長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注護坡樁施工質量控制

劉炎炎，張靖杰，關永平，郭 龍，宋 建，侯佳男

(1.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽110004；2.中冶沈勘工程技術有限公司地基12處，遼寧 沈陽 110005)

0 引 言

當今，國內外復合地基處理技術發展迅速，各種新工藝、新技術、新設備不斷涌現，長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁就是一種全新的施工工藝。它是近幾年發展起來的一種可變強度樁，與鉆孔壓漿樁有一定的差別。它們的主要區別就在于樁身材料的不同，該樁采用的是泵壓超流態細石混凝土，而壓漿樁采用的是砂混凝土[1]。長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁是通過長螺旋鉆機的中空螺旋鉆桿鉆進設計深度后停機，用混凝土輸送泵壓送攪拌均勻的混凝土，使混凝土通過混凝土泵與長螺旋中空鉆桿連接的高壓軟管，泵壓到剛停機的鉆桿頂部和已成孔的孔底；螺旋鉆桿的中空內灌滿混凝土后，開始帶壓提鉆，混凝土沖開鉆頭的活動小門壓灌到成孔內，混凝土始終淹沒鉆頭和成孔，直至鉆桿提離地面。它具有施工效率高、成孔成樁質量好、無污染、無噪聲、無震動、成本低、現場施工文明等特點，適合于多層和小高層基礎工程[2]。以撫順錦繡瀾灣A區工程為例，來探討長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注護坡樁在基坑工程中的施工工藝和質量控制。

1 工程概況

擬建撫順錦繡瀾灣 A 區 80#、81#、83#、84#、85#、B#樓由撫順恒房地產開發公司籌建，地上層數15～25層，地下層數1層，結構類型框架、框剪。根據巖土工程勘察報告并結合工程類比決定83#、84#基坑可考慮采用長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁進行護坡，樁徑800 mm，有效樁長約為10 m，以中密-密實圓礫為樁端持力層。設計樁數為247根，以地面絕對標高55.40m為樁頂。采用此樁后很好的解決了臨近建筑物基坑下沉以及地下水位太高不利于施工的問題，而且還降低了工程造價。

2 場地條件

2.1 位置和地形

場地位于撫順經濟開發區，地勢平坦，屬渾河沖積一級階地地貌。此工程采用黃海高程系，地面絕對標高為56.41 m～59.57 m。在本次勘察深度范圍內有一層地下水，屬潛水類型，埋藏于細、粗砂及圓礫層中，勘察期間地下水位埋深0.8 m～4.2m，穩定水位標高55.14 m～56.09 m。

2.2 地 層

本次勘察查明，在鉆探所達深度范圍內，場地地層由上至下分述如下:

(1)人工填土:雜色，由碎磚石、砂及少量粘性土等混雜而成。層厚0.5 m～4.0 m，分布不均勻。B#、85#樓以雜填土為主，其它樓以素填土為主。

(2)細砂:黃褐色；松散；濕-飽和；分選性差，局部混少量粘性土。層厚0.5 m～2.3 m；分布不均勻，地基承載力為140 kPa。

(3)粗砂 1:黃褐色-灰黑色；稍密；濕-飽和；顆粒均勻。層厚0.5m～2.5 m；分布不均勻，地基承載力為200 kPa。

(4)粗砂2:黃褐色；中密；濕-飽和；顆粒不均。層厚0.6 m～2.5m；分布不均勻，地基承載力為250 kPa。

(5)圓礫1:黃褐色-灰黑色；稍密；層厚0.5 m～3.1 m；分布不均勻，局部夾粗砂薄層，地基承載力為280 kPa。

(6)圓礫2:黃褐色；中密；層厚0.5 m～10 m；分布均勻，地基承載力為400 kPa。(土層分布圖如圖1)。

圖1 土層分布圖

3 基坑支護方案的確定

(1)由于本工程建筑施工場區比較狹窄，不具備放坡條件，局部區域距離現有建筑物基礎距離較近，且地下水位較高不利于采取泥漿護壁。尤其是一般灌注樁有質量不穩定因素，易產生斷樁、縮徑、沉渣過厚等質量問題。相比之下長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁具有施工效率高、成孔成樁質量好、無污染、無噪聲、無震動、成本低、現場施工文明等特點，能很好的解決施工中的困難。

(2)長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁的創造性和可操作性。成孔是在提升鉆具的同時，不斷注入高壓水泥漿。由于孔內保持有很高的壓力，因而能在地下水位以下的流砂、淤泥、砂卵石、風化巖等地質條件下順利成孔成樁，而無須用泥漿護壁或套管跟進。

(3)長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁的單樁承載力高。對成樁機理進行分析，并經大量工程實踐的驗證，證明了這種樁的承載力是由端承力、側摩阻力和側支撐力三者復合而成。所以它能比一般灌注樁的承載力提高1.5～2倍。首先，樁的端承力可以得到充分提高。當鉆頭達到預定設計標高持力層后，樁尖土層未被擾動，在無虛土掉入的情況下，孔底的水泥漿在高壓力作用下向樁尖持力層內擴散滲透凝膠。因此，其樁端不僅沒有沉渣虛土，而且產生一個擴大的樁底，樁底的受力面積相對變大，因此這種工藝能較大地提高樁的承載力。其次，樁周土摩擦力得到充分發揮。水泥漿沿樁體周邊土層的孔隙向外擴散滲透，甚至形成網狀樹根的現象，大大增強了樁身的摩擦力。第三，由于樁孔要穿過不同物理性狀的土層結構，在高壓水泥漿的作用下，還有局部擴徑和樁身長瘤子的現象[3]。

采用該方案以后能有效的解決該工程中的施工問題，降低了造價，而且減少了樁的入土深度。

4 樁基施工要點

4.1 施工機具配備

長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁施工的主要機械設備，由鉆機成孔設備、漿液制備裝置、高壓注漿泵裝置與管路系統三大部分組成。其中:鉆機成孔設備根據樁徑、樁長來選擇，本工程樁徑800 mm，樁長10 m，故選用長臂螺旋鉆機履帶式的主機加挺桿組成。高壓泵的注漿壓力為30 MPa，泵量在120 L/min～200 L/min為宜，并應配備安全可靠的耐超高壓的管路系統及快速連接裝置；漿液制備裝置，主要由攪拌容器、計量、儲存容器組成，并應與泵的排量相匹配。

4.2 施工工藝

本工程采用了長螺旋鉆機成孔泵送混凝土灌注成樁法施工(工藝流程圖見圖2)，施工作業操作要點:

圖2 螺旋鉆孔灌注樁施工工藝流程[4]

(1)測量定位放線。測量定位放線要嚴格按照設計施工圖紙進行，采用經緯儀和鋼尺測量對每處樁位進行場地標高抄測工作，按設計要求做好樁頂標高的控制工作。

(2)鉆機就位、鉆孔。鉆機就位必須準確，就位后必須保證鉆機平整穩固，調整樁臂垂直度，檢查無誤后，使鉆桿慢慢向下移動，當鉆頭接觸地面時開動電機，控制主卷揚，使鉆桿勻速向下鉆進。鉆進過程中，操作司機要仔細觀察電流情況，控制電流不宜超過180 A。當遇有障礙物時應立即停鉆，清除障礙物后再重新鉆進。遇硬土層時應慢速鉆進，以保證孔形及垂直度，鉆到設計深度后停鉆。空轉清土，在灌注前不得提鉆。

(3)混凝土攪拌、泵送、提鉆。在鉆進的同時按配合比上料，攪拌混凝土，混凝土的攪拌應均勻，不得產生分層離析現象。鉆機達到設計孔深后應立即開始泵送混凝土，當鉆具底部的出口閥門打開后，利用主卷揚機開始提鉆，提鉆速度與泵送混凝土的速度相協調且提鉆速度嚴禁大于泵送混凝土的速度。

(4)鋼筋籠的制作。制作鋼筋籠必須保證進場鋼筋的各項性能指標符合規范的要求，制作時必須保證嚴格按設計圖紙尺寸進行。主筋為8Ф 16，加強筋 Ф 16@2000，螺旋筋 Ф 8@100，主筋在同一截面內接頭數量不大于50%。主筋與加強筋點焊連接牢固。

(5)安放鋼筋籠。當鉆頭提至孔口時停止泵送混凝土，將鉆頭提出，鉆具移開，安放鋼筋籠。鋼筋籠要保證居中安放，并在鋼筋籠上安裝振動器，將鋼筋籠下放至設計標高。

(6)成樁。清理孔口，封護樁頂。按施工順序放下一個樁位，移動樁機進行下一根樁的施工。

5 施工質量缺陷的原因和質量控制要點

5.1 施工中的過程控制是保證工程質量的關鍵

(1)平整場地，螺旋鉆機就位、調平，并嚴格檢查鉆桿的垂直度和鉆桿接頭的同心度，嚴禁使用彎曲鉆桿和偏心接頭。

(2)開鉆時，操作手應密切注視鉆機桅桿上標示的進尺和電機的電流表的讀數，以雙控使鉆頭進入設計深度；提出鉆桿時，應及時清除孔口外的泥土。

(3)根據樁身混凝土強度和試驗室的混凝土配合比進行計量配料，攪拌均勻，隨機抽樣混凝土坍落度，每班留置1組混凝土試件。

(4)前臺記錄員、鉆機手、泵機手和攪拌機手應密切配合；按計量控制鉆桿提升高度，邊泵灌、邊提升，以保證泵送混凝土灌注的連續性和樁身混凝土的質量[5]。

5.2 施工過程中串孔現象的處理

由于該工程中相鄰樁之間的間隔小，在泵送混凝土的壓力作用下發生了串孔現象，使已成樁但尚未凝結的混凝土快速下沉流入正在成孔的鄰孔之中，造成樁體破壞。鋼筋籠位置失控，且樁身夾有土層。

串孔的處理方法如下:固定鋼筋籠以防其隨上下波動的混凝土而升降；反灌混凝土使已沉降的混凝土在反灌壓力作用下被頂回原混凝土面；在保證原混凝土面不下降的前提下，邊提鉆邊壓灌混凝土至規定標高。

要避免串孔應詳細地閱讀地質勘察報告，在有軟弱土層且樁距小于1.5 m或3.5倍樁徑的區域應合理調整成樁順序，采取跳打或回頭補打的方式，或待相鄰樁內混凝土初凝后再進行。

5.3 在施工過程中出現的異?，F象的處理

(1)導管堵塞。出現這一現象的原因大都是由混凝土配比或塌落度不符合要求、導管過于彎折或者前后臺配合不夠緊密等原因產生。控制措施:保證粗骨料的粒徑、混凝土的配比和塌落度應符合要求；灌注管路避免過大變徑和彎折，每次拆卸導管都必須清洗干凈；加強施工管理，保證前后臺配合緊密，及時發現和解決問題。

(2)偏樁。一般有樁平移偏差和垂直度超標偏差兩種。多由于場地原因，樁機對位不仔細，地層原因使鉆孔對鉆桿跑偏等原因造成?？刂拼胧?施工前清除地下障礙，平整壓實場地以防鉆機偏斜；放樁位時應認真仔細，嚴格控制誤差；樁機的水平度和垂直度在開鉆前和鉆進過程中注意檢查復核。

(3)斷樁及夾層。由于提鉆太快泵送混凝土跟不上提鉆速度或者是相鄰樁太近串孔造成?？刂拼胧?保持混凝土灌注的連續性，可以采取加大混凝土泵送量，配備儲料罐等措施；嚴格控制提速，確保中心鉆桿內有0.1 m3以上的混凝土，如灌注過程中因意外原因造成灌注停滯時間大于混凝土的初凝時間時，應重新成孔灌樁。

(4)樁身混凝土收縮。樁身回縮是普遍現象，一般通過外加劑和超灌予以解決，施工中保證充盈系數＞1?？刂拼胧?樁頂至少超灌1.0 m，并防止孔口土混入；選擇減水效果好的減水劑。

(5)鋼筋籠無法沉入。多由于混凝土配合比不好或樁周土對樁身產生擠密作用?？刂拼胧?改善混凝土配合比，保證粗骨料的級配和粒徑滿足要求；吊放鋼筋籠時保證垂直和對位準確[6]。

5.4 施工過程中的注意事項

(1)由于本工程臨近已有建筑物，施工場地緊張、困難，由于其具有剛度大，變形小，支護能力高，適用范圍很廣但其防滲性較差，放線要求高，必須“跳打”施工，施工技術要求高。

(2)在基坑開挖過程中，嚴禁在離支護樁中心線4 m以內堆放重物和汽車通過，減少支護樁的受力彎矩。

(3)做好樁間土的保護，用磚、水泥封堵，增強樁周土的穩定性，防止被雨水沖刷造成水土流失，導致建筑物不均勻沉降同時做好井點降水、大氣水及場周圍施工、生活用水的排放工作，以降低土層孔隙水壓力和土體滑動率，保持樁土結合力和地耐力。

5.5 長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁的檢測

樁基檢測是根據《建筑樁基檢測技術規范》JGJ106-2003、J256-2003的要求和設計要求進行檢測。本工程采用低應變法對樁身完整性進行檢測。利用小錘敲擊樁頂，當樁頭受到沖擊后，由此產生的應力波沿樁身向下傳播，傳播過程中，遇到樁身存在的各種缺陷時，會產生反射和透射。所有的初始波和反射波被置于樁頂的傳感器所接收，通過樁基動測儀將此信號轉變成數字量后，通過分析波形，對每根樁的質量進行判斷。共計檢測247根樁:Ⅰ類樁241根；Ⅱ類樁6根。通過單樁豎向抗壓靜載試驗測得該工程長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁單樁豎向承載力特征值可取750 kN，滿足設計要求。

6 結 論

隨著城市高層建筑的增多，以及人防工程的需要，基坑開挖的支護問題顯得越來越重要。長螺旋干成孔泵壓混凝土灌注樁作為基坑護坡樁的一種，具有良好的剛性和側向支護能力及一定的防滲效果，直徑和深度可隨基坑開挖要求任意設計和變更，對鄰近建筑物和管道毫無影響。另外，可以和工程樁同時施工，大大減少施工工期，也可與其它樁型配合進行基坑圍護，所以在基坑開挖支護中得到了廣泛應用。

[1]張忠苗主編.樁基工程[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

[2]沈保漢.樁基與深基坑支護技術進展[M].北京:知識產權出版社，2006.

[3]路德富.鉆孔灌注護坡樁在基坑開挖支護中的應用[J].西部探礦工程 ，1996，8(2):41-42.

[4]連海寧.長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插筋灌注樁的應用[J].山西建筑，2007，33(15):102-103.

[5]鮮于方庚，趙曦敏，劉 楚，等.長螺旋干成孔泵送混凝土灌注樁的施工技術[J].施工技術，2003，32(1):31-32.

[6]孟憲禮.超流態長螺旋鉆機鉆孔灌注樁施工質量控制[J].科技信息，2009，(15):640.