長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁在水廠工程中的應(yīng)用及質(zhì)量控制

程 濤，柳彬彬，吳 笛，何秀鐸，高 挺

1.中建安裝集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000

2.合肥供水集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230011

1 工程概況

合肥六水廠提升改造工程項(xiàng)目位于合肥市蒙城北路與崗合路交叉口。六水廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)供水60萬(wàn)m3/d，采用常規(guī)處理工藝，水源取自大房郢水庫(kù)。該期新增30萬(wàn)m3/d的常規(guī)處理、深度處理工藝設(shè)施和生產(chǎn)廢水收集調(diào)節(jié)設(shè)施，以及對(duì)現(xiàn)狀60萬(wàn)m3/d規(guī)模的常規(guī)處理增加深度處理設(shè)施。該工程占地面積為39543.93m2，建筑面積為13417.89m2。

在城市水廠基礎(chǔ)工程施工中，水廠構(gòu)筑物基礎(chǔ)會(huì)采用鉆孔灌注樁作為樁基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)常用設(shè)備有旋挖機(jī)、回旋鉆機(jī)。然而施工過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)縮徑、塌孔、沉渣過(guò)多等問(wèn)題，且在施工過(guò)程中生成大量泥漿，同時(shí)施工場(chǎng)地內(nèi)需要配備泥漿池、沉淀池。施工過(guò)程中需制作泥漿，施工完成后需棄置泥漿，拆除泥漿池，故其工藝對(duì)環(huán)境及施工場(chǎng)地要求較高。該工程構(gòu)筑物基礎(chǔ)主要采用樁基礎(chǔ)+筏板形式，工程樁總共達(dá)到7304根。工程樁樁基數(shù)量大、施工周期長(zhǎng)，施工場(chǎng)地土質(zhì)較差、水塘較多，后期平整量大，場(chǎng)地標(biāo)高不均勻，部分位置與原有廠區(qū)相互交錯(cuò)，對(duì)項(xiàng)目前期施工壓力影響較大。根據(jù)工程特點(diǎn)及位置，計(jì)劃對(duì)“V”形濾池、平流沉淀池采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝（見(jiàn)圖1）。

圖1 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工

2 工藝特點(diǎn)

（1）長(zhǎng)螺旋鉆孔樁樁機(jī)施工時(shí)，對(duì)周邊環(huán)境要求低。樁機(jī)施工過(guò)程中采用干成孔作業(yè)，節(jié)省了制作泥漿、處理泥漿的環(huán)節(jié)，故長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)成樁速度快、效率高，能夠滿(mǎn)足水廠建設(shè)要求。

（2）長(zhǎng)螺旋鉆孔樁樁機(jī)成樁后，樁身混凝土質(zhì)量好，同時(shí)因混凝土從其機(jī)械長(zhǎng)桿中壓入，長(zhǎng)螺旋成孔過(guò)程中會(huì)對(duì)孔周邊土體產(chǎn)生擠壓作用，故成樁后的樁身混凝土密實(shí)、無(wú)斷樁、無(wú)縮徑等，同時(shí)與周邊土體結(jié)合較為密實(shí)。長(zhǎng)螺旋鉆孔施工工藝適用于黏土、淤泥流沙層、粉土、素填土、砂卵石層（粒徑范圍在0～10cm）地層，樁徑為0.4～1.0m，樁長(zhǎng)在30m以下，以及施工環(huán)境要求高的市政工程施工中。

3 工藝原理

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆至要求樁孔深度后，機(jī)械提鉆與壓入混凝土同時(shí)作業(yè)，通過(guò)機(jī)械施加內(nèi)部壓力，將混凝土從桿的中心送入已成孔中，再根據(jù)混凝土入樁的速率，將長(zhǎng)螺旋鉆桿鉆孔施工時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向逆方向旋轉(zhuǎn)將鉆桿向上提動(dòng)，等到混凝土灌注至要求標(biāo)高時(shí)，再通過(guò)機(jī)械自身的振動(dòng)桿振動(dòng)將鋼筋籠插入澆筑混凝土的樁孔中。鋼筋籠的標(biāo)高要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓入振動(dòng)桿已畫(huà)好的位置來(lái)劃線，避免高度錯(cuò)誤，至此成樁。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工流程圖

（1）施工準(zhǔn)備。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地進(jìn)行平整，相關(guān)機(jī)械進(jìn)場(chǎng)并組裝，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路準(zhǔn)備。

（2）測(cè)量放線。①確定軸線控制系統(tǒng)：依據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的樁位平面圖、規(guī)劃圖及有關(guān)要求，通過(guò)計(jì)算確定軸線系統(tǒng)，放樣后，對(duì)軸線系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)檢查，使控制系統(tǒng)誤差達(dá)到規(guī)范要求，所有的軸線均按規(guī)范要求設(shè)置并加以保護(hù)，以便復(fù)測(cè)檢查和驗(yàn)收。②樁位放樣：利用軸線控制系統(tǒng)，按照施工圖紙尺寸在現(xiàn)場(chǎng)丈量確定樁位，樁位放樣誤差控制在±10mm，樁位放樣記錄擬在正式施工前報(bào)監(jiān)理工程師審批。

（3）鉆機(jī)就位。機(jī)械移動(dòng)到指定位置后，使用長(zhǎng)螺旋機(jī)械的兩個(gè)方向的垂直標(biāo)桿檢查塔身?xiàng)U子的垂直度，在第一次鉆孔前，應(yīng)對(duì)樁機(jī)垂直度進(jìn)行校對(duì)，然后調(diào)整機(jī)械鉆桿使其中心對(duì)準(zhǔn)孔中心，垂直度偏差應(yīng)控制在機(jī)械高度的3‰以下，從而控制后期樁基樁孔的垂直度使其符合要求。需要指出的是，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)就位前，需要對(duì)施工區(qū)域地基進(jìn)行壓實(shí)處理，確保滿(mǎn)足長(zhǎng)螺旋機(jī)械施工要求。

（4）成孔。樁位點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)收合格，鉆機(jī)就位，開(kāi)始鉆孔。先將鉆機(jī)準(zhǔn)備就位、調(diào)整平整，然后進(jìn)行鉆進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

（5）混凝土泵送和機(jī)械提鉆?；炷凉嘧⒉⒊蓸?，鉆至要求深度后，鉆桿應(yīng)向上提動(dòng)一小段距離，以保證鉆桿底部閥門(mén)能夠打開(kāi)，然后通過(guò)混凝土泵將管路中的混凝土打入孔底，同時(shí)也相應(yīng)地提鉆。泵車(chē)打料時(shí)，開(kāi)始邊打邊拔鉆桿，速度應(yīng)控制在1.2～1.5m/min（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可根據(jù)混凝土泵車(chē)功率大小進(jìn)行相應(yīng)的改變）。在第一泵打完料時(shí)，等料期間，鉆桿繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止流沙埋鉆，然后邊打邊拔，直至成樁。為確保不出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，可以將提鉆前的速度與泵輸送混凝土的速度相匹配。超灌高度應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高0.3～0.5m。

（6）鋼筋籠后置。鋼筋籠應(yīng)做成錐形樁，便于后期鋼筋籠插入混凝土，同時(shí)能夠及時(shí)找正樁的中心位置。在鋼筋籠的上部設(shè)置固定位置，固定位置點(diǎn)應(yīng)牢固，確保拉繩能充分受力。在起吊過(guò)程中保證鋼筋籠成品質(zhì)量，緩緩?fù)ㄟ^(guò)導(dǎo)桿將鋼筋籠插入孔中，插入時(shí)先依靠鋼筋籠自身重量，然后利用機(jī)械上的振動(dòng)錘，將鋼筋籠振動(dòng)入孔。在插入鋼筋籠的過(guò)程中需嚴(yán)格控制鋼筋籠插入速度，一般控制1.3～1.6m/min比較適宜，同時(shí)用儀器提前確定標(biāo)高位置并劃線，等鋼筋籠插入至指定位置時(shí)，拔除鋼筋籠上方的振動(dòng)錘，取下鋼筋上面的鋼絲繩。

（7）移動(dòng)鉆機(jī)。待當(dāng)前樁施工完成，將機(jī)械移動(dòng)至下一根樁的位置進(jìn)行施工，常采用跳打法施工。長(zhǎng)螺旋鉆提鉆時(shí)，孔邊會(huì)堆積較多的土，遮蓋周邊已放好樁位，有時(shí)鉆機(jī)的支撐腿比較寬，在移動(dòng)時(shí)會(huì)碰動(dòng)周邊樁位點(diǎn)，使原來(lái)定好的樁位發(fā)生偏移，故任何樁基施工前都應(yīng)對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁基位置符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

（8）單體樁基施工完成28d后，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)樁的單樁承載力等進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)樁基承載力等是否滿(mǎn)足要求。

5 質(zhì)量控制

5.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）混凝土必須嚴(yán)格按照配合比拌和，試驗(yàn)人員要經(jīng)常對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)并做好現(xiàn)場(chǎng)試件。

（2）從源頭把控，材料進(jìn)場(chǎng)前對(duì)材料商明確相關(guān)要求，進(jìn)場(chǎng)后要及時(shí)對(duì)材料進(jìn)行取樣復(fù)試，不符合的材料嚴(yán)禁使用。

（3）現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要加強(qiáng)對(duì)施工各環(huán)節(jié)的管控，如對(duì)樁身長(zhǎng)度、提鉆速度、不間斷灌注混凝土、混凝土量、混凝土料與提管的順序等的管控，不符合圖紙及施工規(guī)范要求的地方要進(jìn)行整改，并對(duì)整改結(jié)果進(jìn)行復(fù)查，確保整改成效。

（4）樁基施工時(shí)，要全程跟班監(jiān)督。

5.2 常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

（1）混凝土管不通，堵塞。①混凝土配合比不符合長(zhǎng)螺旋施工要求。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)在施工時(shí)對(duì)混凝土和易性有所要求，一旦和易性較差，會(huì)導(dǎo)致堵管現(xiàn)象，因此要做混凝土的配合比試驗(yàn)，符合要求后方可進(jìn)行后續(xù)混凝土施工，坍落度應(yīng)控制在180～220mm。②商品混凝土質(zhì)量差。在施工過(guò)程中，泵送混凝土主要通過(guò)連接管道將其運(yùn)送至機(jī)械中心桿內(nèi)?；炷聊芊耥槙尺\(yùn)送至樁孔內(nèi)需要結(jié)合混凝土和易性來(lái)看，混凝土和易性較好，其水泥漿能夠潤(rùn)滑鉆桿，從而便于混凝土的輸送?，F(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐中，主要通過(guò)判斷坍落度大小來(lái)判斷混凝土是否順暢施工至孔內(nèi)。如果坍落度太大，在外界泵的作用下，混凝土極易形成離析，從而堵管；如果坍落度太小，混凝土在管道內(nèi)的流動(dòng)不順暢，會(huì)導(dǎo)致管道不通、堵塞。③人員不熟練，機(jī)械操作存在問(wèn)題。鉆桿管內(nèi)混凝土形成連續(xù)流時(shí)，需提升鉆頭。如果鉆頭提升時(shí)間不當(dāng)，混凝土就會(huì)在泵的壓力下將鉆頭處的水泥漿擠出，導(dǎo)致管道擁堵。④冬期施工未采用相應(yīng)的措施，未對(duì)混凝土泵管及彎頭采取防凍措施，從而使混凝土管或彎頭處的混凝土凝固，造成堵管。進(jìn)入冬期施工時(shí)，可適當(dāng)考慮加熱水提高混凝土出料溫度，熱水溫度要適宜，不宜太高，否則會(huì)使混凝土初凝時(shí)間提前，導(dǎo)致管路不通，影響現(xiàn)場(chǎng)成樁質(zhì)量。⑤機(jī)械設(shè)備存在問(wèn)題。若設(shè)備上彎頭半徑與實(shí)際使用要求不符，彎頭位置不能與鉆桿有效連接，則彎頭及其連接處均需弧度合理、連接順暢，方便泵送。同時(shí)要經(jīng)常清洗泵管，避免管線內(nèi)經(jīng)混凝土長(zhǎng)期使用后形成凝結(jié)點(diǎn)，這對(duì)泵的后續(xù)使用影響較大。

（2）竄孔。如果施工區(qū)域土質(zhì)為淤泥土、粉細(xì)土，則成樁會(huì)出現(xiàn)竄孔現(xiàn)象。在上一根樁施工完成后進(jìn)行下一根樁基施工時(shí)，鉆孔后會(huì)出現(xiàn)剛成樁的混凝土在混凝土面未初凝的情況下而下沉的現(xiàn)象；而當(dāng)另外一根樁灌注混凝土?xí)r，前面施工成樁的樁頂開(kāi)始回升，造成兩孔混凝土同時(shí)升起來(lái)，形成竄孔現(xiàn)象。發(fā)生竄孔現(xiàn)象時(shí)要注意是否是以下原因?qū)е碌模菏┕^(qū)域的土里面有流沙層、淤泥土或者粉細(xì)沙土；鉆孔時(shí)葉片對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)；鉆孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使土體變松散。此時(shí)可采取以下措施：采取樁基間隔施工的方法；竄孔嚴(yán)重區(qū)域盡量采取間斷施工，以減少對(duì)已完成的樁基的擾動(dòng)；鉆進(jìn)速度要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（3）樁頭空芯。出現(xiàn)樁頭空芯的最大原因是機(jī)械原有空氣閥門(mén)工作不正常，機(jī)械鉆孔時(shí)管內(nèi)空氣較多，在混凝土泵入的時(shí)候，排氣閥不能有效地將空氣排出來(lái)，這樣致使樁里面有氣體，形成空芯。為了避免這種現(xiàn)象，應(yīng)經(jīng)常檢查空氣閥門(mén)的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)處理。

（4）樁端不飽滿(mǎn)。施工過(guò)程中可能會(huì)先打開(kāi)鉆桿內(nèi)的閥門(mén)，將鉆桿先提升，樁孔內(nèi)再泵入混凝土。此時(shí)間差可能會(huì)導(dǎo)致樁頭上的土掉入樁頂上部或者由于孔內(nèi)水豐富使混凝土無(wú)法有效將水?dāng)D出，從而對(duì)樁身質(zhì)量產(chǎn)生影響。后續(xù)施工時(shí)為避免類(lèi)似現(xiàn)象，應(yīng)要求工人做好工序銜接，確保提鉆后能夠迅速泵入混凝土。

6 技術(shù)意義及效益

長(zhǎng)螺旋鉆鉆孔灌注樁施工與傳統(tǒng)樁基施工工藝相比，具有速度快、成本低、環(huán)境污染小、施工噪聲小的特點(diǎn)，比深層攪拌樁加固效果更好，承載力更高。

（1）成本低。長(zhǎng)螺旋施工工藝在樁基施工中，施工造價(jià)比傳統(tǒng)樁基施工低25～30元/m，減少了工程施工成本。

（2）速度快。長(zhǎng)螺旋鉆在該工程施工中每天能施工60～70根，而旋挖機(jī)施工成樁每天僅能達(dá)到30根左右，如果扣除夜間施工因素，每天只能施工20～22根。長(zhǎng)螺旋施工工藝極大地縮短了工程工期，加快了工程的施工進(jìn)度。

（3）成樁質(zhì)量較好。長(zhǎng)螺旋鉆孔樁一次成孔，混凝土一次澆筑，且施工過(guò)程中對(duì)周邊土體有擠壓效果，成樁質(zhì)量高，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆孔樁樁基檢測(cè)效果較好，單樁承載力高。

（4）對(duì)環(huán)境影響小、噪聲小。與旋挖機(jī)施工相比，長(zhǎng)螺旋鉆法對(duì)土體擠壓較小，對(duì)毗鄰建筑物影響小；施工時(shí)噪聲小，無(wú)泥漿等廢水排放，對(duì)周邊環(huán)境影響小。

綜上，長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工優(yōu)點(diǎn)較多，在工程實(shí)踐中有較好的應(yīng)用前景，特別是在水廠工程樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中成樁效果好、承載力高，在當(dāng)今環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格的城市施工中具有較大的發(fā)展空間。