多支盤鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

蔡歷穎 中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司助理工程師

李 龍 中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司高級(jí)工程師

1 引言

擠擴(kuò)支盤灌注樁作為一種摩擦端承樁，利用液壓擠擴(kuò)設(shè)備對(duì)持力層界面的土層進(jìn)行擠擴(kuò)，使之形成一個(gè)或多個(gè)擠擴(kuò)盤，以提高樁基承載力[1]。多支盤鉆孔灌注樁比普通鉆孔灌注樁多一道擠擴(kuò)成盤和相應(yīng)的清孔工序，施工顯得復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求更高。因此，本文針對(duì)多支盤鉆孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行研究，包括施工工藝流程以及施工操作要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，通過(guò)工程實(shí)踐，總結(jié)該類多支盤鉆孔灌注樁施工技術(shù)問(wèn)題、難點(diǎn)及控制要點(diǎn)，特編制此工法，為類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

四川某工程項(xiàng)目中，樁基采用多支盤鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，盤（支）徑1 600 mm，盤支組合為兩盤，盤支位于礫砂含卵石層面、礫砂含卵石層內(nèi)，樁端持力層為破碎帶，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值4 200 kN，單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值不小于7 000 kN。

采用本工法進(jìn)行多支盤鉆孔灌注樁施工完畢后進(jìn)行檢測(cè)，靜載結(jié)論：不小于7 500、8 130、8 860、7 420 kN；動(dòng)測(cè)結(jié)論：Ⅰ類樁89.3%，Ⅱ類樁10.7%；工程質(zhì)量滿足規(guī)范和合同要求。

該工程項(xiàng)目中的樁基由原普通鉆孔灌注樁改為多支盤鉆孔灌注樁，總樁長(zhǎng)由7 137 m 減小為4 139 m，混凝土量由3 568.5 m3減小為2 079.5 m3，節(jié)約混凝土量1 489 m3，節(jié)約投資約180 萬(wàn)元，共縮短工期2 個(gè)月。

3 多支盤鉆孔灌注樁施工工藝特點(diǎn)及流程

3.1 施工工藝特點(diǎn)

（1）支盤樁一般適用于粘性土、粉土、填土、中等密實(shí)及以上的砂土、殘積土層。地下水位上下均可選擇適用的工藝進(jìn)行施工。

（2）施工工藝較為簡(jiǎn)單，操作較方便，擠擴(kuò)機(jī)移動(dòng)靈活?？沙浞职l(fā)揮各巖層的承載力，減小樁長(zhǎng)及樁徑，提高樁的承載力。

（3）該施工工藝適合支盤成型的持力層有硬可塑、硬塑、堅(jiān)硬的黏性土；中密、密實(shí)的粉土和砂土；軟質(zhì)巖層的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化帶。適用的樁徑一般為450 ～1 000 mm，最大盤（支）徑為900 ～1 900 mm，盤徑比為1.5 ～2.0之間。

（4）對(duì)孔壁的保護(hù)不需采取特別措施，僅在擴(kuò)孔后及時(shí)往孔內(nèi)添加泥漿保持水頭壓力即可。

（5）由于大大增加了端承面積，把土層中的硬層端阻充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，每立方米混凝土完成承載力可提高1.7 ～2.3倍，因此在承載力滿足的情況下，可通過(guò)縮短樁長(zhǎng)、減小樁徑來(lái)降低造價(jià)，同時(shí)由于單樁承載力的提高又可以減小布樁面積，大大節(jié)約承臺(tái)的造價(jià)。

（6）在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)可利用的持力層層數(shù)越多、厚度越大則支盤樁的優(yōu)勢(shì)性也越明顯，即使某些嵌巖樁的端承嵌巖（軟質(zhì)巖層），其上若有硬土、砂土持力層分布，除充分利用做承力盤，使承載力繼續(xù)增大外，嵌巖深度及樁徑還可適當(dāng)調(diào)整，對(duì)提高工程施工進(jìn)度十分有利。

3.2 施工工藝流程

利用液壓擠擴(kuò)設(shè)備對(duì)持力層界面的土層進(jìn)行擠擴(kuò)，使之形成一個(gè)或多個(gè)擠擴(kuò)盤，以提高樁基承載力。施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 液壓擠擴(kuò)多支盤混凝土灌注樁施工工藝流程

4 施工操作要點(diǎn)

4.1 擠擴(kuò)前各工序要點(diǎn)

（1）定位測(cè)量：測(cè)量放樣控制網(wǎng)采用極坐標(biāo)控制網(wǎng)，但較為簡(jiǎn)單的建筑物軸線可采用平面直角坐標(biāo)網(wǎng)進(jìn)行控制。護(hù)筒的位置通過(guò)每一樁位的“十”字控制架進(jìn)行調(diào)整。護(hù)筒施工完畢待混凝土硬結(jié)后，直接在混凝土護(hù)筒面上標(biāo)注“十”字控制點(diǎn)作為施工中樁位復(fù)核的參照點(diǎn)。

（2）護(hù)筒埋設(shè)：應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)筒進(jìn)行孔口定位及孔口土層保護(hù)。開挖的最小處直徑≥D+300 mm（D 為設(shè)計(jì)樁徑）。開挖深度應(yīng)該為自然地面下的1 500 mm，護(hù)筒口伸出地面100 mm并留出水企口。

（3）成孔：采用泥漿護(hù)壁成孔方式。成孔中應(yīng)及時(shí)撈取各巖層的渣樣，在設(shè)計(jì)盤（支）承力層的應(yīng)做到每200 mm撈1次渣。鉆進(jìn)泥漿性能指標(biāo)如表1所示。

表1 鉆進(jìn)泥漿性能指標(biāo)

（4）終孔標(biāo)準(zhǔn)：一般以進(jìn)入持力層深度控制。持力層面界定的方法：經(jīng)常復(fù)核地質(zhì)報(bào)告和巖層渣樣，參照跳鉆觀察（直觀感受鉆機(jī)運(yùn)行情況），分析巖層渣樣，與地質(zhì)勘察報(bào)告中的巖樣分析相比對(duì)以確定鉆頭所處的巖層位置。

4.2 擠擴(kuò)

在擠擴(kuò)前由吊車起吊擠擴(kuò)分支器在地面進(jìn)行弓壓臂預(yù)張縮，以檢查擠擴(kuò)支盤機(jī)的各項(xiàng)性能，并對(duì)成孔的質(zhì)量進(jìn)行檢查，依據(jù)地質(zhì)報(bào)告對(duì)擠擴(kuò)土層的擠擴(kuò)首壓力值進(jìn)行預(yù)估，然后計(jì)算出分支次數(shù)，采用雙半圓環(huán)形分度盤進(jìn)行分支角度標(biāo)識(shí)。擠擴(kuò)大樣圖如圖2 所示。

圖2 多支盤樁擠擴(kuò)大樣圖

第一次清孔泥漿循環(huán)時(shí)必須使泥漿及時(shí)凈化、經(jīng)常除砂，必要時(shí)對(duì)泥漿予以全部置換泥漿，降低含砂率及表現(xiàn)密度、提高粘度、減少沉淤。若達(dá)不到要求，可在清理循環(huán)池、循環(huán)溝后，投放泥漿粉或水泥，換漿循環(huán)至符合要求。擠擴(kuò)時(shí)應(yīng)隨時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)充符合要求的泥漿，保持泥漿面標(biāo)高高于地下水面標(biāo)高1.5 m以上，保持水頭壓力，防止塌孔[2]。擠擴(kuò)時(shí)泥漿性能要求如表2 所示。

表2 擠擴(kuò)時(shí)泥漿性能要求

擠擴(kuò)從上至下進(jìn)行。成孔第一次清孔后，樁機(jī)機(jī)架后仰，用吊車將液壓擠擴(kuò)分支器吊入孔內(nèi)，記錄好下放深度，復(fù)核弓壓臂擠擴(kuò)土層位置與設(shè)計(jì)要求土層是否一致。符合要求后，啟動(dòng)地面上的電動(dòng)液壓泵，控制弓壓臂屈張值，擠擴(kuò)土層形成支，連續(xù)擠擴(kuò)形成盤。擠擴(kuò)結(jié)束后，應(yīng)立即對(duì)孔深、孔徑、盤（支）徑進(jìn)行檢查，符合要求后立即下放鋼筋籠進(jìn)行二次清孔。

4.2.1 監(jiān)控要點(diǎn)

（1）液壓表讀數(shù)：直觀觀測(cè)、記錄壓力表壓力值，與預(yù)估擠擴(kuò)首壓力力對(duì)比，判斷擠擴(kuò)土層是否正確。如果擠擴(kuò)首壓力與預(yù)估首壓力相差較大，可在上下1 m 范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，找尋與預(yù)估首壓力較為接近的地層進(jìn)行擠擴(kuò)。

（2）電動(dòng)液壓泵油箱油位表油位下降值：以擠擴(kuò)分支器空載試驗(yàn)值為標(biāo)準(zhǔn)，允許偏差不得超出±3 mm 判斷弓壓臂張開寬度。張開寬度以超出設(shè)計(jì)100 mm進(jìn)行控制。

（3）擠擴(kuò)成盤中樁孔泥漿液面下降數(shù)值：泥漿下降的體積應(yīng)大于承力盤（支）體積的60%。通過(guò)觀察記錄護(hù)筒段及孔壁段泥漿面下降值計(jì)算泥漿體積與盤（支）體積進(jìn)行對(duì)比、校核，判斷成盤（支）質(zhì)量。

（4）擠擴(kuò)裝置弓壓臂擠壓時(shí)產(chǎn)生的上升值：通過(guò)分支器的垂直上升值進(jìn)行測(cè)定，是判斷擠擴(kuò)分支器是否正常工作的標(biāo)準(zhǔn)之一及輔助判斷弓壓臂張開寬度是否符合要求。

（5）盤（支）相對(duì)應(yīng)自然地面的深度值：依據(jù)圖紙、勘察報(bào)告、場(chǎng)地標(biāo)高、鉆孔記錄，在擠擴(kuò)前復(fù)核準(zhǔn)備成盤（支）位置，確定持力層層位、盤（支）位、盤（支）間距、盤（支）數(shù)是否正確。

（6）盤（支）徑：通過(guò)井徑儀進(jìn)行檢查。擠擴(kuò)完成后，用測(cè)繩打活結(jié)將井徑儀感應(yīng)觸角綁在一起，下放到孔底后，拉動(dòng)測(cè)繩打開活結(jié)，使井徑儀兩觸角自然張開頂在孔壁上，慢慢上提即可完成孔徑、盤（支）徑的測(cè)定。如圖3 所示，其中測(cè)繩起提拉、測(cè)孔深作用。

圖3 井徑儀測(cè)支盤大樣圖

4.2.2 注意事項(xiàng)

（1）因地下條件復(fù)雜多變，盤或支的位置可據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行1 m 范圍內(nèi)的微調(diào)，保證支或盤能座落在設(shè)計(jì)所要求的地層上；

（2）盤與盤或盤與支、支與支的豎向最小間距宜為：粘性土、粉土取3 d，砂土取4 d。上、下分支宜相錯(cuò)90o，上、下十字分支宜相錯(cuò)45o，如圖4 所示。

圖4 支盤布置示意圖

（3）當(dāng)有中粗砂土層時(shí)，支盤樁的支及盤宜設(shè)在中、粗砂層的頂面。

（4）盤和支應(yīng)避開下列土層：①液化土；②受大氣影響深度內(nèi)的膨脹土；③自重濕陷性黃土；④堅(jiān)硬巖土層；⑤淤泥層。

4.3 擠擴(kuò)后各工序要點(diǎn)

（1）鋼筋籠制作安裝時(shí)，底節(jié)鋼筋籠主筋應(yīng)向籠中心彎成圓臺(tái)形，鋼筋籠保護(hù)層制作一定要采用Φ50 mm 厚30 mm圓環(huán)式，套在每2 000 mm 一個(gè)的加勁箍上，鋼筋籠下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)延伸出2 ～4 根主筋焊接在機(jī)臺(tái)或混凝土護(hù)筒的預(yù)埋鐵件上，鋼筋籠應(yīng)滿焊。

（2）下灌注導(dǎo)管時(shí)采用Φ250 導(dǎo)管螺紋連接，管間連接采用厚度為5 mm的“O”形密封圈。導(dǎo)管下放時(shí)，應(yīng)使位置居孔中，順直，穩(wěn)步慢放，不得卡掛鋼筋籠。

（3）在二次清孔時(shí)，第一次為鉆機(jī)鉆成孔后擠擴(kuò)前，利用鉆桿采用正循環(huán)清孔方式進(jìn)行第一次清孔；第二次為下完灌注導(dǎo)管后混凝土灌注前，利用導(dǎo)管采用正循環(huán)方式（孔深30m 以內(nèi)）或反循環(huán)方式（孔深30 m 以外）進(jìn)行的第二次清孔。

（4）水下進(jìn)行混凝土灌注時(shí)，混凝土采用預(yù)拌混凝土，并檢查質(zhì)量證明資料，對(duì)進(jìn)場(chǎng)混凝土坍落度進(jìn)行檢測(cè)，抽查的坍落度值180 mm ～220 mm，否則作退場(chǎng)處理。混凝土灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工，灌注時(shí)間必須控制在埋入導(dǎo)管中的混凝土不喪失流動(dòng)性的時(shí)間內(nèi)。灌注過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)用專用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升情況，保證導(dǎo)管不進(jìn)水。導(dǎo)管埋入混凝土中的深度按表3進(jìn)行控制。

表3 導(dǎo)管埋入混凝土中的深度

5 質(zhì)量安全控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）施工多支盤鉆孔灌注樁時(shí)，施工質(zhì)量控制應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94 執(zhí)行[3]。擠擴(kuò)前孔底沉渣應(yīng)不大于200 mm，支盤成型擠擴(kuò)首壓力≥設(shè)計(jì)綜合預(yù)估值90%，擠擴(kuò)成盤（支）泥漿下降體積宜大于承力盤體積的60%。

（2）油壓液面下降值以支盤機(jī)空載試驗(yàn)值為標(biāo)準(zhǔn)，盤（支）徑允許的偏差為±5 mm。

（3）下擠擴(kuò)分支器時(shí)，若為樁機(jī)后仰，則角度應(yīng)嚴(yán)格測(cè)算，一般不大于30度角，防止樁機(jī)向后傾倒。

（4）擠擴(kuò)班組在擠擴(kuò)施工中，應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)布置的泥漿池及已完樁頂空孔，防止掉入。同時(shí)泥漿池周邊應(yīng)設(shè)鋼管圍欄，送樁空孔應(yīng)用土或砂石回填至自然地面，未及時(shí)回填的空孔應(yīng)做好標(biāo)識(shí)[4]。

6 總結(jié)

本文總結(jié)的工法適用于各類采用鉆孔樁機(jī)成孔的多支盤樁基礎(chǔ)工程及地基處理的施工。多支盤鉆孔灌注樁的承載力明顯高于普通鉆孔灌注樁[5]。相對(duì)于普通鉆孔灌注樁而言，多支盤鉆孔灌注樁在工期、造價(jià)及施工空間方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，在既定的單樁極限承載力下，通過(guò)盤或支來(lái)充分發(fā)揮各巖層的承載作用以提高承載力，較大程度地縮小樁徑及樁長(zhǎng)或樁數(shù)，節(jié)省了社會(huì)資源，節(jié)約了工程造價(jià)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。