狹小空間后補鉆孔灌注樁施工技術的應用

摘 要：以中國石油裝備產業基地國際交流中心主體館工程為例，介紹了小空間后補鉆孔灌注樁施工技術，提出了該施工技術的實施要點，為今后小空間樁基施工提供依據。

關鍵詞：狹小空間；樁基；施工技術

一、工程案例

中國石油裝備產業基地國際交流中心主體館工程，是一政府投資項目，建筑高度37.5m，主樓地下一層，地上5層，東西跨度153m，南北跨度為74m，結構形式復雜，如圖1所示。該工程因使用功能變更，設計重新進行了加固設計，需在地下室增加18棵灌注樁，樁徑700mm，樁深33m，對已完主體進行加固。

二、施工難點

因樁基施工空間狹小，施工空間高度3.75m，周圍空間狹小，通常灌注樁鉆孔機械無法使用，施工難度較大。初步制定方案為人工挖孔灌注樁，（因需要護壁，人工挖孔樁的樁徑需增大至1200mm）后經研究，采用小空間后補鉆孔灌注樁施工技術。

三、施工原理

小空間后補鉆孔灌注樁施工是指將泥漿護壁成孔混凝土灌注樁設備進行特殊改造，可以用于建筑物地基加固，小空間補樁加固等施工，有效的解決了已完成建筑物內部小空間地基基礎加固施工的難題。

1.工藝流程

鉆孔灌注樁施工工藝主要包括樁位測放、護筒埋設、樁機定位、鉆孔、清孔、鋼筋籠制作、鋼筋籠下放、安放導管、二次清孔、灌注混凝土成樁、后注漿等，具體工藝流程圖如圖2所示。

2.施工設備

（1）成孔設備。小空間的灌注樁施工，主要特點是施工空間狹小無法滿足正常成孔鉆機的要求，鉆機設備正常高度約7m，根據鉆機鉆桿的施工要求將所有鉆桿進行最小尺寸改造：主鉆桿（鉆鋌）的長度調整為1.6m，副鉆桿長度設置2根0.8m的接替鉆桿，其余副鉆桿均為2m一節。使用時從地面到成孔動力磨盤頂部約0.9m，主機桿的實際成孔深度為0.7m，所以必須再換用2次0.8m的副鉆桿才能保證成孔深度大于2m，接著將2根0.8m副鉆桿拆下，再換接2m鉆桿，周而復始的循環換接鉆桿成孔，直至成孔深度達到設計深度。根據以上改造后鉆桿的最小長度，在保證機械正常操作使用空間的情況下，采用龍門架式的回旋鉆機，如圖3所示。

（2）灌注設備。采用經過改裝后的三腳架式灌注設備，如圖4所示：設備高度3.6米，其它動力設備不變，灌注用混凝土導料管單節長度2.5m。

3.護筒埋設

護筒起保護孔位、維持孔內水頭防止孔口坍塌的作用。每根樁在鉆孔成孔前埋設護筒。采用4-8mm鋼板制作，內徑比鉆頭直徑大200mm，埋置深度不宜小于1m，上部開設1個溢水孔，護筒埋設應準確、穩定，埋設護筒時先根據測量給定的樁徑，按十字交叉定位法釘引線樁，以十字交點（鉆孔中心）為圓心以大于護筒半徑50-100mm的長度為半徑畫圓破除混凝土，挖護筒坑，將護筒置于坑內，復測找正使其垂直、周正，深度不小于1.0米，護筒四周用粘土填充并夯實，保證護筒底部不漏水，同心度好，不易變形，起拔方便，并能重復使用。護筒中心與設計樁中心的偏差不得大于50mm。并使護筒保持垂直和水平，然后用粘土分層搗實，保證護筒牢固。

4.樁機定位

開孔前對測放的樁位進行復測，保證就位準確無誤。鉆機安裝就位必須平正、穩固，確保施工中不傾斜、不移動。天車、轉盤、孔中心三點成一線，其中轉盤中心與樁孔中心偏差≤20mm。

5.泥漿

（1）泥漿的循環設置。因為小空間施工現場的局限性，且小空間灌注樁施工的條件大多為已完成建筑物，施工場地為鋼筋混凝土地面，因此需另外設置兩個的泥漿池作為泥漿轉運站，一個為人工造漿存儲池。一個為沉淀池（泥漿從此處裝車外運）。在存儲池邊放置造漿設備和材料，造漿用攪拌罐，里面加滿清水，再倒入膨潤土、和漿糊粉（CMC），用攪拌機攪勻。看上去成黏糊狀時，可停止攪拌，這樣人工制造泥漿完成。成孔及洗孔過程中均用人工造漿進行循環，使其形成較好的泥漿護壁效果。

循環系統設置具體規定：循環系統由泥漿沉淀循環池、泥漿存儲循環槽、泥漿泵、泥漿輸送管道等組成。泥漿池的開挖位置選在樁位區外，數量2個，串聯使用，單個容積應不小于15m?。循環槽應設一定的坡度，槽的斷面積應能保證沖冼液正常循環而不外露。及時清除循環槽和沉淀池內沉淀的鉆渣，并外運，控制泥漿比重和粘度變化，適量調整膨潤土及CMC用量，調整泥漿性能，清出的鉆渣及時運出現場，防止鉆渣廢漿污染施工現場。鉆進開始時泵入泥漿，可提高造漿粘稠度，提高泥漿質量，以保證孔壁的穩定性，具體循環圖如圖5所示。

（2）泥漿的質量控制。鉆進過程中用泥漿比重計定期檢測泥漿性能，當泥漿比重超過1.25時，必須撈渣、換漿。沉渣池內沉渣厚度不能大于池深的1/3。根據地層條件，該工程泥漿采用人工造漿的方法，選用優質膨潤土造漿，泥漿性能指標要求：比重不大于1.15，粘度≤28S，含砂率≤8%。易塌孔的層段要合理控制泥漿的性能，防止出現塌孔等事故，泥漿性能指標選用比重1.20～1.30，粘度19～22S，含砂率<8%，泥漿性能見表1。待人工造好泥漿后，鉆機開始進行成孔，在鉆進過程中要求鉆機吊打慢放鉆桿，這樣可以使孔壁泥漿護壁效果更好。隨著鉆機的鉆進，泥漿比重會越來越大，根據情況可以適當調整泥漿。考慮到這次施工的特殊性，在鉆進過程中用泥漿比重計定期檢測泥漿性能。為防止因地上建筑物承重力造成塌孔，應控制好泥漿比重。特別是在焊接鋼筋籠時，因焊接的時間過長，應隨時注意觀察泥漿情況，看情況進行補救。直至下完混凝土導料管，進行二次清孔。灌注混凝土前的泥漿比重不應大于1.15。

6.成孔

（1）垂直度的控制。因為鉆桿長度較短，鉆桿連接口較多，易造成鉆桿不垂直，所以成孔垂直度是本工法的一個難點。成孔時垂直度應嚴格按以下幾點控制：選擇合理鉆進參數，（一般的粘土層）壓力10～30KN，轉速30～60r/min，泵量1500～1800L/min。

鉆機在定位時要穩固，防止鉆機在鉆進過程中發生鉆機移位。成孔施工的全過程要求鉆桿吊打，放慢鉆進成孔速度。由于鉆桿的特殊性，更換鉆桿頻繁。樁孔上部孔段鉆進時輕壓慢轉，盡量減小樁孔超徑。在易塌孔的砂土層中，應適當增加泥漿比重和粘度，防止塌孔超徑。每次提鉆后、下鉆前檢查鉆頭的磨損情況，發現問題及時處理。根據地層情況，合理選擇鉆進技術參數是提高鉆進效率的有效途徑。鉆進砂層時，泥漿性能要相對保持穩定，要及時清理打撈泥漿中的沉淀物和補充泥漿，以保持泥漿的性能。在鉆進過程中隨時檢查鉆機鉆桿的垂直，遇有問題時能及時調整。

（2）二次成孔。為保證鉆機成孔質量，避免塌孔情況的出現，本工法鉆孔均采用二次清孔法，成孔后先進行第一次清孔，清孔時將鉆具提離孔底100～150mm，繼續回轉，同時加大泵量，確保一次清孔后孔底無泥塊。待鋼筋籠、導管下完后，進行二次清孔。待孔底沉渣小于100mm，泥漿比重調至1.15，方能開始灌注。孔底沉渣應用測繩測量，測繩讀數一定要準確，每孔一校核，保證其偏差最小。

（3）清孔。鉆孔達到設計終孔標高后，為保證灌注混凝土質量，必須清除孔內沉渣，更換孔內泥漿。終孔后立即進行，以免沉渣多，增加清孔難度和時間；清孔方法采用正循環泥漿清孔的方法，即當鉆頭鉆至設計深度后，先將鉆頭提離孔底80～100mm，注入泥漿進行循環，把孔內二次懸浮的大量殘渣、泥漿替換出來，并清洗孔底，替換后的沖冼液比重應不小于1.15，同時保持一定水頭高度，防止塌孔。清孔過程中隨時測試孔底沉渣厚度和沖冼液中的含砂量，當沖冼液含砂率小于4%，沉渣厚度不超過100mm時，清孔達到標準。

7.鋼筋籠制作與安裝控制

（1）鋼筋籠制作。由于施工現場空間的限制，鋼筋籠的單節制作長度不應大于3米，在孔口采用直螺紋套筒連接（正反絲套筒）。進場鋼筋經切割、彎曲，成為符合圖紙設計要求的成型鋼筋，按規格不同分別堆放，以備取用。鋼筋加工需在水平地面上進行，遵循以下程序：鋼筋進場→鋼筋原材、焊接試驗→單根鋼筋、箍筋加工→鋼筋籠制作成型→鋼筋籠驗收→鋼筋籠堆放。主筋連接采用雙面搭接焊，加勁箍的連接采用單面搭接焊形式，搭接長度不小于10d（d為鋼筋直徑），螺旋筋與主筋點焊焊牢。主筋間距允許偏差為±10mm，箍筋間距允許偏差為±20mm，鋼筋籠直徑允許偏差為±10mm，鋼筋籠長度允許偏差為±50mm。

（2）鋼筋籠安裝。鋼筋籠起吊垂直后，檢查是否垂直，如有彎曲應調直。下放時對準孔位、扶穩、緩慢下放，避免碰撞孔壁，不得強行下放。下放時技術人員、質量監察員應監督吊放過程，以確保工程質量。待吊放完畢，標高符合要求后將吊筋固定牢固，樁頂標高誤差應不大于±50mm，并保證鋼筋籠中心與樁孔中心偏差≤100mm。

8.下導管

導管采用絲扣連接，其內徑φ259mm，每節長度2.5m，導管數量應根據孔深進行配備，滿足二次清孔及水下混凝土澆筑的需要，即二次清孔時能下至孔底。澆筑時，導管底端距孔底0.3-0.5m左右，混凝土應能順利從導管內灌至孔底。導管在孔口連接處應牢固，設置密封圈，吊放時，應使位置居中，軸線順直，穩定沉放，避免卡掛鋼筋籠和刮撞孔壁。

9.砼灌注

因場地限制，商混車輛不能到達孔口灌注，采用30型鏟車，鏟斗焊接專用卸料槽，循環運料至孔口灌注。保證灌注過程快速連續。混凝土初灌應采用不小于1立方的上料料斗，保證初灌量及導管的埋深。

四、結語

小空間灌注樁施工工法有效解決了狹窄空間內無法進行鉆孔灌注樁施工的難題，在縮短工期、節約人工費方面也有一定的優勢。小空間灌注樁施工與人工挖孔樁施工在中國石油裝備產業基地國際交流中心主體館工程中的費用對比（單顆樁施工分析），如表2所示。

由此可見，人工挖孔樁施工方法安全性差，風險大，樁深較大還需增加通風設施等輔助設備，額外費用增加，并且其對已完工程結構的破壞面較大，后期加固恢復費用高于泥漿護壁鉆孔樁。而采用小空間后補鉆孔灌注樁施工技術在有效提高人力、物力利用率的同時，還大大縮短了施工工期，從而降低工程管理成本，技術經濟效果顯著，具有較高的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]彭宏勝.在復雜地質條件下旋挖鉆孔灌注樁的施工技術要點[J].中國新技術新產品，2011（17）.

[2]建筑樁基技術規范（JGJ94-2008）.北京：中國建筑工業出版社，2008年.

[3]建筑地基處理技術規范（JGJ 79-2012）.北京：中國建筑工業出版社，2012年.

[4]陳小川，周俐俐.土木工程專業-土力學與基礎課程設計指南.中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：

王維，日照職業技術學院，研究方向：建筑施工。