軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)探討

胡發(fā)憲，胡發(fā)虎

（1.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院有限公司，中國云南650041;2.云南地礦地質(zhì)工程有限公司，云南昆明 650041）

隨著建筑工程建設(shè)規(guī)模的增大，樁基施工工藝在不斷改善，鉆孔灌注樁因具備優(yōu)良的技術(shù)性能而在建筑工程中十分常見。然而鉆孔灌注樁施工普遍面臨施工工藝復雜、樁基質(zhì)量控制直觀性差等問題，在施工過程中普遍存在樁身混凝土離析、斷樁、縮徑、樁端沉渣過厚等質(zhì)量問題。軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁除面臨上述問題外，還存在成孔難度大、孔斜難控制、孔壁塌陷、鉆進困難等問題。為此，必須結(jié)合工程特殊的水文地質(zhì)條件，采取有效措施應對施工過程中面臨的技術(shù)難題。

1 工程背景

某擬建超高層建筑所處地區(qū)為軟土地區(qū)，項目主副塔基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁形式，為進行鉆孔灌注樁施工過程及質(zhì)量控制，必須進行成樁試驗和檢測。鉆孔灌注樁試驗樁樁型為?1000mm，試樁長85m，靜載試驗加載量最大值為25000kN。根據(jù)鉆探揭露深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及成因類型，場地地層屬于多層型結(jié)構(gòu)，地表為短期內(nèi)形成的人工填土層，地表以下則為粘性土、泥炭質(zhì)土和粉土層為主的第四系湖沼相、沖湖積相地層。根據(jù)成因類型、土層分類及工程特性，按地層結(jié)構(gòu)及代號順序從上至下將場內(nèi)地層分為若干個大層和相應亞層，樁尖持力層為⑥1泥炭質(zhì)土層，地質(zhì)條件情況具體如表1所示。為保證大直徑超長灌注樁施工質(zhì)量，采用樁身預埋鋼筋應力計測試內(nèi)力，并進行靜載荷試驗，樁身預埋沉降桿測試樁身及樁端沉降、成孔檢測、超聲波及低應變檢測、樁身完整性取芯檢測、樁端取樣注漿效果檢測[1]等。

表1 施工場地內(nèi)地質(zhì)條件

勘察期間在所有鉆孔中均見到穩(wěn)定的地下水，對已完成鉆孔進行觀測，地下水穩(wěn)定水位0.1～2.0m之間，水位高程介于1884.8～1886.9m之間。地下水類型主要為賦存于表部松散層中的上層滯水，其下粉土及粉砂層中的第四系孔隙型潛水。

2 技術(shù)難點

通過分析該項目地勘資料及相關(guān)報告，其所揭示的場內(nèi)水文地質(zhì)條件十分復雜，樁基成孔深度范圍內(nèi)大量分布有圓礫、粉砂、粉土等軟弱地層，在成孔施工過程中還面臨地下水及施工擾動所致孔壁塌陷、沉渣層厚度過大、鉆進難度大等困難。為加強軟弱土層處理并減小承壓水對灌注樁施工的不利影響，按照國家高程基準即1889.0m確定樁基施工面標高，造成灌注樁存在較長的空樁段，空樁段長度普遍在18.0～22.5m之間，十分不利于樁基成孔施工精度控制。此外，該超高層建筑項目位于所在主城區(qū)核心位置，施工期間環(huán)保及工程進度要求較高。

3 樁基試驗

軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁基較為少見，可供參考的設(shè)計及施工經(jīng)驗也十分有限，為進行樁基參數(shù)確定，必須在正式施工前試樁。試樁數(shù)共為15根，按照四錨一的形式分為三組，壓漿水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.5～0.6，注漿開始時水灰比可按照0.6～0.7確定，待壓力正常后逐漸調(diào)整為0.5～0.55，水泥漿液攪拌時間應至少為2min；單樁水泥漿液壓注量4.9t，壓漿壓力控制在3.0MPa，終壓應為5.0MPa，持荷時間應控制在5min，壓漿流量應不超出75L/min。初步樁基參數(shù)取值見表2，其中D為設(shè)計樁徑，L為設(shè)計樁長。按照表中所列技術(shù)參數(shù)試樁后檢查灌注樁施工工藝的可行性及施工效果。

表2 初步樁基設(shè)計參數(shù)

試樁過程中，1#樁成樁時間為2020年12月28日，實測孔徑1070mm，實際入土深76.2m，樁底沉渣厚度實際為5cm，混凝土實際用量68.79m3，充盈系數(shù)1.15；6#樁成樁時間為2021年1月3日，實測孔徑1100mm，實際入土深73.4m，樁底沉渣厚度實際為3cm，混凝土實際用量71.35m3，充盈系數(shù)1.24；11#樁成樁時間2020年12月25日，實測孔徑1130mm，實際入土深75.5m，樁底沉渣厚度實際為6cm，混凝土實際用量74.68m3，充盈系數(shù)1.26。試樁現(xiàn)場測試結(jié)果也顯示，樁基在豎向荷載作用下，沉降小，穩(wěn)定速度快，單樁承載力滿足設(shè)計要求；樁底反射清晰，樁長實測值與設(shè)計樁長要求相符，樁身混凝土質(zhì)量及樁身完整性較好，且不存在離析、縮徑。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

本工程施工工藝同一般灌注樁，結(jié)合樁基試驗、工程設(shè)計、實際情況及施工質(zhì)量和工期控制方面的要求，為保證該軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁施工質(zhì)量，必須保證施工工序科學合理，并同時加強間隔時間控制，并在軟土壓應力消失前在軟土壓應力影響范圍外新開設(shè)樁孔，有效防止軟土壓力對混凝土樁灌注施工產(chǎn)生擠壓，引發(fā)縮徑等問題；鄰樁間隔施工時間應按6d控制。與此同時，還應加強成孔垂直度控制，采用聯(lián)合成孔技術(shù)，加強護壁泥漿循環(huán)使用及終漿處理，強化樁端沉渣控制，并做好鋼筋籠轉(zhuǎn)場及對接處理。

4.1 控制成孔垂直度

施工場地自然標高和樁基施工標高分別為1893.0m和1889.0m，為加強空樁段垂直度控制，保證成孔施工精度，必須確保樁基施工作業(yè)面的承載力和平整度。為此，通過250mm厚的單層配筋+C25混凝土地坪的方式進行樁基施工工作面硬化處理。

主塔范圍內(nèi)鋼護筒長度在20.0～24.0m之間，且主要為⑤2泥炭質(zhì)土和⑤3粘土，會使鋼護筒沉設(shè)阻力增大。若采用常規(guī)的使用履帶吊單吊點懸掛振動錘進行鋼護筒沉設(shè)，則施工工效低、安全性差，成孔垂直度無法保證。為此，該項目主要采用三軸深層攪拌長螺旋鉆孔樁機樁架+ICE振動錘施工平臺[2]，并在導軌下部安裝鋼質(zhì)抱箍，以提升對接及轉(zhuǎn)場速，確保施工安全并加強成孔垂直度控制。通過ICE振動錘施工平臺進行鋼護筒沉放時，應將兩臺經(jīng)緯儀按照90°角交匯架設(shè)，以便實時監(jiān)測鋼護筒沉放垂直度，出現(xiàn)偏移后隨機糾正。待鋼護筒沉放至設(shè)計深度后再改用旋挖成孔設(shè)備鉆進至鋼護筒底部2.0m以上，此后再將護壁泥漿加入鋼護筒內(nèi)，并結(jié)合超聲波檢測儀檢測樁孔垂直度。

本工程采用回旋鉆機和旋挖樁機相結(jié)合的聯(lián)合成孔工藝，60.0m以上的成孔作業(yè)通過旋挖樁機進行，并通過控制鉆速、鉆壓等施工參數(shù)，保證成孔垂直度；60.0m以下至設(shè)計樁端持力層深度范圍內(nèi)的成孔作業(yè)則采用三翼雙腰帶刮刀鉆頭，鉆頭錐尖角120°，直徑1000～1020mm，為增強鉆頭導正效果，其鉆頭按照一字型前導設(shè)計，前導段500mm寬，同時將上下腰帶間距及上腰帶寬度分別增加至1.3m和400mm，使鉆頭防傾斜效果增大。成孔后隨即通過超聲波檢測儀檢測成孔垂直度，并通過C15混凝土回填樁孔，待12h后再次成孔。

4.2 聯(lián)合成孔

結(jié)合地質(zhì)勘探情況及試樁效果，對于③泥炭質(zhì)土、⑤2泥炭質(zhì)土、⑥1泥炭質(zhì)土層，易糊鉆，回旋鉆機成孔效率低，為保證施工效率，該項目采用旋挖樁機與氣舉反循環(huán)回旋鉆機相結(jié)合的聯(lián)合成孔技術(shù)，以縮短成孔時間，提升施工工效。

4.3 泥漿配置及循環(huán)利用

鉆孔過程中所配備的護壁泥漿性能參數(shù)具體見表3；循環(huán)使用的泥漿將攜帶越來越多的鉆渣，達到一定飽和狀態(tài)后泥漿便失去繼續(xù)攜帶鉆渣及護壁的性能，必須廢棄，廢棄泥漿比重大于1.2g/cm3，失水量大于0.025L，膠體率大于95%，pH＞10.5。

表3 護壁泥漿性能要求

工程位于所在城市主城區(qū)核心位置，對環(huán)境保護有較高要求，灌注樁樁基泥漿護壁成孔施工工藝必將產(chǎn)生大量泥漿，為此，必須采取有效措施減少護壁泥漿外排。結(jié)合工程水文地質(zhì)條件及類似工程施工經(jīng)驗，在所確定出的護壁泥漿配合比基礎(chǔ)上，還應按照以下要求摻加外加劑，即純堿3.0～5.0kg/m3，鈉基膨潤土60.0kg/m3，30%水解度的聚丙烯酰胺0.5kg/m3；此外，還應加強施工過程中循環(huán)泥漿的收集與重復利用，即將收集到的循環(huán)泥漿沉淀、機械除砂并脫泥，再摻加純堿、纖維素等改良劑，使改良后的泥漿粘稠度不低于20s，比重不大于1.2，含砂量在4%以內(nèi)[3]。對于多次循環(huán)使用的護壁泥漿，應按1.0g/L的量摻加絮凝劑使其固液分離，再將上層清水抽除后摻加10.0g/L的生石灰等固化劑?；厥蘸蟮那逅捎糜谑┕ぼ囕v沖洗和施工現(xiàn)場降塵，固化處理后的鉆渣則與現(xiàn)場土方拌和后外運處理，最終實現(xiàn)護壁泥漿零排放。

4.4 樁端成渣控制

采用混凝土澆筑導管接頭清孔后配備?125mm彎管和?50mm鍍鋅風管。風管節(jié)段按照6.0m長度控制，并通過螺絲扣連接風管節(jié)段；風管與起吊點通過焊接方式連接。在通過氣舉反循環(huán)方式二次清孔時，以額定壓力1.2MPa以上、送風量12.0m3/min的空氣壓縮機為主要動力源。氣舉反循環(huán)二次清孔工藝能顯著提升樁基清孔工效和質(zhì)量，且可避免對聲測管及鋼筋籠的不利影響。

為保證灌注樁地基土承載力，有效控制沉降，本工程還采用樁端后注漿工藝，且工程樁基設(shè)計承載力較大，樁端后注漿操作方式能顯著改善樁端持力層力學性質(zhì)，保證樁基沉降控制效果。

4.5 鋼筋籠轉(zhuǎn)場及對接

工程樁基數(shù)量較大，為控制樁基施工對基礎(chǔ)工程工期的不利影響，將其中450根樁施工標高均調(diào)整為第二道內(nèi)支撐底標高1881.1m，從而實現(xiàn)了樁基施工與土方、基坑支護等工序的流水作業(yè)。此外，土方工程及基坑支護工程開始后工程施工工作面變得狹窄，施工效率會因此降低，安全生產(chǎn)風險增大。為提升鋼筋籠場內(nèi)轉(zhuǎn)運效率以及孔口對接、下放效率，將一臺大型塔吊增設(shè)在樁基中心位置，以實現(xiàn)鋼筋籠轉(zhuǎn)運、對接及下放。

5 結(jié)論

綜上，該工程通過設(shè)置三軸攪拌長螺旋鉆孔樁機機架液壓振動錘移動施工平臺，使鋼護筒對接速度、轉(zhuǎn)場速度及工效顯著提升；高性能護壁泥漿的使用能有效提升孔壁穩(wěn)定性，并方便護壁泥漿回收處理，保證對工程施工環(huán)保方面的要求；氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)的應用使清孔質(zhì)量、設(shè)備材料周轉(zhuǎn)率及施工工效均顯著提升。總之，該軟土地區(qū)大直徑超長鉆孔灌注樁施工工藝的改進及優(yōu)化為百米級樁長的灌注樁施工提供了成功經(jīng)驗。