長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁在基坑支護應用研究

黃志強

(福建省建筑科學研究院 福建福州 350025)

0 引言

目前，國內基坑支護灌注樁，大都采用泥漿護壁成孔后下鋼筋籠再灌注混凝土的傳統成樁工藝，但傳統工藝造成的泥漿，不僅對環境污染大，施工速度慢，并且成本高。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁施工技術，是一種較為新型樁基施工工藝，該工藝是由長螺旋鉆機混凝土泵鋼筋籠振搗輔助設備組成的施工體系。用動力頭帶動的長螺旋鉆桿緩慢干鉆，鉆孔過程中周圍土體一部分被擠壓到四周，絕大部分通過螺旋鉆桿的葉片被帶至地面，當鉆至設計標高后,用混凝土泵車將混凝土通過中空鉆桿壓灌至孔底,邊灌混凝土邊提升鉆桿,直至將混凝土灌滿整個樁孔，最后通過振動錘將鋼筋籠安放到位。該工藝近幾年來在福建省內得到廣泛的應用。

長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的工藝具有以下幾個優點：

(1)適應性強：該樁型不僅適用于填土填砂層流塑性淤泥砂層粉質粘土層，砂卵石層，亦適用于其余軟土層流砂層及含地下水的各類土層，在不良地質條件下的施工表現了較強的優勢。

(2)施工速度快：省去泥漿制備及清孔環節，在鉆桿提升過程中完成混凝土的灌注，施工連續性較好。

(3)成樁質量高：樁身混凝土從鉆桿中心壓入孔中，并在用振動錘安放鋼筋籠時對樁身混凝土進行了再一次振搗，使樁身混凝土進一步密實，對樁周土體也有一定的擠密滲透作用，從而提高土體的側摩阻力，樁基的承載力和抗拔力也就相應增強。

(4)經濟環保：施工過程中，不需要泥漿護壁，不排污，施工成本比其余樁型更低。

1 工程概況

1.1 工程簡況

中鋁瑞閩股份有限公司高端電子及包裝材料項目，位于福清市江鏡鎮華僑農場，閩臺(福州)藍色經濟產業園內，場地南側緊鄰興化灣。廠房為樁基礎單層鋼結構，冷軋區廠房設備基礎埋深4m～9m，基坑周長總和約930m。

1.2 工程與水文地質條件

1.2.1工程地質條件

基坑開挖影響范圍內各巖土層的性狀特征依序分述如下：

①-1吹填砂：灰白灰黃色，主要成分為石英質中細砂，以亞圓形為主，級配一般，含少量貝殼碎屑，為新近堆填，呈濕～飽和，松散狀態。層厚0.30m～3.50m。

④-1淤泥：深灰，灰黑色，略具臭味，飽和，流塑狀態，含少量腐殖質及有機質，不均勻含5～10%的中粗砂。光澤反應有光澤，搖振無反應，干強度及韌性中等。頂面埋深介于0.50m～3.50m，相當于標高0.56m～3.52m，層厚介于4.60m～16.00m。

④-3淤泥質黏土：灰色深灰色，局部含少量的有機質腐植物，局部夾中細砂，軟塑～流塑狀態，局部呈飽和，光澤反應有光澤，搖振無反應，干強度及韌性中等。頂面埋深介于6.50m～20.80m，相當于標高-17.04m～-2.47m，層厚介于1.60m～7.70m。

④-2粉質黏土：灰黃色，不均勻含少量石英砂，可塑～硬塑狀態，飽和，光澤反應稍有光澤，搖振無反應，干強度及韌性中等。場地內絕大部分鉆孔遇見該層，其頂面埋深介于8.20m～23.20m，相當于標高-19.44m～-3.92m，層厚介于0.80m～18.40m。

④-4中砂：褐黃色灰褐色，不均勻含10%～25%粘性土，砂的主要成份為石英，亞圓形～圓形，級配不良，含20%～25%的粘粒。很濕～飽和，稍密～中密狀態。頂面埋深介于14.50m～27.20m，相當于標高-22.88m～-10.19m，層厚介于0.50m～4.40m。

1.2.2水文地質條件

場地地下水類型，分為孔隙潛水裂隙潛水和承壓水。賦存于第四系①②層中的地下水為潛水，主要受降水及地下水側向補給，水量一般不大，水位隨季節性變化較大大；由于粉質黏土③淤泥④-1淤泥質黏土④-2粉質黏土④-3 層為相對隔水層，賦存于中砂④-4 層及其以下地層中的地下水屬承壓水，主要受地下水側向徑流補給，水頭高度介于2.0～4.0m，中砂④-4 層為富水性地層，含水量較豐富。

2 支護方案

根據該場地的工程地質水文地質周邊環境等條件，該工程采用灌注樁+單軸攪拌樁止泥+1 道內支撐進行支護。其中，灌注樁樁徑800mm，樁長12m～20m，樁間距1000mm～1300mm。

2.1 灌注樁施工設備選型及工藝流程

支護灌注樁施工的同時，工程樁PHC管樁也在同步進行施工，場地狹小受限制，若采用傳統的沖孔灌注樁或旋挖灌注樁施工，施工過程中形成的泥漿勢必會對場地造成破壞，影響工程樁及支護樁的施工進度。經各方研究對比，決定采用兩臺JZL90型長螺旋施工支護灌注樁，既保證了施工工期又不會影響工程樁的施工。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2.2 施工關鍵點控制

該工程采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁作為支護樁。在施工過程中結合地層情況，對各個工序進行嚴格控制，并采取相應措施保證成樁質量。

2.2.1成孔

長螺旋在淤泥層施工時容易發生竄孔現象，特別在工程最小樁間距僅1000mm，因此，該工程針對間距1000mm的樁，采用跳二打一的順序，分3次施工完一排樁；針對1200mm及1300mm間距的樁，采用跳一打一的順序，分兩次施工完一排樁。為了保證鋼筋籠插入的質量，成孔深度大于設計深度300mm～500mm。

2.2.2泵送混凝土及提鉆

當鉆頭鉆到預定標高時，應先泵送混凝土，混凝土塌落度控制在180mm～220mm，石子粒徑控制在5mm～20mm，并摻入泵送劑或減水劑。先泵送混凝土，使管內的空氣從動力頭底部的空氣閥排出，待輸送泵軟管，鐵管及鉆桿內混凝土連續時方提鉆。在樁機鉆桿附近，設置專人指揮混凝土的泵送，與泵送工密切配合，提鉆速度控制在2.0～3.5m/min，并保證鉆頭埋入混凝土的深度在1.0m左右[1]。

泵送混凝土時，料斗內混凝土的高度不低于400mm，避免泵送時吸入空氣造成堵管。泵工作壓力值一般控制在3～4MPa[1-2]，鉆頭提到孔口時，適當埋入一定深度，確保樁頭部位超灌高度和樁徑達到設計要求，待混凝土溢出時再提出鉆具。

2.2.3鋼筋籠制作與安放

長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁的鋼筋籠加工，與傳統的灌注樁鋼筋籠不同，要求鋼筋籠底部采用合龍焊接成錐形結構，且在鋼筋籠尖頭錐形內加焊一個十字導向鋼筋，并在錐尖外用箍筋加強焊接牢固，以便在安放鋼筋籠時，避免震動時鋼筋籠錐尖頭散開，造成鋼筋籠無法安放，如圖2所示。

圖2 鋼筋籠底部大樣

鋼筋籠的安放，是施工過程中較難控制的一個環節。為保證鋼筋籠能全部插入至設計標高，在混凝土灌注完后立馬進行鋼筋籠的安放。鋼筋籠起吊點位置，設置在籠兩端的1/4處，以防鋼筋籠起吊變形過大；在鋼筋籠兩側對稱位置設置吊繩，以保證起吊后的垂直度；振動棒插于鋼筋籠錐尖中心處，如圖3所示。先依靠自重緩慢插入混凝土，待插入困難時開啟振動棒，插入速度控制在1.2～1.5m/min[1]，插入過程中，必須保證吊繩處于緊繃狀態，并結合儀器保證鋼筋籠插入的垂直度。當鋼筋籠到達設計標高時，摘下吊繩，并提升振動錘。為保證混凝土的密實性，提升過程中保持振動錘處于開啟狀態。

圖3 鋼筋籠安放

3 成樁缺陷及防治措施

在施工前結合地層情況，項目部分析了施工過程中可能會遇到的情況，并制定了相應的防治措施，確保了工程的順利行進。

3.1 鉆孔偏斜

發生鉆孔偏斜，一般是以下原因造成：①樁身垂直度不夠；②鉆桿連接不在一條直線；③施工過程中因場地表面較軟導致樁機傾斜[3-4]。

防治措施：①每根樁施工前，反復校正樁身垂直度，將樁機前部及側部的垂直度校正器均調至居中后開鉆；②經常檢查并調整鉆桿接頭；③施工前場地平整并壓實，必要時鋪設鋼板或磚渣。

3.2 竄孔

該工程淤泥較厚且處于軟塑～流塑狀態，因此很容易發生竄孔現象，故在施工前項目部研究決定，對于間距1000mm的樁采用跳二打一的順序，分3次施工完一排樁；對于1200mm及1300mm間距的樁采用跳一打一的順序，分兩次施工完一排樁。

3.3 斷樁

發生斷樁，一般是以下原因造成：

(1)提鉆速度過快，鉆頭未埋入混凝土；

(2)發生堵管時間過長，導致混凝土灌注中斷；

(3)機械設備發生故障或混凝土供應不及時；

(4)承壓水頭過大或混凝土供應不及時。

防治措施：

①嚴格控制提鉆速度在2.0～3.5m/min，并保證鉆頭埋入混凝土；②嚴格控制混凝土塌落度，對于不滿足要求的混凝土退回處理，發生堵管時迅速處理，若超過混凝土初凝時間需重新鉆孔施工；③施工前檢查各個設備，確保沒問題后方可開鉆，并在提鉆前備足混凝土，保證一次成樁；④對于承壓水頭過大的地層，可適當減少混凝土塌落度，減慢提鉆速度，并保證混凝土連續灌注。

4 灌注樁檢測

該工程支護樁總樁數841根，施工完后對169根支護樁進行了低應變檢測，檢測率20%，經檢測均為Ⅰ類樁。

5 結語

該工程采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的工藝施工灌注樁，在支護樁施工的同時，工程樁的施工并未受影響，這是其余樁機難以實現的，為今后類似土層條件下的工程施工提供參考。該項目較好地說明了長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁不僅適應性強成樁速度快，而且還具有成樁質量高環境污染小造價低等特點，在基坑支護的工程中推廣價值高。對于強度高于碎塊狀強風化的地層，長螺旋在樁機性能鉆進技術及施工工藝方面，還有待進一步研究改進。