長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁在護(hù)岸工程中的應(yīng)用

趙子江 ，陳 強(qiáng)

（1.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300350；2.天津港航工程有限公司，天津 300457）

引言

護(hù)岸工程是一種復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu)，該類工程需要加固河流岸坡或者沖積平原中的軟土地基，要求處理后的軟土有足夠的地基承載力，同時(shí)改善河岸邊坡軟土的剪切、滲透屬性指標(biāo)，以滿足水工結(jié)構(gòu)抗滑移邊坡穩(wěn)定性[1-3]。在河流岸坡高水位線地區(qū)進(jìn)行樁基施工，常用的水下灌注樁施工工藝有振動(dòng)沉管法、泥漿護(hù)壁法和長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)連續(xù)鉆進(jìn)法[4]。沉管灌注樁由于擠土效應(yīng)使得孔壁松動(dòng)，環(huán)保性能差，且進(jìn)入堅(jiān)硬土層比較困難，僅適用于松散的沙土地質(zhì)[5]。泥漿護(hù)壁工藝在環(huán)保、工效、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等方面均存在一定的不足之處。長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁技術(shù)具有貫穿能力強(qiáng)、施工快速、對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)，是一種針對(duì)各類地質(zhì)條件具有廣泛適用性樁基施工工藝[6-7]。本文結(jié)合京杭運(yùn)河某基護(hù)岸工程，詳細(xì)闡述長(zhǎng)螺旋灌注樁施工工藝在軟土地區(qū)的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程為京杭運(yùn)河嘉興段護(hù)岸工程，起自浙江兩省交接處的鴨子壩，終于齊界橋處，航道總長(zhǎng)約42.76公里。承建的標(biāo)段（桐鄉(xiāng)段）建設(shè)規(guī)模為：建設(shè)里程9.74km，護(hù)岸總長(zhǎng)10.6km，改建橋梁一座以及服務(wù)區(qū)一處。其中3種結(jié)構(gòu)形的護(hù)岸（C型、D1型、D2型）采用鉆孔灌注樁作為地基處理的方式。C型護(hù)岸樁長(zhǎng)8m與12m，φ600mm，縱向間距3m（6m）；D1型護(hù)岸樁長(zhǎng)16m與18m，φ800mm，縱向間距2.6m；D2型護(hù)岸樁長(zhǎng)16m，φ800mm，縱向間距2.6m。

1.2 地質(zhì)概況

擬建工程地處浙北平原區(qū)，地勢(shì)低平開闊，河網(wǎng)密布，地面高程在1.0-4.0m之間（1985國(guó)家高程）。路線經(jīng)過(guò)地區(qū)田地、苗木地、魚塘，部分分布村莊、道路等。該區(qū)域土層為第四系欠固結(jié)沉積層，主要為沖湖相、海相、沖海相沉積層。根據(jù)部分鉆孔揭露，第四系松散沉積層厚度多在49.8-70.9m之間，包括上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的地層。

2 施工工藝

2.1 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的灌注樁施工工藝（正反循環(huán)鉆等）相比，長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）環(huán)保及文明施工

施工過(guò)程無(wú)需泥漿護(hù)壁，有效降低了對(duì)周邊環(huán)境造成的污染，提升了施工現(xiàn)場(chǎng)的整潔度；同時(shí)在施工中產(chǎn)生的噪音低，對(duì)附近區(qū)域影響較小。有利于文明施工及環(huán)境保護(hù)。

（2）較少的施工布置面積不污染周邊環(huán)境

施工前完成場(chǎng)地清平，不需水源、不受地下水位影響，對(duì)施工環(huán)境的要求較低。無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池，可為灌注樁的順利施工創(chuàng)造良好的條件。

（3）單樁承載力較高、施工質(zhì)量保證

混凝土砂漿采用壓灌方式注入，與樁孔四周結(jié)合較為緊密；同時(shí)由于不使用護(hù)壁泥漿，無(wú)樁孔泥皮和孔底虛土，不易引發(fā)斷樁、縮徑、塌孔或地表隆起等現(xiàn)象。可以有效提升樁側(cè)阻力和樁端阻力。

2.2 施工工藝流程

將長(zhǎng)螺旋鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度，起鉆的時(shí)候，通過(guò)鉆桿的中心孔，以一定速率提升鉆桿，同時(shí)將混凝土泵送至樁底鉆孔中，灌注混凝土終止位置應(yīng)當(dāng)不低于設(shè)計(jì)標(biāo)高（壓灌混凝土到樁頂時(shí)，灌入的混凝土要超出樁頂80cm，以保證樁頂混凝土強(qiáng)度），然后利用自重下沉法或采用振動(dòng)輔助將鋼籠沉至設(shè)計(jì)的樁底深度，混凝土灌注樁澆筑完成（見圖1）。

圖1 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工流程

2.3 施工效率

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁成樁速度與常規(guī)工藝相比有顯著的提升，能夠大大提高施工效率。

以本項(xiàng)目施工的灌注樁為例（12m長(zhǎng)，直徑600mm，超灌量為0.8m），單根樁的施工步驟主要由鉆孔、灌注混凝土、下插鋼筋籠組成，其中：鉆進(jìn)成孔時(shí)鉆桿速率約為1.5m/min；提升鉆桿、灌注混凝土?xí)r鉆桿速率約為0.8m/min；下插鋼筋籠的速率約為1.2m/min，這樣單根樁的施工時(shí)間約為40min，明顯優(yōu)于其他鉆孔灌注樁施工技術(shù)。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 材料把控

（1）混凝土采用預(yù)拌混凝土以滿足和易性和沁水性要求，初凝時(shí)間大于6小時(shí)，塌落度控制在180-220mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

（2）本項(xiàng)目配選用 PO42.5水泥，強(qiáng)度等級(jí)高于PO32.5質(zhì)量，具有出廠合格證明文件，檢測(cè)報(bào)告顯示符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定。

（3）選用含泥量小于3%的干凈的中砂作為水泥拌和料，選用含泥量小于2%、粒徑5-16mm的卵石或碎石，作為水泥拌和骨料。砂和碎石滿足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。

（4）粉煤灰、外加劑質(zhì)量符合JGJ/T 233-2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，摻量和種類根據(jù)施工季節(jié)通過(guò)配比試驗(yàn)確定。攪拌用水應(yīng)符合JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

（5）本項(xiàng)目采用的主筋及加強(qiáng)筋型號(hào)為HRB400，箍筋型號(hào)為HRB300，并有出廠合格證明文件，檢測(cè)報(bào)告顯示鋼筋品種、規(guī)格、性能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 施工機(jī)具選擇

（1）根據(jù)工程所在場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件、成孔直徑、深度要求選擇長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)型號(hào)。本項(xiàng)目選用樁機(jī)見圖2，主要參數(shù)見表1。

（2）灌注設(shè)備：混凝土輸送泵的輸送能力為50-60m3/h，采用內(nèi)徑大于150mm高壓軟管連接混凝土輸送泵與鉆機(jī)的中心鋼管。

（3）鋼筋籠加工設(shè)備：本項(xiàng)目設(shè)立了鋼筋加工場(chǎng)地，配備了鋼筋彎曲機(jī)、滾焊機(jī)、切割機(jī)等整套鋼筋加工設(shè)備。

（4）鋼筋籠植入設(shè)備：振動(dòng)錘、吊車等。

圖2 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)

表1 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)參數(shù)

3.3 灌注樁施工質(zhì)量控制

3.3.1 鉆進(jìn)成孔

（1）鉆機(jī)就位后，調(diào)整機(jī)身垂直度使鉆塔垂直，保證樁位中心和鉆頭重合。

（2）開動(dòng)鉆機(jī)前，清理嵌套在鉆桿、鉆頭上的土塊、混凝土殘?jiān)?/p>

（3）開鉆時(shí)，需關(guān)閉鉆頭閥門，以較慢的轉(zhuǎn)速與地面接觸，根據(jù)本項(xiàng)目土質(zhì)情況控制正常鉆進(jìn)速度為1.50m/min。

（4）鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，不允許反轉(zhuǎn)或提升。如受施工因素影響確實(shí)需要反轉(zhuǎn)或提升操作，需將鉆頭提升至地面，對(duì)鉆尖須重新清洗方可繼續(xù)下鉆。

（5）及時(shí)清理鉆孔旋轉(zhuǎn)排出的土方，并統(tǒng)一堆放到指定地點(diǎn)，避免對(duì)施工造成干擾。

（6）在鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)鉆頭受阻力太大無(wú)法旋轉(zhuǎn)，應(yīng)立即斷電停止鉆進(jìn)。

（7）鉆孔時(shí)如鉆機(jī)固定裝置失效時(shí)，停止鉆進(jìn)并查找原因，待排除障礙后恢復(fù)施工。

3.3.2 鋼筋籠下插

（1）放置鋼筋籠工序在混凝土灌注工序后進(jìn)行。

（2）筋籠頂部與振動(dòng)裝置應(yīng)進(jìn)行牢固連接。

（3）夾緊鋼筋籠后方可起吊。鋼筋籠下插時(shí)應(yīng)采用雙向線垂直度觀察法，確保鋼筋籠垂直度，鋼筋籠下部尖端對(duì)準(zhǔn)已樁位的中心。

（4）下插鋼筋籠時(shí)，先利用振動(dòng)錘與鋼筋籠的自重緩慢下沉至最大深度，無(wú)法繼續(xù)下沉?xí)r開啟振動(dòng)錘輔助下沉，防止過(guò)早啟用振動(dòng)錘振動(dòng)導(dǎo)致中心偏差太大。鋼筋籠一次性連續(xù)下放。

（5）開槽及樁間土清理應(yīng)在成樁7天后待樁身強(qiáng)度滿足規(guī)范要求后進(jìn)行。

3.3.3 質(zhì)量檢測(cè)

灌注樁樁基檢測(cè)應(yīng)按照《港口工程樁基動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》（JTJ249-2001）的要求操作，所有的樁都進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。鉆芯取樣應(yīng)在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，取樣樁數(shù)量占總樁數(shù)的比例為3%。

4 施工難點(diǎn)及解決方案

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工不易出現(xiàn)常規(guī)工藝容易出現(xiàn)的斷樁、縮徑、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題，施工質(zhì)量較好。但長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工中也出現(xiàn)過(guò)一些質(zhì)量問(wèn)題，匯總?cè)缦隆?/p>

4.1 灌注樁垂直度不足

出現(xiàn)原因：

主要為場(chǎng)地不夠平整，樁機(jī)未能對(duì)中，或者地質(zhì)原因造成鉆桿跑偏等情況。

控制措施：

（1）施工前進(jìn)行場(chǎng)地整平，防止鉆機(jī)偏斜。

（2）鉆孔過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆桿的垂直度。

4.2 鋼筋籠上浮

出現(xiàn)原因：

樁布置太密、施工時(shí)候相鄰樁相互影響、樁周土被擠密造成鋼筋籠上浮。

控制措施：

（1）相鄰樁間距不超過(guò)1.3m時(shí)隔一個(gè)樁跳打施工，避免出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。

（2）前一根樁樁身混凝土初凝完成后再進(jìn)行下一根樁施工，前一個(gè)樁的鋼筋籠不會(huì)上浮。

5 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁因其工效高、成本低而在工程中應(yīng)用越來(lái)越多。本文結(jié)合京杭運(yùn)河某基護(hù)岸工程，總結(jié)了長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)難點(diǎn)并提出了解決方案，對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，可為相似地質(zhì)條件的項(xiàng)目提供參考。