超大樁徑旋挖樁施工技術(shù)的應(yīng)用研究

夏建云，趙德鵬

（華潤（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著超高層建筑在我國的逐步涌現(xiàn)，超大直徑旋挖樁因其極高的入巖能力、高效的成樁效率以及超高的承載能力，被越來越廣泛地應(yīng)用于各類建筑工程中。超大直徑旋挖樁一般指直徑＞2000mm的樁，由于成孔困難、清孔工藝復(fù)雜、混凝土澆筑量大，其施工工藝較常規(guī)旋挖樁，難度增加很多。文章以實(shí)際工程為例，通過對超前鉆探調(diào)查、套管制作與埋設(shè)、泥漿護(hù)壁、鉆孔施工、鋼筋籠制作與安裝、底部沉渣清理、混凝土澆筑等施工環(huán)節(jié)的研究，為今后大直徑旋挖樁的施工提供一定的參考。

1 工程概況

萬象匯廣場項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，總樁數(shù)共111根，樁徑分別為1200mm、1500mm、1800mm、2000mm、2200mm、2400mm、2600mm，其中Φ1200mm樁32根、Φ2400mm樁17根。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場地自上而下地層為雜填土、粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。鉆孔樁設(shè)計(jì)要求：樁端進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖≥2m，當(dāng)中風(fēng)化花崗巖厚度＜2m時(shí)，則入微風(fēng)化花崗巖≥50cm。微風(fēng)化花崗巖抗壓強(qiáng)度可達(dá)120MPa。鉆孔灌注樁均采用旋挖鉆機(jī)施工，平均鉆孔深度為40m，最大鉆孔深度為42.9m。

2 研究對象及研究內(nèi)容

以旋挖樁標(biāo)準(zhǔn)施工工藝流程（見圖1）為依據(jù)，以2400mm直徑和1200mm直徑旋挖樁為研究對象，對兩種樁直徑旋挖樁施工工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析比較。結(jié)合超大直徑旋挖樁施工的重難點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注以下環(huán)節(jié)：工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件；鉆孔及護(hù)壁技術(shù)；二次孔清理技術(shù)；鋼筋籠制造、安裝；大方量混凝土澆筑的導(dǎo)管、料斗的選擇；檢測試驗(yàn)；樁孔坍塌、縮頸和斷樁等質(zhì)量事故的預(yù)防和處理。

3 超大樁徑旋挖樁關(guān)鍵工序施工技術(shù)

3.1 大直徑鋼護(hù)筒的制作與埋設(shè)

對于灌注樁而言，樁頂護(hù)筒的設(shè)置意義重大，直接影響樁位控制，起到防止上部填土坍塌、減少孔底沉渣的作用。所以，鋼護(hù)筒的制作及埋設(shè)，是灌注樁施工質(zhì)量控制的首要環(huán)節(jié)。

圖1 旋挖樁施工工藝流程圖

普通直徑旋挖樁護(hù)筒（1200mm樁徑）：采用6mm厚鋼板制作，無須設(shè)置加勁肋；自重0.6～0.8t，溢流口在護(hù)筒頂部200mm處開設(shè)1個(gè)；利用普通挖機(jī)挖坑埋設(shè)及拔出，無須加固。

大直徑旋挖樁護(hù)筒（2400mm樁徑）：該實(shí)例工程采用厚度＞10mm的鋼板制作。焊接了2個(gè)“U”形吊環(huán)，護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)樁徑大100～200mm。護(hù)筒單段長度為3m，采用多段焊接加長的方法，保證順利通過松散土層，最大護(hù)筒長度為6m。鋼護(hù)筒采用鉆孔埋設(shè)法，保證了鋼護(hù)筒埋設(shè)的穩(wěn)定性。對于直徑為2400mm的樁基，鋼護(hù)筒最大直徑為2600mm。待鉆具與中心對中準(zhǔn)確后，用Φ2400mm鉆頭與樁位對中，先鉆進(jìn)3m，再用鉸刀在上部2m范圍內(nèi)將孔徑擴(kuò)大至2600mm，然后放置鋼護(hù)筒，預(yù)留1m土在下部分層固定和調(diào)整套管。

3.2 超大直徑旋挖樁泥漿護(hù)壁工藝

泥漿護(hù)壁是將一定比例和稠度的泥漿灌入樁孔，在旋轉(zhuǎn)鉆頭的離心作用下，泥漿中的一部分膠體滲入孔壁周圍的土壤和巖體之間的間隙，形成凝膠，固定土壤顆粒；同時(shí)，泥漿中的另一部分膠體將在孔壁周圍形成一層泥皮，對孔壁土體起到一定的支撐作用，并阻止孔內(nèi)自由水向孔外滲流。當(dāng)鉆孔內(nèi)泥漿液面高度大于孔外地下水位高度時(shí)，形成由孔內(nèi)向孔外的壓差，能有效約束孔壁土體，阻止孔壁土體向孔內(nèi)應(yīng)力擴(kuò)散，防止孔壁坍塌。

普通直徑旋挖樁的漿體制備通常是由場地中的黏性土和水混合而成，就經(jīng)濟(jì)性而言，一般不使用化學(xué)泥漿。由于樁徑大、截面大，超大直徑旋挖樁在鉆孔階段對土體擾動較大，大直徑孔壁環(huán)拱效應(yīng)弱，自穩(wěn)性差，更容易引起縮孔、坍塌事故。因此，對泥漿的比重、稠度等組分要求特別高。

普通直徑旋挖樁所需泥漿較少，在施工過程中，只需在樁位旁開挖一個(gè)10m3以上的小泥漿池即可滿足需要，而且普通直徑旋挖樁易造漿，成本低，泥漿回收利用率低，一般不設(shè)泥漿回收凈化系統(tǒng)。

3.3 超大樁徑旋挖樁鉆孔施工

（1）土層段鉆進(jìn)。根據(jù)勘察報(bào)告，為控制上部土層的孔壁坍塌程度，提高鉆進(jìn)效率，對于2400mm直徑的超大樁徑灌注樁，采用二次鉆進(jìn)成孔工藝。一次鉆進(jìn)采用Φ1800mm截齒鉆斗，二次鉆進(jìn)再采用Φ2400mm截齒鉆斗。由于第一次鉆進(jìn)過程中易受擾動的坍塌部分已發(fā)生坍塌，在鉆進(jìn)過程中除調(diào)整泥漿比重、黏度性能、保持套管內(nèi)泥漿水位外，第二次按設(shè)計(jì)樁徑鉆進(jìn)時(shí)，擾動范圍小，不易坍塌，大大縮短了起下鉆間隔。土層鉆進(jìn)中，每次起鉆土體體積較大，當(dāng)鉆頭離開孔時(shí)，提升鉆頭的速度應(yīng)降低，避免孔內(nèi)水頭壓力突然下降，并及時(shí)補(bǔ)充泥漿到孔內(nèi)，保證孔內(nèi)水頭壓力。

（2）巖層段鉆進(jìn)。該工程樁基持力層為中、微風(fēng)化巖層，極為堅(jiān)硬，為克服大斷面的鉆進(jìn)阻力，硬巖鉆進(jìn)采用分級擴(kuò)孔鉆進(jìn)施工方案：先用較小尺寸的Φ800mm鎬筒鉆頭鉆進(jìn)級進(jìn)巖芯，使巖石形成一個(gè)完整的自由表面；然后逐級更換牙輪筒式鉆頭Φ1300mm、Φ1500mm、Φ1800mm、Φ2000mm、Φ2200mm分級擴(kuò)孔直至設(shè)計(jì)孔徑Φ2400mm，并用撈渣斗將孔底石塊和巖屑撈出。從巖石的硬度來看，擴(kuò)孔級差根據(jù)巖石硬度確定，且差異稍大；隨著孔徑的增大，差異仍保持在200mm左右。這種小斷面增量鉆孔，使各巖屑的摩阻增量相對穩(wěn)定，充分發(fā)揮了大扭矩旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)對硬巖的鉆進(jìn)能力。分級擴(kuò)孔鉆進(jìn)與大直徑斗桿直接鉆進(jìn)相比，效率高，綜合成本低。

3.4 孔底沉渣清理

孔底沉渣清理方法有很多，由于大直徑樁基施工中單樁所用的泥漿量大，采用了正、負(fù)循環(huán)與泥砂分離器相結(jié)合，也采用了高性能泥漿。正循環(huán)清洗大樁徑孔底沉渣約1d，工作效率低；反循環(huán)清洗約4h，清洗效果好。如果正、反循環(huán)清孔后混凝土供應(yīng)不及時(shí)，孔內(nèi)沉渣會再次超標(biāo)，需要再次清孔，這有一定的弊端。用膨潤土和活性摻料配制高性能泥漿，不僅可以提高鉆井過程中井壁的穩(wěn)定性，而且可以使沉淀物懸浮在絮狀泥漿中而不沉淀或少沉淀，達(dá)到不二次清孔的目的。鋼筋籠入倉后，下料管澆筑，混凝土澆筑前，孔底沉渣可直接灌入混凝土，減少了一道工序和降低勞動強(qiáng)度，提高了施工效率。樁基施工后的樁基抽芯試驗(yàn)結(jié)果證明，質(zhì)量控制效果顯著。

3.5 鋼筋籠制安、導(dǎo)管安放、混凝土澆筑

由于鋼筋籠直徑、長度較大，制作、綁扎、焊接應(yīng)牢固，并加設(shè)主筋保護(hù)塊，保證保護(hù)層厚度；吊裝過程中應(yīng)采取臨時(shí)加固措施，防止變形；2臺焊機(jī)用于鋼筋籠孔口的連接，縮短焊接時(shí)間；鋼筋籠應(yīng)垂直輕放，防止孔壁劃傷；鋼筋籠就位后，應(yīng)將吊掛鋼筋孔口固定，混凝土澆筑時(shí)應(yīng)防止鋼筋籠下沉和浮起。

由于該工程樁基孔徑大，采用Φ300mm導(dǎo)管灌注混凝土。導(dǎo)管使用前進(jìn)行泌水壓力實(shí)驗(yàn)，對其密封性和連接強(qiáng)度進(jìn)行檢查，導(dǎo)管防水加設(shè)密封膠墊，灌注前對使用導(dǎo)管的長度和數(shù)量進(jìn)行分配，導(dǎo)管長度適中，入孔前逐根記錄，保證底端距孔底30～50cm。

混凝土澆筑前，測量孔底沉渣，厚度符合要求后進(jìn)行澆筑。預(yù)埋管的深度和所需的混凝土體積應(yīng)提前計(jì)算，確?；炷恋竭_(dá)現(xiàn)場后立即開始初澆。初澆前，現(xiàn)場檢查混凝土標(biāo)號、坍落度等，并將球罐置于澆筑導(dǎo)管內(nèi)，防止底部混凝土離析。初澆后，球罐自動浮在頂面上，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。為保證初澆量，初澆時(shí)采用4m3料斗，同時(shí)2輛混凝土灌車澆筑，保證導(dǎo)管底部埋入混凝土1m以上。

灌注過程中勤測量孔內(nèi)混凝土上升高度、孔內(nèi)導(dǎo)管長度、埋管深度、樁頂灌注標(biāo)高等，控制導(dǎo)管埋深2～6m，防止超灌?；炷吝B續(xù)澆筑，灌注中注意當(dāng)混凝土進(jìn)入鋼筋籠一定深度后，適時(shí)提動導(dǎo)管，以增加對鋼筋籠的埋深，保證鋼筋籠不上浮，同時(shí)防止導(dǎo)管無法提動而造成事故?；炷脸喔叨戎辽俦仍O(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高多50～100cm，澆筑過程中做好記錄，并按規(guī)定制取混凝土試件。

4 總結(jié)

該工程采用超大樁徑旋挖樁施工技術(shù)，方案設(shè)計(jì)科學(xué)，施工工藝合理，施工管理嚴(yán)格，施工效率高，工程施工質(zhì)量得到保證。該項(xiàng)技術(shù)有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。