復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖鉆孔灌注樁三段式成孔技術(shù)

張傳海，王長鎖，黃 寧，羅 曦，吳天鵬，何天兵

(中建三局集團(tuán)有限公司西南分公司，四川 成都 610041)

1 工程概況

國家成都新藥安全性評價中心產(chǎn)業(yè)化示范基地項目位于四川省成都市雙流區(qū)成都天府國際生物城起步區(qū)1期內(nèi)。項目包含實驗樓、動物房、動力樓、門衛(wèi)室、垃圾房、地下蓄水池、污水處理設(shè)施，項目規(guī)劃總建筑面積約52 048.8m2。僅動物房含地下室1層，其他各建筑單體為地上2～4層，主要功能為辦公、試驗等。本工程基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔灌注樁，共889根，為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。

動物房、實驗樓、動力樓采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑600mm，樁長22～28m(進(jìn)入持力層≥1 000mm)，樁身采用C30/C35水下混凝土，樁基澆筑標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計標(biāo)高高出800～1 000mm(水下混凝土)，本工程樁基以中風(fēng)化泥巖作為持力層。

2 工程地質(zhì)條件

場地地下水主要為上層滯水和第四系孔隙潛水，其中上層滯水主要賦存于第四系人工填土和黏土層中，受大氣降水流補給，水量大小具有季節(jié)性。排泄方式以地面蒸發(fā)、向下滲透為主，無統(tǒng)一地下水位?？紫稘撍饕x存于卵石土中，水位埋藏較深，對基礎(chǔ)設(shè)計和施工影響較大。該層地下水略具承壓性，隨卵石土中黏粒含量增多，透水性逐漸減弱，補給源主要是上游地下水及大氣降水。

3 施工難點分析

樁機鉆進(jìn)過程中，鉆至約17m時，縮孔現(xiàn)象極為嚴(yán)重，導(dǎo)致無法成孔。經(jīng)勘驗現(xiàn)場鉆出的土樣，部分土為風(fēng)化較嚴(yán)重的卵石土層，部分土層黏聚力較差，在地下水作用下，具有較強的流動性，導(dǎo)致樁基成孔后立即出現(xiàn)縮孔、坍孔現(xiàn)象。項目部通過回灌C15素混凝土，進(jìn)行二次成孔及泥漿護(hù)壁成孔方案，均無法完成成孔作業(yè)。

4 施工工藝選擇

項目部組織各參建單位及地基基礎(chǔ)方面的專家討論樁基施工方案，決定采用全鋼護(hù)筒輔助成孔技術(shù)。但由于樁徑較小、樁長較長、摩阻力較大，采用全鋼護(hù)筒施工工藝存在無法拔出護(hù)筒的風(fēng)險，導(dǎo)致鋼護(hù)筒報廢，增加工程成本。項目部通過多方咨詢及現(xiàn)場試驗，最終確定三段式施工工藝。

具體施工方法如下：①采用φ800鉆頭進(jìn)行成孔作業(yè)，成孔深度至砂卵石土層面；②采用振動錘，將φ700(內(nèi)徑)鋼護(hù)筒打穿砂卵石土層至強風(fēng)化泥巖層內(nèi)1 000mm；③采用φ600鉆頭重新進(jìn)行成孔作業(yè)至持力層；④安放鋼筋籠，澆筑混凝土，隨混凝土澆筑緩慢拔出鋼護(hù)筒。砂卵石土層以上成樁后直徑為800mm，砂卵石土層成樁后直徑為700mm，砂卵石土層以下成樁直徑為600mm。樁基與地質(zhì)的剖面關(guān)系如圖1所示。

圖1 樁基與地質(zhì)剖面關(guān)系

5 施工方法

5.1 場地平整

樁基施工前需平整場地，以確保機械設(shè)備工作面需求。

5.2 測量定位放線

根據(jù)測量控制點，采用全站儀進(jìn)行樁基定位放樣，樁位允許偏差為50mm，樁垂直度允許偏差為0.5%。坐標(biāo)放樣時保證有2個后視點位，分別用于定向和檢查，從而保證起始精度，后視放樣的距離必須大于前視距離，尤其注意后視方向要對中。旋挖機就位后，復(fù)測鉆桿中心位置，復(fù)測結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求后方可進(jìn)行下一步施工，測量護(hù)筒頂標(biāo)高，用以控制混凝土灌注標(biāo)高。

5.3 鉆孔

樁基施工時首先采用φ800鉆頭進(jìn)行成孔作業(yè)，成孔深度至流動砂卵石土層面層，且鋼護(hù)筒下沉埋設(shè)完成后，再采用φ600鉆頭成孔作業(yè)至持力層。鉆機成孔要求如下。

1)旋挖鉆機就位后，鉆機鉆桿應(yīng)保持位置準(zhǔn)確、垂直穩(wěn)定，施工過程中需隨時檢查校正，開始時放慢鉆進(jìn)速度，尤其是孔口5～8m段，注意保持放斗平穩(wěn)，該段在成孔過程中需通過旋挖鉆機控制盤監(jiān)測鉆桿垂直度，如有偏差及時糾正。

2)鉆機成孔過程中，需根據(jù)地質(zhì)情況控制鉆進(jìn)速度，鉆出的樁芯土距樁孔口最小距離≥5m，倒出的樁芯土要及時外運出場，保持現(xiàn)場整潔。成孔過程中，需隨時清理孔口積土，如遇縮孔、坍孔等異常情況，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施。成孔達(dá)到設(shè)計深度后，應(yīng)參照地質(zhì)勘察報告中樁基持力層的標(biāo)高復(fù)核實際成孔深度，并及時進(jìn)行清孔。

3)鉆進(jìn)過程中應(yīng)對各土層進(jìn)行留樣，且留置土樣≥1組，進(jìn)入巖層后應(yīng)確保每米留置土樣≥1組。

4)完成樁基成孔后，應(yīng)保護(hù)孔口。

5.4 護(hù)筒埋設(shè)

鋼護(hù)筒具有控制樁位、防止孔口坍塌、固定鋼筋籠和導(dǎo)正鉆具等作用。埋設(shè)時，采用振動錘進(jìn)行加壓下沉，下沉深度為孔口穿過流動砂卵石土層，進(jìn)入強風(fēng)化巖層約1 000mm處。鋼護(hù)筒頂部應(yīng)超出地面0.5m以上。隨混凝土澆筑緩慢拔出鋼護(hù)筒，采用振動錘配合履帶式起重機完成拔出及轉(zhuǎn)運工作。

本工程樁基采用鋼護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)直徑為700mm、壁厚12mm。鋼護(hù)筒加工制作應(yīng)滿足規(guī)范允許偏差，根據(jù)地質(zhì)和坍孔情況確定鋼護(hù)筒的實際埋設(shè)深度，約24m。先定位和導(dǎo)正鋼護(hù)筒，然后采用振動錘將鋼護(hù)筒施壓至預(yù)定深度。護(hù)筒需在施工前完成加工制作，并采用焊接接長，測放出樁位，后采用旋挖鉆機進(jìn)行鉆孔，采用護(hù)筒導(dǎo)向架進(jìn)行安裝。護(hù)筒導(dǎo)向架由型鋼焊制而成，采用鋼管固定四角；將護(hù)筒施壓至預(yù)定位置時，需嚴(yán)格控制護(hù)筒埋設(shè)的垂直度，確保護(hù)筒垂直度誤差<0.4%，護(hù)筒埋設(shè)到位后，復(fù)測護(hù)筒中心位置，以確保護(hù)筒與樁基中心偏差≤50mm。

5.5 成孔檢查

完成樁基成孔后，須全面測量孔底標(biāo)高、樁位中心線、樁身直徑、虛土厚度等，同時做好記錄。

5.6 清孔

孔底沉渣厚度是影響樁基承載力的重要因素之一，因此樁基成孔后須清孔。本工程樁基采用干作業(yè)、旋挖鉆頭清孔方式。

1)一次清孔 鉆機鉆至設(shè)計標(biāo)高后，利用旋挖鉆在原位進(jìn)行一次清孔，將孔內(nèi)的塊狀物清理出孔外，降低孔底沉渣厚度。在測得孔底沉渣厚度滿足規(guī)范要求，并經(jīng)監(jiān)理單位驗收合格后，及時安放鋼筋籠。

2)二次清孔 經(jīng)過安放鋼筋籠、焊接、下放導(dǎo)管等過程，可能擦碰孔壁使泥砂落入孔內(nèi)，因此混凝土灌注前應(yīng)進(jìn)行二次清孔。鋼筋籠放置完成后，利用測繩再次測量樁底沉渣厚度，若沉渣厚度不符合規(guī)范要求，需將鋼筋籠吊出孔外，然后使用機械進(jìn)行二次清孔，同時再次檢測樁孔成型質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計要求。施工作業(yè)時，現(xiàn)場所有施工機械必須停止作業(yè)，完成二次清孔且孔底沉渣厚度符合要求時，立即澆筑混凝土。

5.7 鋼筋籠骨架制作及吊裝

5.7.1鋼筋籠骨架制作

樁基鋼筋籠骨架在現(xiàn)場加工制作，首先制作加強箍，其間距按照設(shè)計要求設(shè)置，然后在加強箍上標(biāo)注主筋位置，并將主筋焊接在加強箍上，形成鋼筋骨架，最后，將螺旋箍筋按照設(shè)計間距焊接在已成型的鋼筋骨架上。

鋼筋籠制作過程中，在鋼筋一周焊接4個定位筋。將φ12定位鋼筋進(jìn)行雙面焊接，焊縫長50mm，鋼筋籠制作時可根據(jù)需要增加定位筋，以保證工程質(zhì)量。

5.7.2鋼筋籠骨架吊裝

按設(shè)計長度制作好的鋼筋籠，經(jīng)監(jiān)理單位驗收合格后，方可進(jìn)行起吊運輸及安放。

鋼筋籠加工制作完成并驗收合格后，若距離孔口較近，可直接采用起重機進(jìn)行轉(zhuǎn)運吊裝；若距離較遠(yuǎn)，可用起重機將鋼筋籠吊放到平板拖車上，然后運輸?shù)娇卓诟浇?。鋼筋籠在起吊、轉(zhuǎn)運及安裝時應(yīng)防止變形。鋼筋籠運輸?shù)娇卓诟浇?，采用汽車式起重機將鋼筋籠起吊到一定高度，并將其調(diào)整到垂直方向后緩慢放下。

起重機安放鋼筋籠入孔時，鋼筋籠對準(zhǔn)孔位后要慢放、輕放，如下放過程遇到阻力應(yīng)立刻停止，查明原因后立即采取措施進(jìn)行處理。

鋼筋籠入孔就位后，按設(shè)計要求復(fù)核鋼筋籠安放位置，并作好吊裝記錄。

5.8 混凝土澆筑

由于采用三段式施工方式，鋼護(hù)筒與樁孔間有100mm空隙，拔出鋼護(hù)筒后，混凝土下落較嚴(yán)重，無法保證樁身質(zhì)量，項目部針對混凝土澆筑制定以下措施。

1)第1步 混凝土首次澆筑至鋼護(hù)筒頂標(biāo)高，并清除表面沉渣、浮漿。

2)第2步 首次提拔鋼護(hù)筒約10m高；護(hù)筒需緩慢提拔，嚴(yán)禁超拔，以免混凝土下坐后脫離護(hù)筒范圍，護(hù)壁不穩(wěn)定，出現(xiàn)坍孔、縮孔問題，影響樁身質(zhì)量。

3)第3步 第2次澆筑混凝土至鋼護(hù)筒頂標(biāo)高下約1m處；經(jīng)計算，樁混凝土充盈系數(shù)約1.3，需超灌約9m高鋼護(hù)筒的混凝土量，才能保證拔出鋼護(hù)筒、混凝土下坐后頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計要求。

4)第4步 完全拔出鋼護(hù)筒。

混凝土澆筑注意事項如下。

1)混凝土澆筑速度控制在0.6～1.0m3/min。

2)導(dǎo)管下口距孔底約500mm，混凝土澆筑時，要保證有足夠的混凝土初灌量。

3)導(dǎo)管埋入混凝土深度控制在2～6m內(nèi)，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提拔出混凝土灌注頂面，并嚴(yán)格控制提拔速度，混凝土澆筑過程中安排專人及時做好澆筑記錄并填寫記錄表，主要填寫內(nèi)容為樁位編號、實測孔徑、實測孔深、樁底巖土性、垂直度偏差、沉渣厚度、灌注量、樁位偏差等。

4)混凝土必須連續(xù)澆筑，后一批混凝土灌注時間不得長于首批混凝土初凝時間，同時盡可能縮短導(dǎo)管拆除間隔時間。混凝土澆筑過程中，每間隔25min，利用測深錘測量樁基孔內(nèi)混凝土頂面標(biāo)高，并計算導(dǎo)管埋深情況和混凝土上升高度，以便于及時調(diào)整導(dǎo)管埋置深度。

5)控制最后一次灌注量，使灌注高度超出設(shè)計樁頂標(biāo)高300～500mm，水下混凝土灌注高度超出設(shè)計樁頂標(biāo)高800～1 000mm，以確保剔鑿浮漿后，樁頂混凝土強度滿足設(shè)計要求。

5.9 基樁檢測

根據(jù)設(shè)計文件及DBJ51/T 014—2013《四川省建筑地基基礎(chǔ)檢測技術(shù)規(guī)程》，采用低應(yīng)變法測定全數(shù)工程樁樁身完整性及缺陷程度，Ⅰ類樁共812根，占比91.34%；Ⅱ類樁共77根，占比8.66%。共抽檢13根工程樁檢測單樁豎向承載力，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

在國家成都新藥安全性評價中心產(chǎn)業(yè)化示范基地項目中，通過研究已有旋挖鉆孔灌注樁施工方法，提出三段式成孔旋挖鉆孔灌注樁施工方法，規(guī)避了復(fù)雜地質(zhì)條件下縮孔、坍孔帶來的施工困難，并保證樁基施工安全，提高施工效率和綜合效益，得到業(yè)主及各參建單位的一致認(rèn)可，同時滿足節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等要求，創(chuàng)造了良好的社會效益。

1)利用鋼護(hù)筒成孔，可避免坍孔、縮孔，保證施工質(zhì)量。

2)采用三段式成孔工藝，混凝土用量雖稍許增加，但能大大降低鋼護(hù)筒的損耗率，總體施工成本得到有效控制，同時保證施工工期。