淺談旋挖擴底鉆孔灌注樁施工應(yīng)用

陳 霄

(福建省二建建設(shè)集團有限公司 福建福州 350003)

淺談旋挖擴底鉆孔灌注樁施工應(yīng)用

陳 霄

(福建省二建建設(shè)集團有限公司 福建福州 350003)

旋挖擴底鉆孔灌注樁，即旋挖鉆機成孔過程中利用擴大鉆頭將樁端底部擴大成紡錘體形狀，形成的擴底樁在不擴大原有樁徑的前提下能有效提高樁端的承載力。該工藝經(jīng)過工程實踐，已日趨完善和規(guī)范，綜合效益良好。

旋挖擴底鉆孔法;擴底鉆頭;等直徑樁成孔;樁端擴底

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0 引言

旋挖擴底鉆孔法是福建省近年來發(fā)展較快的一種新型樁孔施工方法，具有機動靈活、成孔速度快、施工精度高、樁身承載力大等優(yōu)點，主要應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、市政建設(shè)、公路橋梁等基礎(chǔ)施工。旋挖擴底鉆孔灌注樁，即旋挖鉆機成孔過程中利用擴大鉆頭將樁端底部擴大成紡錘體形狀，形成的擴底樁在不擴大原有樁徑的前提下能有效提高樁端的承載力。該工藝經(jīng)過工程實踐，已日趨完善和規(guī)范，綜合效益良好。

1 特點

1)旋挖擴底鉆孔灌注樁，將樁端底部擴大成紡錘體形狀，形成的擴底樁能有效提高單樁承載力和增加抗拔力，適應(yīng)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，且不受施工場地限制，具有速度快、質(zhì)量高、成本低、無噪音、無振動、減少環(huán)境污染等優(yōu)點。

2)旋挖樁機機動靈活，對樁孔的定位非常準(zhǔn)確、方便。通過桅桿垂直度自動調(diào)平系統(tǒng)控制樁身的垂直度，保證鉆孔偏差少、質(zhì)量好。

3)安裝鋼筋籠及灌注水下混凝土工序由其他班組使用重型起重機單獨完成，可與旋挖樁機成孔工序形成流水作業(yè)，大大提高了工效。

2 適用范圍

本工法適用于鐵路、公路、橋梁、城市等地基基礎(chǔ)工程。適用于地下水位以下的黏性土、粉土、卵石、砂土、填土、碎石土及各種風(fēng)化巖層，而且水下作業(yè)不受限制。具體成樁、擴底直徑詳見表1。

表1 成樁、擴底直徑表

3 工藝原理

旋挖擴底鉆孔灌注樁工藝是利用旋挖鉆斗先按正常鉆孔工藝鉆至直樁樁底設(shè)計標(biāo)高( 即擴底樁變截面位置標(biāo)高)，之后將鉆桿提出孔外, 用擴大鉆頭(如圖1)替換直挖鉆頭，再將擴大鉆頭放至孔底。擴底前，將擴大鉆頭提離孔底，使其處于懸吊狀態(tài)，起動鉆機和水泵，待鉆機和水泵工作正常后即可開始擴底。擴底采用低速回轉(zhuǎn)，鉆速按不大于0.01m/min進行控制。緩慢加壓，像撐開傘具一樣撐開擴大鉆頭，當(dāng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，依據(jù)鉆機的能力和孔內(nèi)的反映情況，適當(dāng)調(diào)整壓力，進行擴底施工。

圖1 擴大鉆頭撐開狀態(tài)圖 圖2 擴大鉆頭閉合狀態(tài)圖

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

旋挖擴底鉆孔灌注樁的施工工藝流程見圖3：

圖3 旋挖擴底鉆孔灌注樁施工工藝流程圖

4.2 操作要點

4.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)施工面距地下水位應(yīng)大于1.5m以上。

(2)施工前應(yīng)做好場地平整工作，對施工場地進行硬化，雨季施工應(yīng)做好排水措施。

(3)在建筑物舊址或雜填土地區(qū)施工時，應(yīng)預(yù)先進行鉆探并將探明在樁位處的舊基礎(chǔ)、石塊、廢棄障礙物挖掉或采取其他處理措施。

(4)合理布置施工便道和施工順序，滿足各種施工設(shè)備的進出場且不影響孔壁穩(wěn)定。

4.2.2 測量放線

在進行場地整平后，組織有資格的測量放樣人員復(fù)測控制網(wǎng)導(dǎo)線，用全站儀準(zhǔn)確放樣各樁位中心。并請監(jiān)理單位進行現(xiàn)場復(fù)核、簽證。樁位中心點處用紅漆做出三角標(biāo)志。樁位放好后應(yīng)及時處理保護，打好十字控制樁并埋設(shè)定位鋼護筒。

4.2.3 旋挖鉆機就位

將鉆機行駛到需施工的孔位，將旋挖鉆機的鉆桿中心與樁位中心對齊，并通過駕駛室儀表盤的垂直度顯示，調(diào)整三腳架油缸，保證鉆桿及套筒的垂直度。

4.2.4 泥漿(穩(wěn)定液)制備

(1)泥漿的制作材料以膨潤土為主，增加纖維素CMC和重晶石粉。泥漿應(yīng)根據(jù)施工機械、工藝及穿越土層情況進行配合比設(shè)計。

(2)為利于膨潤土、纖維素CMC和重晶石粉的完全溶解，現(xiàn)場選擇轉(zhuǎn)速大于200r/min的膨潤土攪拌機。并注意材料的投放順序：應(yīng)先注入規(guī)定數(shù)量的水，邊攪拌，邊投放膨潤土，膨潤土大致溶解后，均勻地投入纖維素CMC，最后投入重晶石粉，攪拌過程中隨時檢驗?zāi)酀{粘度和比重。

(3)泥漿在現(xiàn)場泥漿池(箱)中制備完畢后需膨化24h以上方可使用，并在使用前進行各項性能指標(biāo)的檢測，不符合要求的重新調(diào)制。

(4)在孔口將泥漿直接泵入孔內(nèi)即可，由于泥漿為單向供應(yīng)，部分泥漿隨筒鉆出渣而排出，損耗較大，需要隨時觀察孔內(nèi)泥漿高度，及時補加泥漿保持液面高度，其高度應(yīng)保證孔內(nèi)穩(wěn)定液面高于地下水位1m以上[3]。

4.2.5 等直徑樁成孔施工

鋼護筒埋設(shè)完畢后，用泥漿泵向樁孔內(nèi)注入泥漿(穩(wěn)定液)，鉆機由機載柴油機驅(qū)動液壓馬達(dá)來轉(zhuǎn)動鉆桿，以鉆桿、鉆斗自重提供鉆進壓力并利用液壓加壓旋轉(zhuǎn)平臺鉆頭共同作用，進行樁孔土體挖掘，當(dāng)鉆斗內(nèi)裝滿土后，將鉆斗提升，旋轉(zhuǎn)鉆機打開鉆頭斗門卸土，關(guān)閉斗門將鉆頭旋轉(zhuǎn)至鉆進位置，并將機體旋轉(zhuǎn)體的上部鎖定住，再下降鉆頭，反復(fù)循環(huán)鉆至設(shè)計深度，邊鉆進邊補充泥漿。

4.2.6 樁端擴底施工

(1)直樁部分施工至設(shè)計樁底標(biāo)高后，將鉆桿提出孔外, 用擴大鉆頭替換直挖鉆頭，再將擴大鉆頭放至孔底。擴底鉆頭放入樁洞前，先根據(jù)設(shè)計要求的樁底擴大尺寸，將鉆頭像傘具一樣撐開到設(shè)計擴大頭尺寸，然后旋入定位緊固螺栓，使得擴底鉆頭提起時收攏，放下時撐開到設(shè)計擴大尺寸(擴底鉆頭尺寸詳見：表1 成樁、擴底直徑表)。擴底鉆頭放人孔底后，要認(rèn)真丈量確認(rèn)鉆頭是否到底，如有沉渣時，要開動鉆機轉(zhuǎn)動鉆桿，將鉆頭重新放置到擴底的部位。此時應(yīng)在機械的孔深顯示屏上重新讀數(shù)并記錄。

(2)擴底前將擴底鉆頭提離孔底，使其處于懸吊狀態(tài)，起動鉆機和水泵，待鉆機和水泵工作正常后即可開始擴底。擴底采用低速轉(zhuǎn)進，鉆速按不大于0.01m/min進行控制。開始時不隨意加壓，當(dāng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，依據(jù)鉆機的能力和孔內(nèi)的反映情況，適當(dāng)調(diào)整壓力。擴底施工完成后，再次更換平臺鉆頭至孔底，將擴孔作業(yè)產(chǎn)生的土體、石渣等用鏟斗所容納，收回鏟斗將土體、石渣帶出地面。

4.2.7 利用平臺鉆頭進行一次清孔

清孔時將平臺鉆頭(鏟斗為桶式，帶檔板)放至孔底，通過鏟斗留在原處機械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈將孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)清除，達(dá)到清孔目的。施工單位應(yīng)首先進行自檢，然后組織質(zhì)檢員會同監(jiān)理對成孔進行檢查、驗收，確定終孔。

4.2.8 二次清渣，確保沉渣滿足設(shè)計及規(guī)范要求

清孔后泥漿相對密度應(yīng)控制在1.1左右；孔壁土質(zhì)較差時，清孔后泥漿相對密度應(yīng)控制在1.15～1.25[2]；灌注混凝土前，孔底沉渣不得大于50mm。

針對本工程樁孔的特點，為保證沉渣厚度不超過50mm，擬采取三條措施：

(1)加強孔口地表泥漿循環(huán)系統(tǒng)排渣，延長循環(huán)溝，增加沉淀池。

(2)成孔后延長大泵量循環(huán)清渣時間，直至孔底沉渣達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

(3)由于安放鋼筋籠和下灌導(dǎo)管約需1h，孔底還可能淤沉渣，故開始灌砼時，應(yīng)利用導(dǎo)管進行第二次循環(huán)清渣，直到沉渣達(dá)到設(shè)計要求，才能灌注砼。

4.2.9 鋼筋籠的制作與安裝、下放導(dǎo)管及灌注水下混凝土

具體要求與一般水下灌注樁相同。由于旋挖鉆機成孔速度快，鋼筋籠的制作與安裝、下放導(dǎo)管及灌注水下混凝土的施工組織必須與之相匹配，才能充分發(fā)揮旋挖鉆機的工作效率。

5 材料與設(shè)備

5.1 材料

5.1.1 混凝土

使用泵送混凝土,坍落度18～22cm。

5.1.2 泥漿(穩(wěn)定液) 制作材料

(1)膨潤土：以蒙脫石為主的粘土性礦物，是穩(wěn)定液的主要材料；

(2)CMC：羧甲基纖維素鈉鹽，增加粘度；

(3)重晶石粉：主要成分為硫酸鋇，增加泥漿相對密度。

5.2 設(shè)備

(1)旋挖鉆機：三一重工SWDM25A型，鉆桿為4節(jié)伸縮式，配回轉(zhuǎn)斗鉆具；

(2)造漿設(shè)備；

(3)鋼筋籠加工機械；

(4)鋼筋籠吊放機：50t履帶式起重機；

(5)泵送混凝土運輸及灌注設(shè)備；

(6)土方清理機械。

6 施工質(zhì)量控制要點

(1)當(dāng)采用多機同時作業(yè)時，為避免干擾鄰樁混凝土的凝固，選擇的孔位應(yīng)在相應(yīng)5m以內(nèi)的任何鄰樁孔完成混凝土灌注施工24h后方可開鉆。

(2)鉆孔中心與設(shè)計樁位中心偏差不得大于20mm，鉆孔傾斜度

(3)泥漿的制備能力應(yīng)大于鉆孔時的泥漿需求量，每臺套鉆機的泥漿儲備量不少于單樁體積。

(4)泥漿護壁鉆孔時為防止坍孔、縮頸，鉆斗的上下提升鉆頭速度宜均勻，控制在10～20m/min[3]，不得過猛或驟然變速。

(5)鉆機因故停止鉆孔時，應(yīng)設(shè)專人值班補漿，防止塌孔事故。

(6)鉆孔成孔后要及時灌注，不得過夜，以免造成縮徑和塌孔。

(7)盡可能縮短泥漿護壁時間，在機械能力允許的情況下，鋼筋籠宜為整籠吊裝。

(8)擴底直徑鋼筋籠搬運和吊裝時，應(yīng)防止變形，安放時要對準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁，就位后立即固定，鋼筋籠上浮和下沉應(yīng)不大于設(shè)計規(guī)定100mm。

(9)鋼筋籠吊裝完畢，應(yīng)進行隱蔽工程驗收，合格后應(yīng)立即澆注混凝土，混凝土灌注過程應(yīng)保證連續(xù)施工，向上翻漿正常，無堵管，導(dǎo)管拔出混凝土面無異常情況，對灌注過程的一切故障均應(yīng)記錄備案。

(10)檢查預(yù)留試塊的抗壓強度應(yīng)不低于設(shè)計強度，每根樁不得少于1組。

7 應(yīng)用實例(綠歐·璟園(5～8#樓)工程)

7.1 工程概況

綠歐·璟園(5～8#樓)工程位于福建省建陽市西區(qū)生態(tài)城B-17地塊，擬建項目占地面積約69237m2，總建筑面積約171170 m2。本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，樁基安全等級為二級，本工程樁基礎(chǔ)采用旋挖擴底鉆孔灌注樁。

7.2 施工情況

綠歐·璟園(5～8#樓)工程，施工機械為三一重工SWDM25A型旋挖鉆機，總數(shù)樁239根，樁徑800～900mm，樁長30.0～40.0m，該工程于2013年9月11日開工，并于2013年12月9日竣工。

7.3 工程評價

該工程經(jīng)福建工大巖土工程研究所有限公司進行靜荷載試驗、超聲波檢測及低應(yīng)變動力測試法，均達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求，順利通過樁基驗收，得到建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計等單位的一致好評。

8 結(jié)論

8.1 經(jīng)濟效益

旋挖擴底鉆孔灌注樁方法的使用，在樁身承載力相同的情況下，有效的縮短了樁長。例如：有效樁長為30m，同樣提供單樁承載力極限值為9000kN的樁，傳統(tǒng)方法一般采用樁徑為Φ1000的灌注樁，單樁方量為23.57m3，綜合造價1800元/m3，單樁直接費約為42500元。而采用旋挖擴底鉆孔灌注樁工藝，則采用樁徑為Φ900，樁端擴大頭為1600的灌注樁，單樁方量為19.83m3，綜合造價1800元/m3，單樁直接費約為36000元。兩者比較，僅單樁直接費就節(jié)約6500元。整個樁基工程共節(jié)約投資約200萬元，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益，提高了樁基成樁質(zhì)量，保證了樁基工程順利施工，因此得到了專家及業(yè)主的一致好評。

8.2 社會效益

旋挖擴底鉆孔灌注樁，其樁型設(shè)計科學(xué)，能有效提高單樁承載力和增加抗拔力，經(jīng)過對綠歐璟園項目靜載樁實驗數(shù)據(jù)綜合分析，在同樣的設(shè)計技術(shù)參數(shù)時，旋挖擴底鉆孔灌注樁在碎塊狀強風(fēng)化巖層中單樁承載力提高30%～60%，其他土層提高20%～40%。該工程經(jīng)福建工大巖土工程研究所有限公司進行靜荷載試驗、超聲波檢測及低應(yīng)變動力測試法，均達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求，順利通過樁基驗收，得到建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計等單位的一致好評，取得良好的社會效益。

[1]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]曾俊淋.大直徑超深沖孔灌注樁的施工質(zhì)量控制實例[J].福建建筑，2014(09).

[3]建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊(第四版)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003.9：425.

陳 霄(1981.2- )，男，巖土高級工程師，主要從事樁基及支護工程施工方面的工作。

Discussion on the application of the rotary digging under-reamed bored pile in construction

CHENXiao

(Fujian Erjian Construction Group Co. Ltd,Fuzhou 350003)

Under-reamed piles are formed during the rotary drilling process by using under-reaming bits to enlarge the pile tip bottom into a spindle shape. The bearing capacity of the under-reamed piles can thus be effectively improved without the need of enlarging the pile diameter.The technology which has been tested in engineering practices is constantly maturing and can bring about comprehensive benefits.

Rotary under-reaming drilling method;Under-reaming bit;Equal-diameter pile forming;Pile tip under-reaming

陳霄(1981.2- )，男，高級工程師。

2015-11-19

TU74

A

1004-6135(2015)12-0049-04