高填方區(qū)干作業(yè)成孔灌注樁施工技術(shù)

華天波 王住 彭德坤 李坤

【摘要】介紹了高填方區(qū)域在進(jìn)行旋挖灌注樁施工時(shí)孔樁容易塌孔的問(wèn)題，分別在孔口采用 C15低標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行填充處理，并在孔內(nèi)采用膨潤(rùn)泥土護(hù)壁直至成孔，克服了回填土高度過(guò)高和孔口周邊無(wú)黏性渣石土對(duì)成孔的不利影響，成孔效果良好，并節(jié)省了施工成本，提高了施工效率。

【關(guān)鍵詞】高填方;干作業(yè);泥土護(hù)壁;灌注樁

【中圖分類號(hào)】 TU473.1+4????????? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，可供使用的城市土地建設(shè)面積越來(lái)越緊張，由于其地下空間開(kāi)發(fā)面積大，深基礎(chǔ)越來(lái)越常見(jiàn)，對(duì)樁基的施工質(zhì)量要求也越來(lái)越高。旋挖成孔灌注樁由于其能在沒(méi)有其他設(shè)備輔助下進(jìn)行移動(dòng)，并且現(xiàn)場(chǎng)施工噪聲小、定位準(zhǔn)確、施工進(jìn)度快、同條件下施工的樁基承載力高、適用地層廣泛等優(yōu)點(diǎn)得到了工程界的青睞[1-2]?，F(xiàn)在，旋挖設(shè)備不斷改進(jìn)，旋挖鉆孔灌注樁的施工工藝也越來(lái)越成熟[3-4]。

目前在高填方渣土地區(qū)施工成孔灌注樁的經(jīng)驗(yàn)不足[5-7]，孔口周邊為無(wú)黏性渣石土，孔隙率高強(qiáng)度低，在進(jìn)行干作業(yè)成孔時(shí)易出現(xiàn)塌孔問(wèn)題[8-9]。分析塌孔原因并解決塌孔現(xiàn)象，是高填方渣土區(qū)進(jìn)行旋挖干作業(yè)關(guān)鍵的技術(shù)難題。成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)施工四標(biāo)段項(xiàng)目采用干作業(yè)旋挖樁成孔工藝，施工現(xiàn)場(chǎng)采用石方回填，部分區(qū)域填方深度為7～9 m，屬于高回填區(qū)，且施工區(qū)域存在機(jī)械振動(dòng)等不利因素，旋挖灌注樁成孔難度較大。本論文在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，探討了旋挖干作業(yè)塌孔原因及對(duì)應(yīng)的施工措施，在本工程取得了較好的應(yīng)用效果，可為類似工程提供參考。

1工程概況

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)施工四標(biāo)段項(xiàng)目位于簡(jiǎn)陽(yáng)市西側(cè)，工程總用地面積為18.3萬(wàn) m2，折合18.3 ha，總建筑面積16.3萬(wàn) m2，圖1為本工程的建設(shè)效果。

本工程的基礎(chǔ)施工孔樁共1031個(gè)，采用干作業(yè)旋挖樁成孔工藝，樁徑有3種，分別為小1.0 m、小1.2 m、小1.4 m，樁長(zhǎng)約為5～22 m。根據(jù)地形及設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)場(chǎng)全部采用石方回填，填方深度為7～9 m，石方回填粒50～500 mm。

2旋挖樁干作業(yè)塌孔原因分析

解決干作業(yè)時(shí)的塌孔問(wèn)題是高填方渣土區(qū)進(jìn)行旋挖干作業(yè)的技術(shù)關(guān)鍵。旋挖機(jī)干作業(yè)時(shí)施工進(jìn)度快且噪聲小、安全環(huán)保，但在高回填渣土地層中采用干作業(yè)施工經(jīng)常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，經(jīng)分析出現(xiàn)塌孔的原因主要有：

（1）孔口周邊為回填的無(wú)黏性渣石土，土體較為松散，孔隙率高強(qiáng)度低，孔身土層不能直立而塌落。

（2）回填區(qū)域過(guò)高，地表雨水和地下水下滲，軟化孔底周邊土體，造成下部樁孔坍塌。

（3）成孔后孔口沒(méi)有及時(shí)硬化澆筑混凝土造成塌落。

3干作業(yè)成孔施工方法

針對(duì)以上造成旋挖樁干作業(yè)塌孔的主要原因，分別制定對(duì)應(yīng)的施工順序和方法。

3.1控制樁定位和保護(hù)

在成孔樁外設(shè)4點(diǎn)，檢查相對(duì)2點(diǎn)的連接線交點(diǎn)是否與樁位中心點(diǎn)重合，以確?？刂茦抖ㄎ粶?zhǔn)確。同時(shí)為保證樁位穩(wěn)固，控制樁應(yīng)打入地面以下超過(guò)30 cm，并在四周采用低標(biāo)號(hào) C15混凝土包裹防護(hù)。

3.2采用長(zhǎng)鋼管護(hù)筒

對(duì)本工程孔深較深的旋挖樁，采用長(zhǎng)鋼套管護(hù)壁，避免孔身塌孔，并在灌注混凝土后及時(shí)拔出，避免因阻力過(guò)大出現(xiàn)難以拔出的情況。同時(shí)為避免對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)塌孔，在長(zhǎng)鋼管護(hù)筒埋置前，首先用口徑較大的鉆頭鉆至設(shè)定深度，拔出鉆頭之后再將長(zhǎng)鋼管護(hù)筒壓至設(shè)定的深度，在此過(guò)程中應(yīng)注意操作仔細(xì)。在長(zhǎng)鋼管護(hù)筒就位后，應(yīng)在孔口周圍均勻的分層回填夯實(shí)土層，增加土體的密實(shí)性，使樁孔成形。

3.3鉆進(jìn)前采用低標(biāo)號(hào)混凝土填充孔口

在鉆進(jìn)前，在孔口部位填充 C15低標(biāo)號(hào)混凝土，待其初凝后再鉆進(jìn)，可有效改善孔口周邊無(wú)黏性渣石土的力學(xué)特性，增強(qiáng)其自身的粘結(jié)和穩(wěn)定能力，進(jìn)而有效降低塌孔率。

3.4鉆進(jìn)時(shí)采用膨潤(rùn)泥土護(hù)壁并控制鉆進(jìn)速度

在鉆進(jìn)時(shí)注入膨潤(rùn)泥土可有效增大靜水壓力，并在樁孔壁形成一層泥皮，可以隔斷孔內(nèi)外滲流，從而有效地防止孔壁坍塌[4]。本工程進(jìn)行旋挖機(jī)鉆孔時(shí)，可采用跳挖的方式，將產(chǎn)生的渣土及時(shí)清運(yùn)出場(chǎng)地，避免堆放產(chǎn)生堆土荷載，影響成孔質(zhì)量。在鉆孔時(shí)應(yīng)控制鉆孔速度，避免速度過(guò)快而發(fā)生塌孔。

4混凝土灌注施工方法

4.1水下混凝土灌注

水下混凝土灌注是樁基施工的關(guān)鍵工序，并在澆筑過(guò)程中應(yīng)做到連續(xù)灌注，從而保證灌注成樁質(zhì)量，并盡量減小因拆除導(dǎo)管而產(chǎn)生的間隔時(shí)間。

在水下混凝土澆筑前，沉渣應(yīng)清理干凈，混凝土采用泵送方式進(jìn)入導(dǎo)管頂部的漏斗中，并控制坍落度在20 cm左右，以保持較好的和易性?；炷猎跐仓r(shí)，導(dǎo)管埋入混凝土的深度應(yīng)在1～3 m之間，在孔深較深時(shí)，埋入深度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況加大?；炷翝仓┒返牡卓谔帒?yīng)設(shè)置隔水性能較好的裝置，該裝置產(chǎn)生隔水作用并順利排出溢出的水。在水下混凝土的澆筑過(guò)程中，若發(fā)生導(dǎo)管漏水或機(jī)械故障等造成斷樁，查明原因后須進(jìn)行重鉆[10-11]。

4.2孔底高壓注漿

為保證注漿管的連接強(qiáng)度，本工程采用 DN25×2.5或 DN57×3.5鋼管作為注漿管，并用絲扣連接，防止出水滲漏。在工程現(xiàn)場(chǎng)，沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)布設(shè)3根注漿管，注漿管與鋼筋籠加強(qiáng)箍筋綁扎連接，以便于注漿施工。

本工程注漿的水灰比根據(jù)不同的土體分開(kāi)設(shè)置，在現(xiàn)場(chǎng)的松散碎石土、砂礫設(shè)定為0.5～0.6;飽和土的水灰比設(shè)定為0.45～0.65;非飽和土的水灰比設(shè)定為0.7～0.9?；炷翝仓戤吅?8～24 h 內(nèi)必須用清水將噴口沖開(kāi)，注漿時(shí)間宜于成樁2天后開(kāi)始，不宜遲于成樁30天后。在后注漿作業(yè)開(kāi)始前，應(yīng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，優(yōu)化并最終確定適宜的注漿參數(shù)。

5塌孔處理措施

5.1一般情況處理

在工程現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)塌孔情況時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，在塌孔位置用挖機(jī)倒入一定量的黏土，然后將鉆頭放入孔內(nèi)，開(kāi)啟鉆機(jī)將黏土反鉆擠壓進(jìn)入孔壁，以達(dá)到修復(fù)一般情況下的塌孔。而在坍孔較為嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)在采用上面的方法逐層回填，逐層擠壓密實(shí)回填至坍塌部位以上3 m左右后，再重新進(jìn)行鉆孔。

如果在鉆孔中發(fā)生彎孔或縮孔現(xiàn)象，通常可將鉆機(jī)的鉆頭提起至偏斜部位，然后進(jìn)行反復(fù)掃孔，直到鉆孔處于正直狀態(tài)。如果發(fā)生嚴(yán)重彎孔現(xiàn)象，需進(jìn)一步采用小片石或卵石與黏土混合物回填樁孔至偏斜部位，待填充料壓沉以后再重新進(jìn)行鉆孔，以達(dá)到糾偏效果。

當(dāng)鉆孔過(guò)程中遇到孤石、夾層等特殊地質(zhì)情況時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)放慢鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度，通過(guò)逐步小心鉆進(jìn)，緩慢地通過(guò)孤石或軟弱夾層部位，避免因土體擾動(dòng)而出現(xiàn)塌孔。

5.2樁塌孔嚴(yán)重情況處理

如果塌孔嚴(yán)重或孔內(nèi)含水豐富且垮塌嚴(yán)重，采用 C15混凝土進(jìn)行回填處理。

（1）塌孔嚴(yán)重但孔內(nèi)沒(méi)有水或水量較少可直接回灌混凝土對(duì)塌孔區(qū)域進(jìn)行填充。在混凝土填充至塌孔區(qū)域上部時(shí)可用旋挖鉆機(jī)的鉆斗放至孔內(nèi)進(jìn)行反轉(zhuǎn)并向下略為施壓，以此確保填充的混凝土能完全充填塌孔區(qū)域并與垮塌后的孔壁完全結(jié)合在一起，混凝土回填至塌孔區(qū)域的上端后再增加2 m左右，待混凝土達(dá)到終凝后再進(jìn)行施工。

（2）孔內(nèi)水量較多的塌孔應(yīng)采用低強(qiáng)度等級(jí)水下自密實(shí)混凝土回灌，回灌混凝土需采取專用澆筑導(dǎo)管進(jìn)行水下灌注。待混凝土回填至塌孔區(qū)域的上端后，再增加深度2 m左右，待混凝土達(dá)到終凝狀態(tài)后再進(jìn)行施工。

5.3樁縮頸嚴(yán)重和塌孔非常嚴(yán)重情況處理

根據(jù)地勘資料或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，軟塑黏土含水極易縮頸造成非常嚴(yán)重塌孔甚至坍塌[12-13]，為避免出現(xiàn)坍塌而發(fā)生安全事故，在鉆至軟弱地層后發(fā)現(xiàn)縮頸情況應(yīng)暫停繼續(xù)鉆進(jìn)，應(yīng)采用安裝長(zhǎng)鋼護(hù)筒進(jìn)行隔阻避免塌孔。鋼護(hù)筒應(yīng)根據(jù)地勘資料以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合的方式提前組隊(duì)好足夠長(zhǎng)的鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒的對(duì)接采用滿焊。鋼護(hù)筒吊裝繩采用小18～20 mm并用20 t以上卸扣連接鋼護(hù)筒。在鉆進(jìn)并穿過(guò)上部回填層時(shí)，應(yīng)用履帶吊吊起長(zhǎng)鋼護(hù)筒下放至孔底（易塌孔的頂部）位置，再用挖機(jī)振動(dòng)錘并夾住長(zhǎng)鋼護(hù)筒頂部，確保對(duì)準(zhǔn)孔中心后開(kāi)啟液壓振動(dòng)錘震動(dòng)下壓鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒安裝過(guò)程中，通過(guò)孔口限位器保證護(hù)筒中心與樁基中心同點(diǎn)，并同步控制護(hù)筒垂直度，逐漸下放鋼護(hù)筒直至護(hù)筒穿透軟弱地層置于巖層表面。

采用長(zhǎng)鋼護(hù)筒穿越軟弱地層的特殊施工工藝，為確保樁人巖后能達(dá)到設(shè)計(jì)樁徑且鉆斗能在鋼護(hù)筒內(nèi)自由上升和下落以及鋼護(hù)筒安裝順利，樁徑小1.8 m 的長(zhǎng)鋼護(hù)筒直徑為小2 m，鉆機(jī)開(kāi)孔直徑為小2 m直至穿過(guò)回填層，鋼護(hù)筒以下仍按設(shè)計(jì)樁徑施工。

5.4防止斷樁或出現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類樁的措施

（1）樁底浮渣必須采取專用平底清孔器，以利于孔底浮渣厚度控制，地下水位樁均纏繞紗布條。

（2）成孔完成后進(jìn)行第一次孔深抄測(cè)，鋼筋籠安裝完成后混凝土澆筑前從套管內(nèi)第二次測(cè)孔深，當(dāng)2次誤差小于100 mm時(shí)才允許澆灌。

（3）澆筑時(shí)套管下口伸至樁底，間距不大于300 mm，澆筑過(guò)程隨時(shí)跟蹤檢查提管（不得過(guò)快，避免套管下口接觸地下水）。

（4）混凝土塌落度不得大于220 mm，每車均需實(shí)測(cè)塌落度，如超標(biāo)則要求退回?cái)嚢枵?，采取同?qiáng)度等級(jí)水下混凝土配合比，由攪拌站出具專用配合比。

（5）聲波檢測(cè)管必須固定牢靠，每根管逐次檢查，特別是混凝土澆筑時(shí)注意保護(hù)，上下口封閉嚴(yán)實(shí)，同時(shí)在后續(xù)施工過(guò)程中注意保護(hù)聲測(cè)管的完好性。

6結(jié)束語(yǔ)

解決旋挖干作業(yè)時(shí)的塌孔問(wèn)題是高填方渣土區(qū)進(jìn)行旋挖灌注樁施工的技術(shù)關(guān)鍵。本文首先從旋挖樁干作業(yè)塌孔的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出了控制樁定位和保護(hù)、采用長(zhǎng)鋼管護(hù)筒、鉆進(jìn)前采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土填充孔口、鉆進(jìn)時(shí)采用膨潤(rùn)泥土護(hù)壁并控制鉆進(jìn)速度等一系列干作業(yè)成孔施工方法，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)塌孔率。因孔深較深，為確保混凝土灌注質(zhì)量，采用導(dǎo)管法灌注樁基混凝土，并有效控制水下混凝土的灌注速度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了灌注樁高質(zhì)量快速成型。最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，給出了對(duì)應(yīng)不同塌孔程度的處理措施，以便及時(shí)處理。

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