超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)改進策略研究

曹林同

【摘要】當前，我國對城市高層、超高層建筑物的需求量與日俱增，建筑地下室深度不斷加深，超深埋深的施工場景不斷增多。超深埋深大直徑鉆孔灌注樁具備較大的承載力、能夠滿足單樁單柱的需求等特征，符合超深埋深建筑施工的切實需求，因此在現(xiàn)階段城市建筑物的施工中得到應(yīng)用。本文主要從成孔施工技術(shù)、泥漿調(diào)配技術(shù)以及清孔技術(shù)等方面入手，探討超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)改進策略，目的是為超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工的改進提供參考。

【關(guān)鍵詞】超深埋深;大直徑;鉆孔灌注樁;施工技術(shù)

【中圖分類號】TU74

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）11-0102-02

當前，我國大量人口向城鎮(zhèn)集中的人口流動，導(dǎo)致城市土地資源日漸稀缺，因此我國對于高層、超高層建筑的需求近年來迅速擴張。對于高層、超高層建筑物而言，足夠的地下室深度、深基礎(chǔ)深樁基是保障其建筑安全的關(guān)鍵，超深埋深大直徑鉆孔灌注樁能夠滿足建筑物單樁單柱、大承載力、原土面施工等需求，因此在建筑施工實踐中得到應(yīng)用和推廣[1]。超深埋深大直徑鉆孔灌注樁具有強度高、關(guān)聯(lián)性強、樁位唯一的特征，對于施工技術(shù)要求較高，在施工中一旦出現(xiàn)偏差，補救成本較高、補救技術(shù)難度大，可能導(dǎo)致工期延長、成本增加等問題[2]。本文結(jié)合筆者的施工經(jīng)驗，重點從成孔施工技術(shù)、泥漿調(diào)配技術(shù)、清孔技術(shù)以及鋼筋籠設(shè)置等技術(shù)環(huán)節(jié)入手，探討施工過程中的技術(shù)改進策略，使鉆孔灌注樁及其關(guān)聯(lián)施工技術(shù)在實踐中更好地為城市建筑施工服務(wù)。

當前我國建筑施工實踐中，鉆孔灌注樁的應(yīng)用場景十分廣泛，其施工流程圍繞鉆孔和灌注兩個環(huán)節(jié)展開，在施工地基上打好樁孔的基礎(chǔ)上，在樁孔內(nèi)部放置不同建筑材料制成樁。由于這一施工過程能夠適用于大多數(shù)施工環(huán)境、施工操作難度相對較小、建筑材料投入產(chǎn)出比較高，因此在當前施工被廣泛應(yīng)用。而超深埋深大孔徑鉆孔灌注樁在具備鉆孔灌注樁優(yōu)勢的同時，能夠更好地滿足高層、超高層等城市建筑物的需求，未來發(fā)展前景廣闊，而當前對于這一技術(shù)的理論研究與實踐探索都十分有限，鑒于此，本文將從成孔施工技術(shù)、泥漿調(diào)配技術(shù)、清孔技術(shù)以及鋼筋籠設(shè)置等技術(shù)環(huán)節(jié)入手，探討施工技術(shù)的改進策略。

1.成孔施工技術(shù)改進策略

成孔施工技術(shù)是超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，其施工流程是設(shè)定鉆機位置、調(diào)節(jié)鉆桿位置、實施鉆孔，將鉆頭下降到預(yù)設(shè)標高，將土通過旋轉(zhuǎn)鉆斗的方式擠到鉆斗中，擠滿后關(guān)閉鉆斗底部并將鉆斗移到孔外，最后將土卸在規(guī)定堆放位置，反復(fù)循環(huán)以上過程直到成孔施工完成。成孔施工過程中，孔壁不穩(wěn)定以及隨之而來的塌孔問題多發(fā)，尤其在超深埋深的條件下更容易出現(xiàn)此類問題。

針對以上問題，超深埋深大直徑鉆孔灌注樁成孔施工技術(shù)的改進策略主要從鉆頭選取和參數(shù)設(shè)定兩個方面入手。一方面，在鉆頭的選取上，除了根據(jù)施工計劃選取大直徑鉆頭外，還應(yīng)當在施工現(xiàn)場通過試驗的方式進一步明確鉆頭屬性，建議利用強度高、導(dǎo)向度高、切削量大的合金鉆頭提升施工效率，同時也應(yīng)當注意選取更適合超深埋深施工條件的尖狀魚尾，有助于在機械力的作用下提升鉆速;另一方面，設(shè)定合理的參數(shù)也有助于施工技術(shù)改進，參數(shù)包含鉆速、鉆壓等，鉆速是指成孔施工過程中的鉆進速度，在大直徑鉆孔中如果鉆進速度過快可能會導(dǎo)致護壁質(zhì)量不佳、塌孔、孔徑不合規(guī)范等問題，重則會導(dǎo)致嚴重孔內(nèi)事故，反之，如果鉆進速度過慢，那么成孔施工的效率自然會下降，成本上升的同時工期難以得到保障，因此，建議根據(jù)土層性質(zhì)設(shè)定鉆速，普通土環(huán)境下建議7～9 m/h的速度，松軟土環(huán)境下應(yīng)適當降低速度，同時為了及時排空孔內(nèi)的鉆屑與殘渣，在成孔施工后期也應(yīng)適當放慢鉆速。除此以外，在鉆壓的設(shè)定上，建議普通土中設(shè)定在10～25 kPa，松軟土中建議鉆壓減半，為防止出現(xiàn)塌孔的問題，鉆進過程前期適當減壓，采取低擋慢速大泵量的方式鉆進以形成堅固的泥皮，同時采取鉆頭大于樁徑的方式以改善縮孔問題，如遇土層交界面采取復(fù)鉆的方式避免斜孔問題的發(fā)生，每次加接鉆桿前也應(yīng)當采取復(fù)鉆的方式進行修孔。

2.泥漿調(diào)配及清渣技術(shù)改進策略

泥漿是超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工中的核心施工材料，如果泥漿質(zhì)量不佳會導(dǎo)致程控效率低、塌孔、縮徑等問題，因此應(yīng)當不斷改進泥漿調(diào)配比例，使其具備更好的護壁性和更低的失水性。與此同時，應(yīng)通過改進泥漿清渣技術(shù)的方式提升泥漿護壁性，達到提升清理沉渣效率、改善廢漿處理流程的目的。

泥漿調(diào)配的改進策略是適當降低泥漿密度、合理控制泥漿粘度，并利用膨潤土等材料提升泥漿質(zhì)量，具體所需材料特征及推薦用量如下：（1）膨潤土的應(yīng)用，膨潤土是以蒙脫石為成分的非金屬礦產(chǎn)，具有密度低、失水量低、阻力小、護壁能力強等特點，通常用量為用水量的0.08左右;（2）水解聚丙烯酰胺，這種原料應(yīng)用目的是對黏土顆粒起到絮凝的作用，實際使用中建議用量為泥漿的30×10-6;（3）碳酸鈉的應(yīng)用，碳酸鈉在日常生產(chǎn)或生活也被稱為純堿，是一種常見的無機化工原料，碳酸鈉在泥漿調(diào)配中應(yīng)用的目的是提升泥漿的水化膜厚度，保障泥漿膠體率的同時具有維持泥漿性質(zhì)穩(wěn)定的作用，在泥漿調(diào)配過程中，碳酸鈉的用量與膨潤土的用量呈正相關(guān)，通常為膨潤土用量的4%左右，除此以外，羧甲基纖維素等提升泥漿粘性的材料也可以取少量摻入到泥漿中，以提升泥漿的粘性，進一步實現(xiàn)防護壁脫落的目的。

清渣技術(shù)的改進策略是設(shè)置泥漿清渣系統(tǒng)，根據(jù)施工現(xiàn)場的場地條件，設(shè)置不小于60m的循環(huán)沉淀槽，并根據(jù)沉渣情況適當延長，目的是使沉渣在循環(huán)沉淀槽流動期間逐步沉淀、膠體率逐步上升，經(jīng)過這一清渣過程的泥漿再次進入泥漿池滿足施工需求。同時，建議設(shè)置總泥漿池，包含泥漿池、沉漿池與廢漿池，每臺大直徑鉆孔灌注樁機都應(yīng)配備150 m3左右的泥漿池，并且設(shè)專人管理廢漿材料，通過循環(huán)監(jiān)督的方式監(jiān)管泥漿池內(nèi)的泥漿質(zhì)量，符合標準的泥漿繼續(xù)循環(huán)使用，而循環(huán)后不符合要求的廢漿則采取密封罐車的方式定期集中排放。通過以上方式改進泥漿調(diào)配和清渣技術(shù)，有助于在成孔作業(yè)過程中縮短單樁成孔時間，同時也有助于在后續(xù)清孔施工中縮短清孔時間、減少工作量。

3.清孔技術(shù)改進策略

超深埋深大直徑鉆孔灌注樁成孔所需施工時間較長，如果在施工過程中清孔工作處理不到位，那么將導(dǎo)致沉淀過厚，從而引起堵管、斷樁、夾層等問題，對后續(xù)施工產(chǎn)生負面影響，因此清孔技術(shù)的應(yīng)用與改進是十分必要的。超深埋深大直徑鉆孔灌注樁由于直徑較大、泥漿特性等原因，泥漿返流速度相對較慢，因此沉渣排出速度也較慢，應(yīng)分兩次開展清孔作業(yè)保障清孔質(zhì)量：第一次清孔時泥漿的密度粘度較大，應(yīng)充分利用大功率泥漿泵開展正循環(huán)清孔工作，將泥團、粗砂等殘渣排出孔內(nèi)，采取濃泥漿大泵量的方式攜渣，當浮泥漿中的塊體直徑小于1cm時，開始降低泥漿濃度，通過導(dǎo)入新泥漿的方式開展循環(huán)工作，保障第一次清孔工作任務(wù)完成后，采取下鋼筋籠、放置導(dǎo)管等方式開展第二次清孔工作，二次清孔主要清洗孔底，反復(fù)循環(huán)清洗降低泥漿比重，直到孔內(nèi)返出沉渣及泥漿的指標參數(shù)符合施工規(guī)范的各項要求。

4.鋼筋籠技術(shù)改進策略

鋼筋籠在鉆孔灌注樁施工中主要起到抗拉的作用，使灌注樁的樁身能夠承受一定的軸向拉力。當前，在超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工中，鋼筋籠上浮問題較為常見，建議的改進策略是在鋼筋籠的上空樁段加焊浮籠觀測籠，首先根據(jù)施工現(xiàn)場需求選取若干高質(zhì)量的縱筋，每隔2m設(shè)置固定箍筋的浮籠觀測籠，再分別將鋼筋籠與浮籠觀測籠預(yù)制在施工現(xiàn)場地面上，利用三點方式將每節(jié)鋼筋籠吊起并置于樁孔內(nèi)部，將上下兩節(jié)籠在孔口處對接，并進一步通過焊接的方法將兩節(jié)籠連接接長，最后檢查鋼筋籠有無變形情況，并利用焊接吊筋等技術(shù)定期觀測浮籠鋼筋籠情況，發(fā)現(xiàn)問題及時采取補焊等措施保障其能夠發(fā)揮應(yīng)有的抗拉作用。

5.結(jié)束語

綜上所述，超深埋深條件下的鉆孔灌注樁施工技術(shù)在我國高層、超高層建筑等施工現(xiàn)場具有廣闊應(yīng)用前景，應(yīng)結(jié)合施工規(guī)劃和施工現(xiàn)場需求，不斷在實踐中優(yōu)化施工技術(shù)策略。本文主要研究的改進策略包括：從鉆頭選取和參數(shù)設(shè)定兩個方面對成孔施工技術(shù)的改進、科學(xué)配比的泥漿調(diào)配改進、泥漿循環(huán)系統(tǒng)為代表的清渣技術(shù)改進、兩次作業(yè)的清孔技術(shù)流程改進、加裝浮籠觀測籠對鋼筋籠技術(shù)改進等等，目的是改善超深埋深大直徑鉆孔灌注樁成孔工藝，減少在超深埋深條件下大直徑鉆孔灌注樁施工中塌孔、孔壁縮徑等問題的發(fā)生。

除本文研究的上述改進策略以外，未來還可以從水下混凝土灌注、監(jiān)控攪拌質(zhì)量、控制導(dǎo)管埋置深度等具體施工環(huán)節(jié)入手，進一步探索超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)改進策略，為日后超深埋深大直徑鉆孔灌注樁施工的理論研究與實踐工作提供參考，提升大直徑鉆孔灌注樁施工的科學(xué)性。

參考文獻

[1]劉永紅.長江中下游復(fù)雜地層中超長鉆孔樁施工質(zhì)量控制[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（14）：50-53.

[2]江波，張明亮，王大綱，尋奧林.復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑灌注樁施工技術(shù)——以湖南廣播電視臺節(jié)目生產(chǎn)基地建設(shè)項目為例[J].中外建筑，2020（05）：173-176.

【基金項目：甘肅省教育廳2020年甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升項目“基于典型項目的超深大直徑灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用研究與實踐”（2020A-237）】

（作者單位：甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ）