不良地質(zhì)中粗砂層鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的控制研究

梁文杰

（中交四航局第一工程有限公司，廣州 510420）

1 引言

在土木工程建筑歷史進(jìn)程中，樁基礎(chǔ)是一種被世界各國廣泛運用的基礎(chǔ)形式。從古代的木樁使用，到近代的混凝土制樁和鋼樁,隨著新材料、新設(shè)備的發(fā)展，樁基礎(chǔ)的樁徑、樁長也得到同步提升，有力推進(jìn)了地面建筑物的快速發(fā)展。由于打擊樁在施工程中會對周邊土體產(chǎn)生振動，同時噪聲污染大，在城市里建設(shè)中逐步被淘汰,因此鋼筋混凝土樁迅速發(fā)展。通過對國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn),結(jié)合中國國情加以創(chuàng)新，在施工實踐中不斷改進(jìn)完善后,鉆孔灌注樁施工工藝不斷提升，基本滿足各種不良地質(zhì)狀況的運用，根據(jù)現(xiàn)場的施工細(xì)節(jié)進(jìn)行完善調(diào)整，達(dá)到承載地面上構(gòu)建建筑物的基礎(chǔ)支撐需求。

2 工程概況

廣東省佛山市高明區(qū)明城鎮(zhèn)臨空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園基礎(chǔ)設(shè)施配套建設(shè)項目中，為進(jìn)一步完善交通通行現(xiàn)狀，需要新建一座人行道天橋。高明大道呈東西走向，是貫穿高明中部的大動脈。高明大道為一級公路，雙向8 車道，標(biāo)準(zhǔn)段寬65 m。新建的天橋需要上跨高明大道，主橋為鋼箱梁，跨徑組合為2.05 m+30.7 m+29.9 m+2.05 m=64.7m，橋面凈寬3 m，總寬3.5 m。天橋兩側(cè)設(shè)置供人行走的鋼結(jié)構(gòu)梯道，坡度設(shè)計值為1∶3，梯道的設(shè)計寬度為4.1 m[1]。

3 工程地質(zhì)條件

本項目地處珠江三角洲平原區(qū)，經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘察，場地地表分布人工填土，均勻性差，局部厚度較大會出現(xiàn)一些不均勻沉降。沿線局部地段發(fā)育的淤泥主要呈現(xiàn)為高壓縮性軟土，此類土質(zhì)具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高等地質(zhì)特點，工程表現(xiàn)為力學(xué)強(qiáng)度差，容易產(chǎn)生側(cè)向滑移、不均勻沉降。由于土體靈敏度高，施工現(xiàn)場極易發(fā)生蠕變等地質(zhì)災(zāi)害，對采用的各類樁基礎(chǔ)都會有負(fù)摩阻力，對場地的穩(wěn)定性影響較大，最嚴(yán)重的是部分樁基所處的局部地段存在含水率較大中粗砂層和溶洞，應(yīng)采取相應(yīng)的措施處理。

4 施工工藝概述

本工程施工期間需要考慮外界干擾因素，中橋墩樁位及兩側(cè)橋墩梯道樁位占道部分監(jiān)管單位不同，需對應(yīng)協(xié)調(diào)審批施工。項目部優(yōu)先施工兩側(cè)橋墩樁位，再開展橋中樁基施工，本著“能做先做、快做”的施工總體原則，確保工程進(jìn)度。

5 施工質(zhì)量要點控制

5.1 鋼護(hù)筒設(shè)計

樁基鋼護(hù)筒形式分為單護(hù)筒和雙護(hù)筒[2]，根據(jù)地質(zhì)勘探情況，對無溶洞等不良地質(zhì)樁位采用單護(hù)筒形式施工，設(shè)計內(nèi)徑宜比樁徑大200 mm；對特殊地質(zhì)樁位采用雙護(hù)筒施工，設(shè)計外護(hù)筒內(nèi)徑宜比樁徑大400 mm，內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑宜比樁徑大200 mm。鋼護(hù)筒采用壁厚12 mm 的Q235 鋼板卷制，壁厚的確定根據(jù)表1 中的直徑、長度計算。不同的樁位，根據(jù)現(xiàn)場放樣樁位的地質(zhì)實際情況，對護(hù)筒進(jìn)行加長，從而減少樁基在成孔過程中出現(xiàn)塌孔、 縮孔等意外事故的發(fā)生。本工程在護(hù)筒上、下端口和中部外側(cè)各焊一道加勁肋，有效增加護(hù)筒剛度，防止護(hù)筒在施工過程中產(chǎn)生變形[3]。

5.2 鋼護(hù)筒埋深

鋼護(hù)筒的埋設(shè)深度根據(jù)地質(zhì)勘探說明，在制作中分節(jié)段進(jìn)行拼裝，外護(hù)筒需要穿過軟弱覆蓋層以下2 m 或中微風(fēng)化巖以下0.5 m 進(jìn)行控制，內(nèi)護(hù)筒埋設(shè)深度要求穿過溶洞至基巖面。

5.3 鋼護(hù)筒埋設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場情況，鋼護(hù)筒采用液壓振動錘法進(jìn)行施工，護(hù)筒的埋設(shè)需做好精準(zhǔn)定位，埋設(shè)時護(hù)筒中心與樁位中心的偏差＜50 mm，傾斜度＜1%，確保旋挖鉆沿著樁位垂直方向準(zhǔn)確、穩(wěn)定工作。在施工中，對鋼護(hù)筒沉放全過程測量定位，從而有效控制護(hù)筒偏位和垂直度的偏差范圍。為增加有效護(hù)筒剛度，在護(hù)筒上、下端外側(cè)各加焊一道加勁鋼筋，防止護(hù)筒在施工中產(chǎn)生變形。護(hù)筒之間的接頭拼接平順且做好密封防止漏水，護(hù)筒內(nèi)不允許出現(xiàn)突出物，施工中應(yīng)抗拉、耐壓。

5.4 護(hù)筒施工注意事項

1）在鋼護(hù)筒振動下沉過程中，以10 s 為一振動控制周期，每振打10 s，測量一次護(hù)筒是否偏位，用吊裝設(shè)備進(jìn)行微調(diào)。逐一振打使樁慢慢貫入。當(dāng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，停止振打，用儀器測量鋼管樁底的標(biāo)高，做好相關(guān)測量數(shù)據(jù)的記錄。

2）護(hù)筒下沉過程中，注意觀察，當(dāng)樁身突然傾斜，偏差超過容許范圍應(yīng)立即停止施工，采取有針對性的措施后，繼續(xù)施工，確保沉樁安全。

3）鋼護(hù)筒的埋設(shè)，必須安排測量人員實時用線墜監(jiān)控施工過程的垂直度，如有偏差，用吊機(jī)與振動錘配合，精準(zhǔn)管控確保鋼護(hù)筒埋設(shè)的施工質(zhì)量[4]。

4）鋼護(hù)筒的接長一般采用焊接方式。焊縫采用單邊V 形坡口形式，通過上節(jié)45°～55°坡口的角度與下節(jié)護(hù)筒焊接，鋼護(hù)筒應(yīng)設(shè)置內(nèi)襯套或內(nèi)襯環(huán)在護(hù)筒內(nèi)壁上，一個橫截面內(nèi)，只允許出現(xiàn)一條縱向焊縫。鋼護(hù)筒在焊接完成并滿足相關(guān)要求后，才能進(jìn)行下步整體振動的沉放組織施工。在整個施工過程中，根據(jù)地質(zhì)狀況的變化，可以采用鋼護(hù)筒下沿配合鋼刃腳輔助切土的方式施工。

5）內(nèi)護(hù)筒埋設(shè)：由于本工程內(nèi)護(hù)筒平均長度27.7 m，施工過程內(nèi)護(hù)筒難以一次下沉到位，內(nèi)護(hù)筒的下沉與鉆機(jī)鉆進(jìn)交替進(jìn)行（3～5 m 為一次護(hù)筒下沉、鉆機(jī)鉆進(jìn)周期），穿過溶洞段需一次性下沉到位，如圖1 所示。

圖1 外護(hù)筒設(shè)置大樣圖

6）經(jīng)過現(xiàn)場管控，還需采用對稱填土、夯實來處治護(hù)筒周圍。

7）周邊土體施工完成后，對護(hù)筒的中心位置和垂直度再次校核糾偏。

5.5 鉆進(jìn)成孔施工

1）準(zhǔn)備工作及樁位復(fù)核完成后，可以組織鉆孔施工。樁基（5 m 內(nèi)）的混凝土灌注完成1 d 后，才能進(jìn)行下一顆鉆孔施工，避免出現(xiàn)擾動破壞。

2）準(zhǔn)備鉆孔時，應(yīng)先啟動鉆盤，緩慢旋轉(zhuǎn)，將鉆孔周圍的土體初步擠壓密實，再進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

3）鉆孔過程中應(yīng)適時觀測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，鉆孔施工中按試驗規(guī)程做好泥漿黏度、重度和含砂率試驗，觀察鉆出的土體變化。

4）鉆孔過程應(yīng)適時撈取鉆渣，與設(shè)計地勘資料比對，收集好渣樣，按規(guī)定取樣封存，現(xiàn)場與設(shè)計偏差較大時應(yīng)馬上采取措施應(yīng)對。

5）孔樁施工的整個環(huán)節(jié)必須連續(xù)施工，中途不能停止，直至成樁。

6）遇到溶洞地質(zhì)的施工方法（本項目的重點難點）：鉆孔施工前，提前做好地勘復(fù)核，精準(zhǔn)確認(rèn)有溶洞區(qū)的樁基位置。通過地質(zhì)雷達(dá)探勘，初步預(yù)估溶洞的容積，根據(jù)溶洞的地質(zhì)狀況、深度、高度，制訂相應(yīng)的施工方案，確定適宜的填充物類型。根據(jù)溶洞的容積，采取拋填、注漿固結(jié)、灌注混凝土等不同的處理方法。

本工程在穿越溶洞區(qū)域時，護(hù)筒施工順序為：外護(hù)筒一次埋設(shè)到位→內(nèi)護(hù)筒埋設(shè)至穿透軟弱覆蓋層0.5～2 m→旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高→內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)至樁底標(biāo)高。具體施工控制如下。施工方法：鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。根據(jù)本工程的地勘資料，樁基穿越的為小型半充填的溶洞，即單個溶洞高度≤4.0 m 的溶洞。采取預(yù)鉆孔及埋設(shè)雙鋼護(hù)筒的方式對上部松軟覆蓋層的土體進(jìn)行隔離。施工過程中有效避免了漏漿造成孔壁坍塌的事故。在采用護(hù)筒跟進(jìn)法穿越半充填溶洞時，應(yīng)先采用較大直徑的鉆頭沖擊至溶洞頂1.0 m 以后下內(nèi)護(hù)筒至孔底，更換小鉆頭繼續(xù)沖擊，擊穿溶洞后回填黏土和片石的混合物，經(jīng)過反復(fù)沖擊，將洞內(nèi)填充物充填密實，就可以采用正常鉆進(jìn)的施工方式了。

5.6 混凝土灌注過程的注意事項

1）灌注開始前，應(yīng)精確計算導(dǎo)管的節(jié)數(shù)，保證合理的埋管深度。

2）為確保灌注樁的質(zhì)量，應(yīng)控制好混凝土的坍落度。

3）灌注過程中，應(yīng)有規(guī)律地上下緩慢提升導(dǎo)管，可以起到振動混凝土使其密實又可避免導(dǎo)管埋置太深混凝土初凝后提不動，同時減小出現(xiàn)混凝土假凝堵管的現(xiàn)象。

4）鋼筋籠上浮的質(zhì)量控制。施工中按作業(yè)規(guī)程要求控制各環(huán)節(jié)，避免出料沖擊過大或鉤帶鋼筋籠導(dǎo)致鋼筋籠上浮。

5）為保證樁基礎(chǔ)的密實，灌注過程中，要定時抽插振動導(dǎo)管，達(dá)到振搗效果。應(yīng)沿導(dǎo)管壁徐徐灌入混凝土，避免在導(dǎo)管內(nèi)形成氣囊，造成斷樁。

6）“爛樁頭”的質(zhì)量控制。混凝土灌注標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計樁頂高出0.5～1 m，灌注完后除掉多余部分，鑿除面應(yīng)平整、干凈、無松散混凝土。

7）當(dāng)樁孔間距過小時，為避免孔內(nèi)串穿影響成樁質(zhì)量，可以采取間隔施工的順序。一般應(yīng)保證相鄰樁之間的距離不小于4 倍樁徑，避免造成混凝土擾動破壞。

5.7 鋼護(hù)筒拔出

科學(xué)合理地分析確定護(hù)筒拔出的時間，一般情況下鋼護(hù)筒在混凝土灌注完成后并在混凝土初凝之前拔出。施工時需要結(jié)合安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等因素進(jìn)行綜合評判，最終確保樁基的施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

高明大道人行道天橋工程中的鉆孔灌注樁施工，相比工程地質(zhì)條件好的施工環(huán)境作業(yè)難度加大。施工中通過認(rèn)真研讀設(shè)計圖紙，學(xué)習(xí)掌握施工、驗收規(guī)范，適時比對核查地質(zhì)變化，及時分析處理施工過程中出現(xiàn)的問題，嚴(yán)格現(xiàn)場管理，解決了樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量通病，有效保證了施工質(zhì)量。通過本工程案例，鉆孔灌注樁在不良地質(zhì)中粗砂層及穿越溶洞施工，采用雙層護(hù)筒工藝控制，施工技術(shù)具有可行性，可供類似工程參考。