旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁工程質(zhì)量分析

劉敖然

（北京住總集團(tuán)有限責(zé)任公司軌道交通市政工程總承包部，北京 100029）

0 引言

目前，我國的樁基技術(shù)在工程技術(shù)的發(fā)展中，需要根據(jù)不同的建設(shè)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)施工，以滿足人們的生產(chǎn)生活需求。因此，為保證建設(shè)工程質(zhì)量，旋挖成孔技術(shù)在傳統(tǒng)的施工技術(shù)下不斷發(fā)展衍變，直至目前形成旋挖成孔工藝，有效解決特殊地質(zhì)環(huán)境下，巖土較軟造成開挖困難的情況，保證主建筑質(zhì)量。

1 技術(shù)背景

為保證灌注樁作為一種端成型樁基，由于樁端面積擴(kuò)大，承載力也隨之提升，與同直徑的等截面樁相比，性價(jià)比較高，目前已經(jīng)獲得工程的普遍應(yīng)用。

以嵌巖樁基的承載力為例，嵌入分析巖體的直徑一旦出現(xiàn)差距，綜合系數(shù)也會(huì)呈現(xiàn)倍數(shù)增長，其中2倍樁徑與0.5倍樁徑的綜合系數(shù)差距值為1.5倍。此前嵌巖擴(kuò)底灌注樁施工中，挖孔并未有過多的設(shè)備參與。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工成本的增加，人工挖孔逐漸被設(shè)備挖孔取代，在節(jié)約成本的同時(shí)，控制施工速度和施工質(zhì)量。就目前我國的挖孔技術(shù)來說，仍舊存在部分問題：一方面，為擴(kuò)底直線段形成出現(xiàn)困難。另一方面，孔底沉渣清理出現(xiàn)困難。具體的施工流程如圖1所示。

2 工法原理及施工特點(diǎn)

2.1 擴(kuò)底

在向前擴(kuò)底技術(shù)的工程施工中，嵌巖擴(kuò)底鉆頭技術(shù)的應(yīng)用主要是傳統(tǒng)的擴(kuò)底鉆頭技術(shù)。具體變動(dòng)是在擴(kuò)底鉆頭底部增加一個(gè)環(huán)形底盤，底盤下周圍有鉆尺，可以向下鉆進(jìn)，且底盤底部有立柱，使下翼發(fā)揮其對底盤的推動(dòng)作用，鉆尺外緣與地表水平方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的45°。在嵌巖擴(kuò)底鉆頭放到底孔后，通過鉆桿向鉆頭加壓，才能夠使鉆頭向兩側(cè)擴(kuò)張，形成擴(kuò)孔，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)位置。與此同時(shí)，鉆頭兩翼下降，到達(dá)規(guī)定的支點(diǎn)，利用自身的轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)勢帶動(dòng)底盤，向下擴(kuò)底。之后的施工按照圖2流程不斷推進(jìn)。

該種鉆頭的優(yōu)勢包括3個(gè)方面：①擴(kuò)孔位置達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)位置之后，底盤是不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的，鉆頭也不會(huì)持續(xù)向下鉆進(jìn)，只有兩側(cè)孔到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)位置之后，才可以向下鉆進(jìn)。②鉆頭在擴(kuò)孔過程中能夠向下鉆進(jìn)，在重力的作用下進(jìn)行鉆孔，在到達(dá)相應(yīng)位置后，減少擴(kuò)孔次數(shù)，使擴(kuò)孔的幅度逐漸達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，縮短擴(kuò)孔時(shí)間，提高擴(kuò)孔效率。③兩下翼與鉆尺之間的角度為45°，形成的擴(kuò)孔通常情況下在底部為斜面，主要功能為減少清渣環(huán)節(jié)的工作量。

在設(shè)計(jì)前沿深度與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)相比較深的情況下，可以采取分段擴(kuò)孔的形式。鉆孔至整個(gè)鉆頭埋入泥渣中后，將擴(kuò)底鉆頭向上提出，然后再向下鉆進(jìn)0.5m左右，然后重復(fù)擴(kuò)孔，如此反復(fù)操作，能夠盡快地完成擴(kuò)孔工作。擴(kuò)孔直徑擴(kuò)充的要求下，可采取分級擴(kuò)孔的形式推進(jìn)。首次擴(kuò)孔完成后，轉(zhuǎn)換成比擴(kuò)孔底盤小一個(gè)規(guī)格的清渣設(shè)備。同時(shí)，完成清除渣土工作與引孔工作，引孔的深度要與設(shè)計(jì)鉆孔的深度保持一致，如果要達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，可重復(fù)進(jìn)行擴(kuò)孔工作。

圖1 旋挖成孔灌注樁工程施工工藝圖

圖2 旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁施工流程圖

在實(shí)際施工前，在泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，施工人員要加強(qiáng)分析工程施工地點(diǎn)周圍的情況，該研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域主要是粉質(zhì)黏土與強(qiáng)風(fēng)化泥砂巖層，是很好的造漿地層。因此，在實(shí)際鉆孔中可通過原土造漿的形式完成泥漿配比，具體的配比參數(shù)見表1。

表1 泥漿配比表

通常情況下，土層中的泥漿密度為1.30t/m～1.40t/m，黏度為16kg～28kg，含砂率為4%～8%，膠體化率為96%以上。在軟土層鉆進(jìn)的過程中，泥漿密度需要控制在合理的范圍中，一般為1.3t/m～1.5t/m，黏度最合適的數(shù)值為19kg～28kg,在具體鉆進(jìn)的過程中，泥漿濃稠度可以加強(qiáng)調(diào)解，通過稠度提升保證鉆進(jìn)質(zhì)量。

2.2 清渣

平底清渣鉆斗主要是在雙底澇渣施工設(shè)備的施工實(shí)踐中使用，根據(jù)施工中的規(guī)范展開工作，由之前的澇渣底板改良后，變?yōu)閱蔚装?，鉆頭底部只保留一個(gè)比較窄的進(jìn)渣口。與此同時(shí)，刮板突出底板4cm左右，設(shè)置進(jìn)閘口有阻止渣土回落裝置，渣斗向上提升的過程中，鋼板關(guān)閉，渣土及泥漿保留在鉆斗中，可以控制泥漿及渣土的流出量。鉆孔清渣完成后的泥漿性能指標(biāo)可以進(jìn)行控制，泥漿密度應(yīng)在1.20 t/m左右，上下浮動(dòng)不超出0.05t/m，黏度為17kg～22kg，含砂率降低，不應(yīng)高于8%，膠體化率為95%。

在實(shí)際的擴(kuò)底過程中，基巖裂隙水與切削下的巖土碎石混合后形成泥漿，擴(kuò)孔環(huán)節(jié)，孔底不斷拓展，主要部分為泥漿。在清渣的過程中，清渣正處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，泥漿進(jìn)入清渣斗中，由于清渣斗附近為大面積的泥漿，其在上提的同時(shí)受泥漿的阻力影響，且在樁孔傾斜的狀態(tài)下，產(chǎn)生負(fù)壓作用，擴(kuò)孔周邊的泥漿沿孔道向下流入，清渣斗的在樁孔內(nèi)的泥漿難以沖洗處理，雖清除時(shí)間較長，在反復(fù)做工下，樁底渣土不斷減少。通常情況下，泥漿地清除次數(shù)需要維持在4～6次，在此之后，泥漿的殘留僅在孔壁周圍，再進(jìn)行一次孔壁清洗工作，完成清渣即可。

首次清渣完成后，施工人員需要向樁孔中注入水，保證孔洞的穩(wěn)定性，減少渣土滑落，增加施工難度，進(jìn)而形成嵌巖效果。多次清渣工作完成后，孔底的水于泥漿含量較少，孔壁周圍澆筑混凝土前，可進(jìn)行二次清洗，完成后，采用水下混凝土澆筑技術(shù)，將剩余的泥漿抽出孔外，以保證樁底沉渣的厚度符合要求。

3 工程案例

我國某省的工程施工中，為建設(shè)工程項(xiàng)目，包含兩層地下室，地上建筑為高層建筑，樓層在26層，屬于框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地基采用墻下樁，樁基設(shè)計(jì)采用旋挖成孔擴(kuò)底前期安裝。樁體直徑為上粗下細(xì)，擴(kuò)孔直徑屬不均勻結(jié)構(gòu)。

經(jīng)地勘資料顯示，樁頂標(biāo)高之下地層的巖土結(jié)構(gòu)為黏土與泥土，部分區(qū)域含有沙土及卵石、場地黏土層含水量稀少，泥漿中含有較為豐富的巖基裂隙水與孔隙潛水。建設(shè)地區(qū)的地層構(gòu)成較為復(fù)雜，包括雜填土、黏土、粉土、細(xì)沙、卵石、全風(fēng)化含礫巖泥、強(qiáng)風(fēng)化砂泥質(zhì)巖砂、中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖等。巖土工程特性指標(biāo)見表2。

3.1 第一次檢測

樁基單位檢測中，檢測單位根據(jù)建筑規(guī)范，先后對工程旋挖成孔灌注樁進(jìn)行測試，得出結(jié)論：①第一次測試，通過抽取相應(yīng)的樁基進(jìn)行鉆芯法試驗(yàn)。在檢測的結(jié)果中，靜荷載試驗(yàn)中，所抽取的樁基承載能力不同，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容有一定的差距。②部分樁基樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4m內(nèi)的持力層存在破碎段。為查明該工程樁基存在的質(zhì)量問題，須進(jìn)行二次檢測。

3.2 第二次檢測

通過抽取的形式對35#樁基進(jìn)行抗壓靜載荷試驗(yàn)，抽取5根樁基進(jìn)行去芯檢測。檢測結(jié)構(gòu)和第一次檢測結(jié)果相似，通過以上的檢測結(jié)果可知，剩余的樁基需要進(jìn)行第三次檢測。

3.3 第三次檢測

該種情況下，對剩余樁基進(jìn)行全面檢測，采用去芯法進(jìn)行檢測，進(jìn)而獲得檢測結(jié)果，數(shù)據(jù)為靜載試驗(yàn)后產(chǎn)生的結(jié)果，見表3。

就根據(jù)表3中的內(nèi)容3，單項(xiàng)豎樁靜載試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)值未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的荷載值，34#單樁承載力值的特征主要在2350kN。就鉆芯法檢查的樁基來說，具體情況被分成4種：①其中查找到的29根樁基內(nèi)巖心出現(xiàn)破碎斷裂的情況。②全部樁基中有5根樁身混凝土中存在破碎段的情況。③除上述樁基外，樁身混凝土存在破碎段，樁端范圍內(nèi)巖芯存在破碎段。④剩余的樁基在混凝土中芯樣是完整的，無明顯破損。

表2 巖土工程特性指標(biāo)建議值

表3 單樁豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)匯總

3.4 質(zhì)量問題分析

就上述的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)分析后得出，該工程斷樁基工程主要包括3個(gè)方面的問題：①持力層巖芯破碎。②混凝土、持力芯巖層保存完整的樁基中，仍有大量與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不符的要求。③樁身混凝土出現(xiàn)離析以及夾泥等情況。就相應(yīng)調(diào)查可知、資料收集、工程數(shù)據(jù)收集等文件，對出現(xiàn)的質(zhì)量的主要因素加以研究。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

施工中，施工人員在技術(shù)上加以重視，包括3個(gè)方面：首先，擴(kuò)底的空間范圍需要與設(shè)計(jì)中的幾何空間保持同比例放大，且擴(kuò)底還需要保證孔洞的坡度，以方便清渣。其次，在清渣環(huán)節(jié)，施工人員需要控制自身清理尺度，防止周邊產(chǎn)生的渣土沿著孔洞向下滑落，增加施工人員負(fù)擔(dān)，采用嵌巖技術(shù)，清洗孔壁，直至無渣土、泥漿滑落。最后，在澆灌混凝土的過程中，需要控制澆筑設(shè)備上管道與孔底之間的距離，以保證有效清理剩余的渣土。

4.2 成孔

旋挖主要再用帶截齒雙底板鉆斗進(jìn)行鉆孔，將鉆機(jī)鉆桿回轉(zhuǎn)到樁孔位置后，鉆斗以90°的形式應(yīng)用，完成轉(zhuǎn)動(dòng)取土工作。鉆斗提起前，其斗卸土需要反向旋轉(zhuǎn)720°，在此之后，利用摩擦技術(shù)將活動(dòng)地板關(guān)閉進(jìn)料斜口，之后再勻速提起鉆斗，并將其移出護(hù)筒進(jìn)行卸土工作。卸土主要通過自重和旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)技術(shù)推進(jìn)。鉆斗在達(dá)到持力層后，施工人員需要鑒別巖土，了解土壤層之后，進(jìn)行下一步施工工作，進(jìn)而換成擴(kuò)底鉆頭，采用擴(kuò)充技術(shù)，完成擴(kuò)底工作。擴(kuò)孔完成后，樁底面形成中間低，周邊高的狀態(tài)。

4.3 清渣

清渣環(huán)節(jié)，清渣工作可以通過清渣鉆斗推進(jìn)，完成初次清渣的工作時(shí)，需要進(jìn)行擴(kuò)孔尺寸的測定，在與設(shè)計(jì)要求相符的條件下，向孔中注水。如果遇見地下水層，可利用地下水，通過清底鉆頭將孔壁上的泥皮清洗掉，盡可能地提高孔壁的抓土能力，提升混凝土以孔壁之間的摩擦力，保證其有效粘結(jié)。完成清洗工作后，孔壁需要具有一定清潔度。且施工人員對孔洞底部沉渣的厚度進(jìn)行檢測，如果厚度仍舊大于0.05m，仍需要重復(fù)清洗工作，直到沉渣厚度與標(biāo)準(zhǔn)厚度一致。在平底清渣的設(shè)備中，刮板作為設(shè)備的重要組成部分，可以滿足孔底深度擴(kuò)充的需求，該切削環(huán)節(jié)可以在清洗環(huán)節(jié)后進(jìn)行。

4.4 澆灌混凝土

一般來說，在澆筑混凝土的準(zhǔn)備。澆筑目標(biāo)達(dá)成之前，施工人員需要保證一定的耐心，清渣完成后才可以將鋼筋籠放入孔道中，直至混凝土經(jīng)過運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場時(shí)，再進(jìn)行最后一次的清渣工作，等到空洞中沉渣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，所有準(zhǔn)備工作就緒，才可以開始混凝土澆筑工作，同時(shí)放入鋼筋籠，進(jìn)而引入澆筑導(dǎo)管，在刀光導(dǎo)管到達(dá)空洞底部4.0m處時(shí)，將其勻速放入樁孔中，判斷其是否觸底，然后將導(dǎo)管提起0.4m左右，進(jìn)而向樁孔內(nèi)注水，水高在達(dá)到6m左右時(shí)，同步操作混凝土澆灌工作。在澆筑過程中，務(wù)必保證開盤料數(shù)量，當(dāng)?shù)谝槐P混凝土高度達(dá)到1.0m時(shí)，受混凝土重力影響，沉渣在物理作用下會(huì)返回在混凝土表面，積聚在溢水口周圍。

5 結(jié)語

綜上所述，該文主要針對旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁工程施工技術(shù)進(jìn)行研究，通過工程施工案例進(jìn)行分析，以期提升建設(shè)工程施工質(zhì)量，保證工程項(xiàng)目順利推進(jìn)。