大直徑?jīng)_孔灌注樁施工技術(shù)研究

張書(shū)心，莊孝天

（1.山東省環(huán)能設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250001；2.山東誠(chéng)信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

大直徑?jīng)_孔灌注樁施工技術(shù)是橋梁等建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其施工質(zhì)量直接決定著建筑的成功與失敗。深孔大直徑鉆孔灌注樁在施工時(shí)有較高的技術(shù)要求，且難以控制其施工質(zhì)量，在具體施工時(shí)常會(huì)有較多的問(wèn)題出現(xiàn)，一旦在施工中出現(xiàn)問(wèn)題，其處理難度也是較大的。

灌注樁施工技術(shù)研究的必要性主要源于其在實(shí)際施工中的重要性和復(fù)雜性，盡管此項(xiàng)技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了正向影響，但此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也具有較強(qiáng)的復(fù)雜性、系統(tǒng)性。由此可以證明，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)項(xiàng)目施工整體質(zhì)量的影響較為直觀(guān)。針對(duì)此項(xiàng)施工技術(shù)的研究可以推動(dòng)建筑施工技術(shù)的創(chuàng)新，并在一定程度上帶動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。因此，為了確保灌注樁的施工質(zhì)量，對(duì)其施工技術(shù)開(kāi)展進(jìn)一步研究是非常有必要的。研究可以針對(duì)技術(shù)實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探討，明確施工過(guò)程中的質(zhì)量控制方法和要點(diǎn)，以期能夠提高樁基施工質(zhì)量和效率。同時(shí)，對(duì)于可能出現(xiàn)的施工問(wèn)題，應(yīng)提前制定預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施，以降低施工中可能出現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。為滿(mǎn)足此方面需求，下文將以某具體項(xiàng)目為實(shí)例，開(kāi)展如下所示內(nèi)容的研究。

1 沖孔灌注樁應(yīng)用實(shí)例

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，大直徑?jīng)_孔灌注樁作為一種重要的基礎(chǔ)形式，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)建筑工程中。為實(shí)現(xiàn)對(duì)此項(xiàng)施工技術(shù)的推廣，以某工程為例，對(duì)其進(jìn)行沖孔灌注樁的施工。施工前，明確此項(xiàng)目的占地面積約為41 652 m2，總面積為462 594 m2。

掌握工程項(xiàng)目基本構(gòu)成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定性、適宜性的綜合評(píng)估。在進(jìn)行地質(zhì)勘察后發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)域地形平緩，沒(méi)有不良的地形地貌，地基穩(wěn)定。地層上段為小塊的素填土，其機(jī)械強(qiáng)度很低，而在下段則有很高的機(jī)械強(qiáng)度，所以其上段的穩(wěn)定性不太好，而下段的穩(wěn)定性比較好。在鉆孔深度控制的區(qū)域，巖體的穩(wěn)定性較好。同時(shí)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，勘察中未發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂帶，工程區(qū)周邊沒(méi)有中強(qiáng)震活動(dòng)，也沒(méi)有大的活動(dòng)斷層，不具備誘發(fā)滑坡等重大災(zāi)害的地質(zhì)條件。

試點(diǎn)工程共有31 層，是一座以辦公大樓為主的建筑。整個(gè)工程地下5 層，地下1 樓和2 樓是商業(yè)、商務(wù)用房，地下三樓、四樓和五樓是設(shè)備機(jī)房和地下車(chē)庫(kù)。此建筑為一座超高層建筑，其上部荷載較大，因此，對(duì)樁基礎(chǔ)的承載能力提出了較高的要求，且單層占地面積較小，為保證其承載能力，需采用大直徑鉆孔樁，考慮到地下夾層和孤石較多，采用單護(hù)筒沖孔成樁技術(shù)。施工區(qū)域圖如圖1 所示。

圖1 沖孔灌注樁施工區(qū)域圖

圖1 中，外圍1～16 是直徑為2 400 mm 的灌注樁；中間空白圓圈是直徑為1 200 mm 的灌注樁。兩種不同直徑的灌注樁總數(shù)量為32 根。

2 大直徑?jīng)_孔灌注樁施工

2.1 護(hù)筒制作與埋設(shè)施工

沖樁前需要設(shè)置鋼護(hù)筒，以確保樁機(jī)在施工期間能夠豎向沖孔，同時(shí)也能有效地避免樁機(jī)、吊錘等在孔口周?chē)ぷ鲿r(shí)所引起的載荷和沖擊力對(duì)孔壁造成塌孔[1]。埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，采用挖土機(jī)開(kāi)挖護(hù)筒坑，護(hù)筒坑深度比護(hù)筒大400～500 mm，并在護(hù)筒坑的四周和底面用黏土進(jìn)行回填和密實(shí)，以防滲水，護(hù)筒埋入1 500～2 000 mm。在樁位開(kāi)挖時(shí)，將護(hù)筒埋入坑口，一般30 mm 或1 500 mm 以上，這樣就能保證鉆孔的泥面在井外的水面或地表之上。護(hù)筒中心距樁位中心線(xiàn)的偏差不能超過(guò)50 mm。為了防止地層水倒灌，同時(shí)也起到了保護(hù)套管的作用，在護(hù)筒和孔壁之間采用多層的黏土充填[2]。在拆護(hù)套管時(shí)，要待混凝土強(qiáng)度超過(guò)25%，方能拆除鋼護(hù)筒。

上述工程項(xiàng)目1 200 mm 普通直徑的樁結(jié)構(gòu)中，護(hù)筒采用5 mm 厚度的鋼板制作而成，其內(nèi)徑設(shè)計(jì)為1 300 mm，護(hù)筒高度設(shè)計(jì)為1800 mm。

在2 400 mm 的大直徑?jīng)_孔中，鋼質(zhì)護(hù)壁采用8 mm 厚的鋼板，內(nèi)徑2 600 mm，護(hù)筒高度2 000 mm，鋼護(hù)筒上設(shè)有兩個(gè)溢流孔，因?yàn)榇笾睆經(jīng)_孔所用的加固六星沖錘的重量很大，約為8 t，而用于120 mm 的沖孔樁的普通三星沖錘只有3 t 重[3]。由于沖孔樁自重大，在每一次沖樁過(guò)程中，對(duì)護(hù)筒受力都要比一般直徑的孔樁大得多，而且護(hù)筒容易發(fā)生傾斜，甚至掉入孔內(nèi)[4]。針對(duì)大直徑樁承臺(tái)偏位脫落的難題，采用廢棄的鋼筋端頭與鋼筒頂端焊合，通過(guò)鋼筒頭部的支承，提高筒身的穩(wěn)定性，確保套管不會(huì)下陷，如圖2 所示。

圖2 護(hù)筒焊接鋼筋頭

2.2 沖孔灌注樁沖土成孔

在開(kāi)展沖孔灌注樁沖土成孔施工前，結(jié)合地勘資料、超前鉆報(bào)告，推算得出每一根樁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，并在完成施工后與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，得到如表1 所示的結(jié)果。

表1 地勘報(bào)告、超前鉆報(bào)告、實(shí)際施工情況對(duì)比

結(jié)合表中記錄的內(nèi)容，在2 400 mm 大直徑樁進(jìn)行超前鉆勘探前，需要對(duì)3 個(gè)及以上點(diǎn)位進(jìn)行超前鉆勘察，提高超前鉆的精度[5]。為確保施工質(zhì)量和安全性，選擇泥漿護(hù)壁成孔的方式施工。在1 200 mm 的普通直徑鉆孔灌注樁中，使用3 t 三星錘快速掘進(jìn)，在砂質(zhì)黏性土層和全風(fēng)化片麻巖中，進(jìn)孔速度為120 cm/h，遇到夾層時(shí)進(jìn)孔速度為6～8 cm/h，遇孤石時(shí)進(jìn)孔速度為3～5 cm/h。直徑1 200 mm 的樁，用28 mm 鋼絲繩吊運(yùn)18 根樁，現(xiàn)場(chǎng)用4 臺(tái)樁機(jī)施工，每臺(tái)鉆機(jī)4 條，沒(méi)有一條鋼絲繩發(fā)生起毛、開(kāi)裂現(xiàn)象，未更換過(guò)鋼絲繩。

在實(shí)際工程中，我們發(fā)現(xiàn)2 400 mm 大直徑鉆孔灌注樁的鋼絲繩更換頻率比直徑1 200 mm 的鉆孔灌注樁要高得多。采用8 t 重錘來(lái)施工，平均每完成一根樁就要更換一根鋼絲繩，在孤石、夾層較多的地方，更換次數(shù)更多[6]。大直徑鉆孔灌注樁中，鋼絲繩的磨耗部位大多位于樁機(jī)吊沖錘的拉線(xiàn)部位。在此處增設(shè)一皮帶輪，使鋼絲繩與樁機(jī)相連，以減小此處鋼絲繩的磨損。

在鉆孔進(jìn)尺作業(yè)中，先在孔口埋好護(hù)筒，再將鉆機(jī)安放到位，再用吊繩將鉆桿中心與護(hù)筒中心對(duì)齊，從而決定鉆孔的鉆孔位置。在進(jìn)行沖孔時(shí)，為了避免沖錘撞擊護(hù)套，同時(shí)要適時(shí)地添加泥漿來(lái)保護(hù)護(hù)墻，該工程的土層是砂性黏土。另外，還購(gòu)買(mǎi)膨潤(rùn)土和紅土來(lái)配制高質(zhì)量的泥漿。在鉆孔至護(hù)筒底部3～4 m 時(shí)，應(yīng)加速?zèng)_錘，使其能正常工作，并對(duì)泥漿的密度進(jìn)行測(cè)試與控制。

2.3 沖孔灌注樁清孔與澆筑

第1 次清孔以清除孔底大顆粒的碎石和殘?jiān)葹橹饕康?，?duì)泥漿的密度有很高的要求。當(dāng)沖孔至設(shè)計(jì)要求的深度時(shí)，可以將清孔導(dǎo)管吊起，然后用泵將泥漿加壓換漿。鉆孔達(dá)到規(guī)定的深度后，就可以開(kāi)始一次清孔。第2次清孔在完成對(duì)鋼筋籠的安裝后，當(dāng)泥漿比重降低為1.1～1.2 時(shí)，再進(jìn)行清孔。第2 次清孔后的30 min 內(nèi)完成混凝土的澆搗。

在完成清孔后，對(duì)沉渣情況進(jìn)行檢測(cè)。在1 200 mm 普通直徑樁中，可設(shè)置5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整根樁內(nèi)部沉渣情況的檢測(cè)。針對(duì)2 400 mm 的大直徑樁，按照?qǐng)D3 所示設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。

圖3 沉渣檢測(cè)點(diǎn)布置示意圖

如圖3 所示，在一次清孔結(jié)束后，進(jìn)行一次沉渣檢查。第2 次清孔結(jié)束后，再檢查一遍，每次檢查13 個(gè)點(diǎn)位，各點(diǎn)位的沉渣厚度不超過(guò)30 mm，方可繼續(xù)下一步（設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)沉渣厚度的要求為不超過(guò)50 mm）。

在混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管中的混凝土水位一般都在孔中的泥漿表面及孔中的混凝土表面上，并且混凝土的密度要比泥漿容重大得多。這樣，管道內(nèi)部和外部就會(huì)產(chǎn)生一種壓差，液體就會(huì)從高處向低處流動(dòng)，從而使混凝土被灌入孔中。通過(guò)設(shè)計(jì)，在1 200 mm 直徑?jīng)_孔灌注樁中將混凝土的初灌量設(shè)置為2 m3；在2 400 mm 大直徑?jīng)_孔灌注樁中將混凝土的初灌量設(shè)置為6 m3。

3 檢測(cè)方法

大直徑?jīng)_孔灌注樁是指樁徑大于等于800 mm的沖孔灌注樁。其施工工藝流程主要包括：準(zhǔn)備工作、樁位放樣、埋設(shè)護(hù)筒、沖孔、清孔、水下混凝土灌注等。

為確保項(xiàng)目施工可以達(dá)到預(yù)期效果，在完成施工后，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的具體需求，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，確保成樁質(zhì)量和施工效率。

3.1 樁身完整性檢測(cè)

完成施工后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用效果的檢驗(yàn)。鉆芯法是一種既可以用來(lái)測(cè)定某一批或某一構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值，又可用來(lái)作為鉆孔校正間接法測(cè)定混凝土強(qiáng)度的方法。該方法在測(cè)定混凝強(qiáng)度時(shí)具有很小的系統(tǒng)誤差，但對(duì)于強(qiáng)度樣品，其標(biāo)準(zhǔn)偏差則比較大（隨機(jī)誤差是指樣品的數(shù)量較少）。采用間接檢驗(yàn)法可以得到更多的試驗(yàn)資料，而且試樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差也能更好地反映被試混凝土的強(qiáng)度變化。

在采用鉆芯法進(jìn)行灌注樁的完整性檢測(cè)時(shí)，需要選擇部分樁基作為檢測(cè)對(duì)象，檢測(cè)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 基于鉆芯法的沖孔灌注樁完整性檢測(cè)結(jié)果

從圖4 的結(jié)果可以看出，本次檢測(cè)若干根完成施工的沖孔灌注樁，幾乎所有的灌注樁都通過(guò)了完整檢測(cè)，只有一根沖孔灌注樁發(fā)生斷裂，即未通過(guò)檢測(cè)。

3.2 承載力檢測(cè)

在完成沖孔灌注樁的完整性檢測(cè)后，采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，進(jìn)行沖孔灌注樁的承載力檢測(cè)。

該試驗(yàn)是將豎向荷載作用在樁頂，觀(guān)測(cè)樁的沉降量，并根據(jù)沉降量和施加的荷載，掌握樁體結(jié)構(gòu)的壓力能力，以便于推測(cè)其承載力。此試驗(yàn)的目的在于了解樁的工作性能，判斷樁的均勻性、大小和變化情況等。

根據(jù)1 200 mm 與2 400 mm 樁體的單樁設(shè)計(jì)承載力，對(duì)其進(jìn)行承載力測(cè)試。本次共測(cè)試20 根樁體，1 200 mm 與2 400 mm 樁體各10 根，所有樁體均通過(guò)了承載力測(cè)試。說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的方法，可以滿(mǎn)足大直徑?jīng)_孔灌注樁的規(guī)范化施工。

4 結(jié)語(yǔ)

為滿(mǎn)足各地城市化建設(shè)與發(fā)展需求，有關(guān)單位在開(kāi)展研究后，提出將沖孔灌注樁作為建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的核心施工方法。在相關(guān)工作持續(xù)推進(jìn)的背景下，高層建筑、地鐵、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求越來(lái)越大，沖孔灌注樁的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。未來(lái)，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，沖孔灌注樁的市場(chǎng)需求也將繼續(xù)增加。沖孔灌注樁施工技術(shù)將不斷改進(jìn)和升級(jí)，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)樁施工效率的全面提升。

未來(lái)的沖孔灌注樁施工設(shè)備將更加智能化和自動(dòng)化，能夠提高施工效率和質(zhì)量。例如，可以開(kāi)發(fā)智能化的沖孔設(shè)備，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制沖孔深度和角度，減少人為操作失誤。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，沖孔灌注樁這種非開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也將越來(lái)越明顯。未來(lái)，沖孔灌注樁施工技術(shù)將更加注重環(huán)保和節(jié)能，減少對(duì)環(huán)境的影響和資源浪費(fèi)。例如，可以開(kāi)發(fā)低噪音、低能耗的設(shè)備，減少對(duì)周?chē)h(huán)境和居民的影響。總之，未來(lái)沖孔灌注樁施工技術(shù)將在設(shè)備升級(jí)、節(jié)能、多元化、定制化、高精度、高質(zhì)量等方面得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，為建筑工程提供更加安全、高效、環(huán)保的施工方式。