鉆孔灌注樁技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用探討

劉 佳

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

0 引 言

在城市發(fā)展過程中，建設(shè)、開發(fā)房屋建筑工程，不僅可以解決城市居民的生活住房問題，還可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對城市土地資源利用率的提升。樁基是房建的基礎(chǔ)，可將樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，作為評價房建壽命及其在運(yùn)營使用中安全性的關(guān)鍵指標(biāo)[1]。鉆孔灌注樁技術(shù)是房建工程施工中一種較為常見的工程技術(shù)，工程方必須設(shè)計(jì)完善、科學(xué)、合理的工程方案，才能確?？⒐さ捻?xiàng)目達(dá)到預(yù)期要求。

1 工程概況與施工現(xiàn)場條件

1.1 概 況

所選的工程項(xiàng)目為該地區(qū)政府投資開發(fā)的重點(diǎn)工程，相關(guān)此工程項(xiàng)目的概況信息見表1。

表1 案例工程概況

1.2 施工現(xiàn)場條件

從地表層到底層的巖土名稱與極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

表2 施工現(xiàn)場巖土層樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)施工場地的地表水湖泊距離接近，砂礫、微孔壓的地下水以黏性土層為主，土層承載力受季節(jié)變化較大。以橫向大氣降水為主，土層受力與地下水存在著一定的水力關(guān)聯(lián)[2]。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，施工場地年水位變化幅度在2.35～4.25 m，在勘測過程中，地下水位在10.5～16.4 m。

對現(xiàn)場地下水進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)水體中不含有腐蝕性物質(zhì)，即地下水不會腐蝕混凝土、鋼筋、建筑鋼結(jié)構(gòu)。

2 鉆孔灌注樁技術(shù)在房建施工中的應(yīng)用

2.1 反循環(huán)鉆進(jìn)成孔

在進(jìn)行房建施工時，為了達(dá)到成孔目的，采用了反向循環(huán)鉆井技術(shù)，進(jìn)行了成孔工藝。這種施工工藝的基本原則是通過控制灌漿進(jìn)入孔底來冷卻鉆頭，在施工時不會被攜帶的鉆渣所影響，并且可以通過鉆柱和鉆孔的間隙進(jìn)入鉆孔，然后通過鉆柱的部位排出。鉆孔成孔是由沖水反循環(huán)流來完成的。針對上述房建施工項(xiàng)目，在進(jìn)行反循環(huán)鉆進(jìn)成孔時，對鉆機(jī)和砂石泵組進(jìn)行選擇。要求在鉆機(jī)和砂石泵組內(nèi)包含轉(zhuǎn)盤、減速傳動裝置、操作裝置、鉆塔等結(jié)構(gòu)。除此之外，鉆進(jìn)施工時還需要用到鉆渣分離裝置[4]。確保鉆井成孔質(zhì)量，避免鉆渣對其造成影響。由于需要完成對直徑40 cm鉆孔樁的設(shè)置，特選用大直徑的樁孔鉆具。鉆具連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 鉆具連接結(jié)構(gòu)示意圖

在鉆進(jìn)前還需要確定鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等各個參數(shù)，鉆進(jìn)過程中形成支撐的力量較小，因此需要更小的鉆壓。鉆壓主要由切削具切入巖石的具體要求壓力決定。在鉆進(jìn)時對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，針對不同的地層結(jié)構(gòu)，采用不同的轉(zhuǎn)速方案[5]。在軟巖結(jié)構(gòu)上，將鉆行速度控制在1.25～1.65 m/s；在硬土結(jié)構(gòu)上，將鉆行速度控制在2.00～5.25 m/s；在砂礫石層結(jié)構(gòu)上，將鉆行速度控制在1.25～2.24 m/s。對于泵量的設(shè)置，需要根據(jù)砂礫泵流、出渣能力等決定。由于本文房建施工項(xiàng)目的孔徑相對較大，若流量、循環(huán)流體速度下降，則會造成嚴(yán)重的侵蝕問題，進(jìn)而造成孔壁穩(wěn)定性降低[6]。因此，綜合多方面因素考慮，要求在鉆進(jìn)較淺的位置上，將循環(huán)流體返回率控制在小于或等于3.0 m/s的范圍內(nèi)；在鉆進(jìn)較深的位置上，將循環(huán)流體返回率控制在2.0 m/s左右。采用上述鉆進(jìn)方式成孔后，樁孔的質(zhì)量良好，并且清孔也更加容易[7]。清孔的具體操作為：在最后一洞完成成孔后，停止鉆探鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時維持循環(huán)液的循環(huán)，將新的泥漿含沙量不足4%的材料注入，保持反循環(huán)時間。反循環(huán)停止的時間根據(jù)沉積物的厚度以及孔隙大小確定，通常情況下，反循環(huán)時間應(yīng)當(dāng)控制在20～35 min。

2.2 鋼筋籠制作與吊裝施工

在完成反循環(huán)鉆進(jìn)成孔后，對鋼筋籠進(jìn)行制作，并完成對其吊裝施工。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作鋼筋，在鋼筋表面標(biāo)明鋼筋的位置。將主筋置于由鋼筋籠制成的工作臺上，并標(biāo)明加固部位。將加勁筋上的任何一條主筋與中間的加勁筋標(biāo)志對齊，然后依次進(jìn)行焊接[8]。在框架的兩端分別有一個工人來控制框架旋轉(zhuǎn)，其他的主筋按上面的方法進(jìn)行焊接。將框架結(jié)構(gòu)置于支架上，將鋼筋套在模板上，然后根據(jù)圖紙上的要求，將鋼筋固定在鋼筋上。用以上方法，在鋼筋籠成型后，把它放在一個平坦、干燥的地方。

鋼筋籠成型后，再進(jìn)行吊裝。在對鋼筋籠進(jìn)行吊裝時，需要對吊車參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，要求吊車25 t極限起重量為245 kN；承擔(dān)允許起重量為180.0 kN；承擔(dān)最重鋼筋籠重量為18.50 kN。吊車承受的重量應(yīng)當(dāng)滿足下述關(guān)系：

Q>Q1+Q2

(1)

式中：Q為吊車能夠承受的重量；Q1為鋼筋籠最大的重量；Q2為吊具的重量。選擇吊車時需要確保吊車能夠承受的重量滿足上述要求，從而保證鋼筋籠吊裝的安全性。

施工現(xiàn)場場地狹小，因此鋼筋籠需要放置在圍擋外。利用吊機(jī)將下半節(jié)鋼筋籠吊離地面，再緩慢將鋼筋籠豎立，并下放鋼筋籠就位，進(jìn)行臨時固定[9]。按照圖2所示的內(nèi)容完成對鋼筋籠吊點(diǎn)平面的布置。

圖2 鋼筋籠吊點(diǎn)平面布置圖

在確定鋼筋籠吊點(diǎn)位置后，按照下述步驟完成吊裝操作：

(1) 開展起吊前的準(zhǔn)備工作，包括位置誤差檢測、鋼筋籠運(yùn)輸和放置等。

(2) 操縱起重機(jī)的主、副掛鉤，并同時進(jìn)行吊裝，當(dāng)鋼網(wǎng)被吊起來離地30 cm時，觀察并檢查起吊是否正常，若不正常則需要落地重新調(diào)整，若正常則將主鉤與副鉤同步提升，由主鉤完成起吊工作。

(3) 在主鉤提升的過程中，將鋼筋籠從水平放置改為豎直放置，并解除副鉤。

(4) 采用主吊車將鋼筋籠輸送至鉆孔灌注樁的施工部位.

(5) 執(zhí)行第一節(jié)鋼筋籠的下落作業(yè)，并用槽鋼支承。

(6) 對第二節(jié)鋼筋籠進(jìn)行吊裝，并對孔口進(jìn)行焊接。

(7) 以此類推，直到所有鋼筋籠被全部吊放后，完成整個吊放施工操作。

2.3 灌注混凝土

完成鋼筋籠的制作與吊裝施工后，在成孔中灌注混凝土形成灌注樁。在灌注混凝土材料時，若出現(xiàn)質(zhì)量問題，則會在極大程度上影響整個房建施工項(xiàng)目的質(zhì)量，并且會造成無法預(yù)計(jì)的損失。因此，澆筑過程中必須嚴(yán)格控制混凝土的質(zhì)量[10]。在選擇灌漿材料時，必須以40%～50%的含砂量為宜，或采用低于20%的活性砂粉取代原有的混凝土，以提高混凝土的流動性，防止出現(xiàn)堵管問題。選擇的混凝土導(dǎo)管需要在實(shí)際施工應(yīng)用前進(jìn)行防水測試，確保具備較高防水性能后再投入使用。灌注時需要設(shè)置防水開關(guān)，可選用直徑不超過1 m的樁沙包做防水開關(guān)。施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度和攪拌時間，以防止混凝土柱和泥漿的損壞。在澆鑄工藝中，要嚴(yán)格控制輸注流程和操作方式，要適當(dāng)?shù)卦黾颖萌牖炷帘砻娴膹?qiáng)度，要有序、持續(xù)地注入。要求盡可能短的時間間隔，緩慢填充，防止造成管道內(nèi)部的高壓氣囊與管子接頭的連接不容易被拔出，避免滴水或下沉。在保證樁身質(zhì)量的同時，盡量采用最大的中線長度來阻止管道插入鋼筋籠內(nèi)，這樣可以保證混凝土樁的質(zhì)量。防止浮式鋼籠底3.0型鋼籠埋入混凝土加強(qiáng)籠的頂部底部，一旦發(fā)現(xiàn)浮式鋼籠，應(yīng)立即停止注入，以保證增加管道的深度，按照上述要求完成灌注混凝土施工。

3 實(shí) 驗(yàn)

3.1 施工設(shè)計(jì)概況

鉆孔灌注樁的技術(shù)設(shè)計(jì)概況見表3。

表3 鉆孔灌注樁技術(shù)設(shè)計(jì)概況

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對鋼筋籠制作、安裝過程中的偏差要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，見表4。

表4 鋼筋籠制作、安裝過程中的偏差要求

3.2 施工場地設(shè)計(jì)

為了保證鋼筋等工程物料能夠運(yùn)送到工地，工地周圍要修建多條可供大型汽車通行的公路。

鋼筋進(jìn)場后堆放在便于操作、不妨礙施工的場地內(nèi)。根據(jù)建筑物的樁位布置，合理安排施工設(shè)備的工作區(qū)間和方向，盡可能利用有限的場地。場地布置如圖3所示。

由于淤泥池與便道相鄰，為了確保施工場地內(nèi)的淤泥池排列整齊，在施工公路橫穿線處，每隔8～12個樁位設(shè)一處泥漿池(泥漿池包含儲液槽)，以防止樁位在淤泥池的位置，位置可視具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。每隔一段時間用紅、白漆、安全環(huán)保網(wǎng)維護(hù)，并根據(jù)現(xiàn)場條件，配備充足的照明裝置。

鋼筋籠的原材料堆放在鋼筋籠加工區(qū)域的附近，以方便現(xiàn)場加工。

3.3 主要施工設(shè)備

根據(jù)工程特點(diǎn)，可按照表5，進(jìn)行施工現(xiàn)場設(shè)備的準(zhǔn)備。

圖3 場地布置

表5 主要施工設(shè)備

3.4 施工中的應(yīng)急處理方案

3.4.1 孔壁塌陷

在鉆探中，如發(fā)現(xiàn)淤泥泡沫的數(shù)量不斷增加，或者泥漿突然泄漏?？稍谔攸c(diǎn)，用沙粒與黏土混合回填1～2 m，如回填土致密，鉆孔后再進(jìn)行。施工期間，應(yīng)該避免不符合質(zhì)量規(guī)范的材料進(jìn)入現(xiàn)場，采用優(yōu)質(zhì)的黏土，提高泥漿的黏性。

3.4.2 縮頸

當(dāng)鉆井中出現(xiàn)局部孔徑比設(shè)計(jì)孔徑要小的情況時，可以采取上下重復(fù)的方法來增大鉆孔直徑。為了避免此類問題的再次發(fā)生，可使用高質(zhì)量的鉆井液，以減少失水率。

3.4.3 鉆孔偏斜

在鉆孔位置上下反復(fù)刷掃多次，以節(jié)約硬土，若鉆孔偏斜修正無效，需再次鉆孔。另外，為避免鉆孔發(fā)生傾斜，可在鉆探區(qū)域進(jìn)行孔位的壓實(shí)處理。

3.5 承載力對比

在作業(yè)面隨機(jī)選擇測點(diǎn)，檢驗(yàn)施工后地基結(jié)構(gòu)的承載力。檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 承載力檢驗(yàn)結(jié)果 /KPa

4 結(jié) 論

在房屋建筑工程中，鉆孔灌注樁施工是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的工作，其特點(diǎn)是隱蔽、工序煩瑣、前后工序緊密銜接、混凝土質(zhì)量控制難度高。施工方需要重視鉆孔灌注樁的工藝、做法和操作要領(lǐng)，深入了解現(xiàn)場施工中可能出現(xiàn)的各種影響工程質(zhì)量的因素，才能保證施工后樁基質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文開展此次研究，并通過對項(xiàng)目概況的綜合分析、施工場地條件的評估，設(shè)計(jì)了針對此施工方法的檢驗(yàn)方式，檢驗(yàn)后得到了下述兩個方面的結(jié)論：

(1) 根據(jù)表6承載力檢驗(yàn)結(jié)果，隨機(jī)選擇的測點(diǎn)承載力均滿足大于100 kPa的要求，說明該方法可以在施工中起到提高地基承載力的作用。

(2) 盡管通過本次研究，已經(jīng)對鉆孔灌注樁的施工技術(shù)有所了解，但要在使其土木工程中得到更好的應(yīng)用，特別是采用泵吸反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行鉆孔成孔，還需在后續(xù)工作中，進(jìn)一步地深入研究。