大直徑深孔灌注樁施工技術(shù)

湯繼友

（上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 200941）

1 工程概況

某超高層建筑工程，主樓68 層，高度323.3m，建筑面積約229450m2。建筑基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁，主樓部分含242 根長(zhǎng)樁和108 根短樁，具有大直徑、深孔的特點(diǎn)，其中長(zhǎng)樁樁徑1100mm，長(zhǎng)度 90～130m 不等；短樁樁徑 800mm，長(zhǎng)度 50～80m 不等。樁基持力層選擇的是中風(fēng)化基巖，考慮到穩(wěn)定性要求，深入中風(fēng)化基巖1.1m 或深入強(qiáng)風(fēng)化基巖10m。

2 大直徑深孔灌注樁的施工難點(diǎn)

（1）樁體長(zhǎng)度較大。樁尖進(jìn)入持力層-2 層的深度需超過(guò)10m，否則將難以維持樁體的穩(wěn)定性；若-2 層厚度在10m 以?xún)?nèi)，出于安全層面的考慮，樁尖進(jìn)入-3 層中風(fēng)化層的深度需要超過(guò)1.1m；樁長(zhǎng)明顯偏大，對(duì)鉆進(jìn)方法以及樁身垂直度控制均提出較高的要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜。淤泥層厚度達(dá)到30 余米，樁體施工范圍內(nèi)分布有全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層，其中夾雜部分厚度不一的中風(fēng)化殘留體；在各樁體施工中，有201 根樁的持力層深入至中風(fēng)化基巖中，該處的地質(zhì)具有平衡性不足、傾角大的基本特點(diǎn)，因此加大了樁體的施工難度。

（3）殘留體的干擾作用較強(qiáng)。中風(fēng)化基巖的抗壓強(qiáng)度達(dá)到180MPa，在相對(duì)較大的強(qiáng)度下明顯加大鉆進(jìn)難度。其中，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖中還存在部分中風(fēng)化殘留體，該部分的厚度不均，達(dá)到0.5～14m，層面以?xún)A斜狀為主，受此影響，鉆進(jìn)過(guò)程中容易引發(fā)卡鉆、孔斜、堵管等問(wèn)題，導(dǎo)致鉆進(jìn)施工進(jìn)程受阻，鉆孔質(zhì)量的可控性較差，不利于后續(xù)工作的順利開(kāi)展。

（4）孔壁穩(wěn)定性要求高。施工現(xiàn)場(chǎng)的淤泥層厚度達(dá)到2～40m，各處缺乏均勻性，受淤泥層不穩(wěn)定的影響，鉆孔時(shí)孔壁的成型效果較差，例如容易發(fā)生坍塌，需切實(shí)做好護(hù)壁工作。反循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程中要求嚴(yán)格控制泥漿的制備參數(shù)及施工質(zhì)量，切實(shí)發(fā)揮出泥漿護(hù)壁的作用。

3 施工技術(shù)關(guān)鍵要點(diǎn)

3.1 施工機(jī)械的配置

GPS-30A 型鉆機(jī)6 臺(tái)套，輔以4PNL 泥漿泵、6BSA 砂石泵、φ245 氣舉反循環(huán)鉆桿；4 臺(tái)套 GPS-20HA 型鉆機(jī)，輔以 3PNL 泥漿泵、6BSA 砂石泵、φ194 鉆桿。此外，根據(jù)淺孔、深孔兩類(lèi)孔的鉆進(jìn)施工要求，分別為之適配的是GPS-30A 型鉆機(jī)、GPS-20HA 型鉆機(jī)。

3.2 鉆進(jìn)方法

鉆進(jìn)采用泵吸反循環(huán)的方法。鉆孔深度較大，對(duì)鉆機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提出較高的要求，必須精準(zhǔn)調(diào)整鉆機(jī)的姿態(tài)，使其在施工全流程中均維持水平狀態(tài)。鉆進(jìn)初期以輕壓慢轉(zhuǎn)的方式為主，遇第四系松散層時(shí)采用的是單腰帶三翼刮刀鉆頭，實(shí)施“大泵量、中轉(zhuǎn)速”的鉆進(jìn)模式，以便高效切削土體?？紤]到鉆孔傾斜度控制要求，下入鉆桿導(dǎo)正器起到輔助作用。遇易斜地層時(shí)宜采取減壓鉆進(jìn)的方法。

鉆進(jìn)期間密切關(guān)注深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件，靈活優(yōu)化泥漿的性能，使其比重穩(wěn)定在1.15～1.20，利用泥漿有效護(hù)壁。鉆進(jìn)期間及時(shí)撈取鉆渣，對(duì)鉆進(jìn)所在位置的地質(zhì)條件做出判斷，以便根據(jù)此方面的情況對(duì)鉆進(jìn)速度和泥漿性能做靈活的調(diào)整，達(dá)到動(dòng)態(tài)化施工的效果[1]。鉆孔施工如圖1 所示。

圖1 鉆孔施工

3.3 鋼筋籠下放

鋼筋籠分節(jié)拼裝成型，主筋為20 根φ22 鋼筋。若采用焊接的方法則存在施工工作量較大、效率較低的局限性。對(duì)此，主筋利用滾壓直螺紋套筒連接，實(shí)際結(jié)果表明各接頭所需時(shí)間約為30min，可以兼顧質(zhì)量和效率的雙重要求。為避免鋼筋籠偏心問(wèn)題，按2m 的間隔依次布設(shè)定位鋼筋，同時(shí)在該處配套砂漿墊塊。鋼筋籠施工如圖2 所示。

3.4 清孔

鉆孔深度較大，泥漿用量偏多，為保證清孔質(zhì)量，采取分階段（2 次）清孔的方法，即在終孔時(shí)和混凝土澆筑前分別組織一次清孔作業(yè)。第一次清孔時(shí)不宜提升鉆頭，以慢速反循環(huán)的方式推進(jìn)；二次清孔時(shí)利用澆筑導(dǎo)管完成。加強(qiáng)對(duì)泥漿比重的檢測(cè)，終孔前該值需在1.15～1.20 區(qū)間內(nèi)?？紤]到清孔效果和時(shí)間的要求，在二次清孔時(shí)利用吊車(chē)穩(wěn)定吊住吊管，將其適當(dāng)向上提升，距孔底有一段距離后開(kāi)始送漿清孔，此后以緩慢的速度下放導(dǎo)管，要求管的底端距孔底300～500mm，在該位置關(guān)系下全泵量清孔。清孔需具有持續(xù)性，期間適當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)管，以便高效排出賦存在孔底四周的沉渣。

3.5 混凝土灌注

自二次清孔后，在隨后的25min 內(nèi)組織混凝土灌注作業(yè)，以免再次出現(xiàn)孔內(nèi)沉渣量增多的情況，否則需進(jìn)一步檢測(cè)孔內(nèi)沉渣并根據(jù)實(shí)際情況安排清孔。灌漿管需具有嚴(yán)密性與順暢性，為滿(mǎn)足連續(xù)性的灌注施工要求，配備足夠容量的初灌大斗，確保導(dǎo)管埋深可達(dá)到0.8m 以上。樁孔深度較大，灌注過(guò)程中易形成大厚度的浮漿，并且空孔段的長(zhǎng)度達(dá)到18m，因此混凝土灌注施工期間的控制性因素較多，必須加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)管埋深及混凝土質(zhì)量的控制[2]。根據(jù)灌注的時(shí)間要求，應(yīng)保證混凝土的初凝時(shí)間達(dá)到10h以上。

4 大直徑深孔灌注樁施工的控制措施

大直徑深孔灌注樁的施工難度較大，施工過(guò)程中存在諸多干擾因素，因此必須嚴(yán)格遵循規(guī)范，按照特定的要求施工，準(zhǔn)確把握施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，切實(shí)提高大直徑深孔灌注樁的施工質(zhì)量。對(duì)此，提出如下幾項(xiàng)控制措施：

（1）垂直度的控制。鉆機(jī)就位時(shí)調(diào)平，使其呈水平狀態(tài)且維持穩(wěn)定；調(diào)整鉆機(jī)塔架頭部滑輪、轉(zhuǎn)盤(pán)中心及樁位，要求達(dá)到三點(diǎn)共線(xiàn)的狀態(tài)；鉆機(jī)運(yùn)行全過(guò)程中機(jī)身均要維持穩(wěn)定，以免出現(xiàn)位移、傾斜現(xiàn)象；正式鉆進(jìn)前滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，用于判斷鉆機(jī)的運(yùn)行特性，若存在故障則及時(shí)處理，以免“將問(wèn)題帶到施工中”。鉆進(jìn)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件而定，黏土層以Ⅱ擋（70r/min）為宜，鉆壓適當(dāng)減小，允許以較快的速度鉆進(jìn)；遇砂層土等特殊的地質(zhì)條件時(shí)宜放慢轉(zhuǎn)速，以Ⅰ擋（40r/min）為宜，同時(shí)適當(dāng)加大鉆進(jìn)壓力。

此外，鉆進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)檢查，例如樁架是否有失穩(wěn)的情況，現(xiàn)場(chǎng)土體是否有大幅度下陷的情況。在鉆桿的接長(zhǎng)以及拆除過(guò)程中對(duì)鉆桿接頭的實(shí)際情況做詳細(xì)的檢查，例如其連接是否具有緊密性。正式鉆孔前檢查鉆頭的直徑以及完整度，若有較大范圍的磨損則及時(shí)修補(bǔ)或更換，直至鉆頭各方面均可滿(mǎn)足要求為止。

（2）沉渣厚度的控制。成孔后適當(dāng)向上提高鉆頭，使其與孔底保持10～20cm 的距離，以慢速的狀態(tài)空轉(zhuǎn)，并保證循環(huán)清孔時(shí)間達(dá)到30min 及以上。在鋼筋籠吊放過(guò)程中檢查并調(diào)整鋼筋籠的中心，確保其能夠與樁中心重合，否則容易由于鋼筋籠偏位而發(fā)生碰撞孔壁的情況。混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管底部至孔底的距離控制在30～40mm，為滿(mǎn)足導(dǎo)管一次埋深達(dá)到1.0m 以上的要求，需有足夠的混凝土儲(chǔ)備量，在灌注過(guò)程中，依托于混凝土的沖擊力有效清理孔底的沉渣，避免沉渣超量的問(wèn)題[3]。

（3）定期檢查，加以預(yù)防。鉆孔超深，若因操作不當(dāng)或其他原因而出現(xiàn)孔內(nèi)質(zhì)量問(wèn)題，將明顯加大處理難度。對(duì)此，在成孔期間需加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，防微杜漸，從源頭上避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。例如，在鉆進(jìn)期間及時(shí)檢查鉆具，若有受損等缺陷則及時(shí)采取維修等相關(guān)處理措施。

（4）全面控制各項(xiàng)作業(yè)參數(shù)。充盈系數(shù)是大直徑深孔灌注樁施工中的重點(diǎn)控制指標(biāo)，應(yīng)充分考慮導(dǎo)正器對(duì)樁孔的擴(kuò)徑、鉆桿的剛度、鉆進(jìn)參數(shù)（例如鉆壓、轉(zhuǎn)速）等因素，其均會(huì)對(duì)充盈系數(shù)帶來(lái)影響。施工中加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)與控制，使其均具有合理性，進(jìn)而確保充盈系數(shù)得到有效的控制。

（5）加大清孔力度?？變?nèi)沉渣將直接對(duì)樁體的承載力帶來(lái)影響，而樁孔深度較大，需要采取有效的清孔措施，保證清孔質(zhì)量、縮短清孔時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大直徑深孔灌注樁對(duì)于改善施工條件具有重要作用，其在現(xiàn)代建筑的地基處理中取得廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際施工中需以現(xiàn)場(chǎng)條件為立足點(diǎn)，合理應(yīng)用施工技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化，做好對(duì)鉆孔、清孔、混凝土灌注等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，全面保證大直徑深孔灌注樁的施工質(zhì)量。