎo)管埋入混凝土以下深度不少于0.8 m。實(shí)際初灌量≮1.0 m3?；炷脸豕嗲霸趯?dǎo)管中放入球膽。

3）灌注混凝土過(guò)程中導(dǎo)管應(yīng)始終埋于混凝土中，一般埋深2～6 m 為宜，灌注時(shí)竄動(dòng)導(dǎo)管，幅度控制在0.5～1.0 m。拆管前計(jì)算（或?qū)崪y(cè)）混凝土上升高度，每次拆卸導(dǎo)管總長(zhǎng)度≯6 m,保證拆管后導(dǎo)管在混凝土中的埋深≮1.5 m。導(dǎo)管長(zhǎng)度一般為3、1.5 m，使用1.5 m 的導(dǎo)管是為了滿足導(dǎo)管埋深及灌注混凝土操作高度的要求。

4）混凝土必須連續(xù)灌注，中途不得無(wú)故停止，單樁澆筑時(shí)間不宜超過(guò)3 h。

5）混凝土灌注接近樁頂時(shí)，用比吊筋長(zhǎng)的鋼筋探測(cè)混凝土液面高度，確保最低混凝土面高于有效樁頂0.5 m；同時(shí)增加導(dǎo)管攢動(dòng)頻率，確保樁頂混凝土密實(shí)度并在澆筑完成后、拆除導(dǎo)管，用長(zhǎng)鋼筋對(duì)樁頂標(biāo)高進(jìn)行最終檢測(cè)，確保澆筑標(biāo)高高于樁頂標(biāo)高≤500 mm。

6）每根工程樁留置一組≤50 m3的試塊。

6 成品保護(hù)

樁基施工時(shí)，進(jìn)行跳打作業(yè)，間隔3.5d（d 為樁徑），有效避免對(duì)上鄰近工程樁的擾動(dòng)，保證其質(zhì)量。

混凝土灌注完成后立即割除吊筋，防止樁機(jī)或挖掘機(jī)意外刮蹭，對(duì)剛澆筑完成的混凝土灌注樁造成影響。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試成孔等技術(shù)質(zhì)量措施的實(shí)施，施工過(guò)程中進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)581根，占總樁數(shù)的26%，經(jīng)抽樣檢測(cè)孔徑、孔深、成渣厚度和垂直度偏差均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。低應(yīng)變檢測(cè)1 476 根，Ⅰ類樁1 454 根，占檢測(cè)樁數(shù)的98.5%，Ⅱ類樁22根，占檢測(cè)樁數(shù)的1.5%，達(dá)到了提高鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的目的?！酢?/p>