淺談超長空樁水下混凝土旋挖灌注樁施工 技術與應用

李存良

（中鐵城建集團第二工程有限公司）

0 引言

隨著近年中國勞動力成本的不斷增加和機械化的快速發展，旋挖樁機已廣泛使用與樁基礎工程。同時，房建工程對工期的不斷緊縮，超長空樁旋挖灌注樁施工使用越來越廣。然而，開挖后出現的施工質量問題通病也層出不窮，如何在既能保障施工進度、安全，又能保證樁基施工質量成為了一道難題。本文介紹了在霞凝貨場擴建工程綜合商務樓工程應用的超長空樁水下混凝土旋挖灌注樁施工的施工質量控制要點及方法，進行了綜合效益分析，為類似工程提供參考。

1 工程概況

霞凝貨場擴建工程綜合商務樓工程，總建筑面積約4.36 萬m2，基底占地面積為2639.98m2，地下2 層，地上22 層，框架剪力墻結構，地下室基坑開挖深度10.3m。設計為樁基礎，其中：樁徑1m、樁長約30m，空樁約10m，共202 根。計劃工程總工期18 個月，樁基施工工期55 天。

本工程基礎施工正逢長沙雨季，且臨近湘江、地下水位高，為縮短基坑內基礎施工時間、減少基坑內施工安全隱患，確保總工期，綜合考慮總體效益，采用先旋挖鉆孔樁施工，后開挖基坑的順序施工，即需進行超長空樁水下混凝土旋挖灌注施工。樁基順利施工完成，經檢測Ⅰ類樁95%以上，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

2 常見質量問題及控制方法

2.1 鋼筋籠上浮控制

2.1.1 控制重難點

鋼筋籠是樁基的重要受力約束要件，主要提高混凝土抗壓、橫向彎折性能。如果鋼筋籠上浮，會導致樁基底部無鋼筋、頂部鋼筋加密區高度變短等問題，且后期難以處理，容易存在質量隱患。由于空樁較長，鋼筋籠頂面距離護筒頂距離大，采用普通鋼筋籠吊筋焊接護筒的方式防止鋼筋籠上浮，存在作用小、不可靠，鋼筋籠是否上浮難以發現等問題。

如要有效控制鋼筋籠上浮，不僅在澆筑混凝土速度上加以控制外，而且需增加鋼筋籠至護筒的硬鏈接控制。空樁越長，連接件剛度越大，材料使用越多、安裝操作越復雜，影響進度、增加成本。

2.1.2 關鍵施工技術

本工程在鋼筋籠底以上300 高處用Φ20 十字剪刀撐與加勁箍焊接牢固，然后通過導管頂住下部十字剪刀撐鋼筋，防止其上浮（如下圖）。當導管埋深超過4m時，及時提升導管，減少上升混凝土對鋼筋籠的浮力。

2.1.3 操作要點

1.導管選擇：根據樁徑、樁長，選擇導管管徑，樁徑越大、樁長越長，導管管徑越大，通長在200mm～300mm 之間，過小混凝土易堵管、過大鋼筋籠易卡管。導管使用前必須進行氣密性試驗，使用過程中定期更換橡膠密封圈。

2.底部十字剪刀撐鋼筋與加勁箍需焊接牢固。由于底部十字剪刀撐鋼筋與導管觸碰、頂撐，受力較大，底部加勁箍鋼筋較原設計加大一個型號。

3.由于前期導管以下鋼筋籠短，阻力較小，所以鋼筋籠上浮一般發生在前期澆筑0～4m 高度范圍。因此在首斗灌混凝土后，放慢澆筑速度，減小混凝土上升速度（上升小于0.2m/min）。混凝土埋深大于4m 時，及時提升導管，恢復正常澆筑速度。

2.2 超長空樁樁位控制

2.2.1 控制重難點

本工程工程空樁長度達到10.3m，按照規范技術規范，垂直度允許偏差＜1%，偏位不大于100mm，但實際承臺邊距離樁邊僅100mm，偏位過大嚴重影響樁基受力，存在質量、安全隱患。

1.樁位偏移主要原因：機械在施工過程鉆頭遇地下（不同類型的）土石層產生的震動、施工機械自身重量造成樁孔周邊土層脫落以及夜間挖土、能見度低等。

2.由于鉆桿長期高強度磨損，部分細部構件不可避免產生間隙，設備儀表顯示垂直度與實際鉆桿垂直度偏差較大，導致孔頂定位與樁頂位置偏差大。

3.樁位測量放線誤差，由于樁基點位多，施工環境（泥水多）差，測量工作量大、樁位點難以保護，且容易擾動。

2.2.2 關鍵施工技術

本單體工程建筑測量放線采用固定極坐標測量，全站儀放點，以縮小偶然誤差導致的樁位定位偏差。放線后拉線引護樁，校核樁基鉆進過程中偏移、及時修正，如下圖；加強鉆孔垂直度監控，不僅通過對旋挖鉆機儀表度數的調整控制，并應采用全站儀校核其垂直度偏差，確保在允許1%范圍內。如采用GPS 放樣，應注意鉆機、吊車對信號的遮擋，減少誤差。放樣完成后，可采用既有物進行復核。本工程樁徑1m，空樁長度10.3m，樁位最大允許偏差為100mm。

2.2.3 操作要點

1.由于樁基施工有較多重型設備，單體獨立測量控制點，容易擾動，需定期復測；測量設備定期檢測，減少測量系統誤差。

2.護樁設置不少于四個，避免因護樁出現擾動無法復核或復測錯誤。護樁應設置在不易干擾位置，采用直徑不小于100mm 杉木樁，埋設牢固，頂部用細鐵釘定位。護樁交接給各作業司機，旁邊宜插上1m 高小紅旗，提示注意避讓。樁位復測不小于2 次：鉆孔至樁頂復測一次、1/2 樁長處復測一次。如遇斜硬質巖層、孤石或旋挖機基底軟弱泥層，需加密復測。

3.旋挖樁基進場必須經機械員檢查、驗收，重點對鉆頭插銷、卡環、鉆桿磨損情況進行檢查，鉆桿樹立就位后，采用全站儀測量其垂直度，檢查與儀表度數是否一致，合格后方可使用。

4.如地下地質條件差，應放慢鉆進速度，提高泥漿濃度。

2.3 超長空樁樁頂標高控制

2.3.1 控制重難點

本工程工程空樁長度達到10.3m，空樁越長、樁頂標高越難以控制，經常出現開挖后樁頂如“竹林”般層次不齊。既浪費混凝土，又增加后續混凝土鑿除、清理工作，還影響企業管理形象。

1.由于空樁過長，孔內未知因素增加、沉渣增多，泥漿濃度加大，監控管理難度加大，孔內混凝土標高測量誤差大。

2.測量吊錘采用兩根短鋼筋測量，測量精度不高、容易出現誤判，且監管評定數據不直觀。

3.護筒由于在混凝土澆筑過程中重壓下沉，護筒標高度數與實際控制高度不一致，容易導致標高控制偏差。

2.3.2 關鍵施工技術

為提高樁頂標高測量精度，設置了一種專用測量吊錘（如下圖），圓錐體與半球體組合混凝土澆筑

而成的裝置。用于測量灌注水下混凝土面標高的吊錘，制作簡單、使用方便、測量精度高、使用上手快，重約1.4公斤、符合人手感應重量及泥漿內下沉速度，裝置小巧、輕便，便于攜帶，質地堅硬、不易破損，耐用，頂部為圓形，不易被鋼筋籠卡住。本裝置提高了測量精度、測量速度更快捷、操作要求低。

2.3.3 操作要點

1、混凝土面標高控制一般通過空樁長度控制，公式如下：空樁長度=護筒標高-設計混凝土面標高。而現在空樁長度一般通過吊測繩的方法測量，所以吊繩的準確測量至關重要。但大部分施工隊伍直接從市場購買測繩，通過綁扎鋼筋頭進行測量，對混凝土面標高測定存在較多不可靠因素。首先，應購買優質測繩，不明情況的測繩在使用前放在水中浸泡24h，用檢驗過的鋼尺重新標定長度。其次，應有一定經驗的作業人員用測繩測量空樁長度，測量時，在導管和鋼筋籠的中間部位下入專用測錘，至少測量3～5 個點，然后取平均值。最后，混凝土超灌高度控制在設計范圍，確定最終混凝土灌注量，剩余混凝土不得再灌入樁內，按要求外棄或處理。另外，測繩使用一定時間，必須重新進行標定。

2、由于空樁長，可以適當增長護筒（不會伸長至樁頂），增加護筒穩定性，以減少在澆筑過程中下沉導致測量樁頂標高偏差。

3 綜合效益分析

通過一系列改進措施，確保樁位、樁頂標高等施工質量前提下，超長空樁施工水下混凝土旋挖灌注樁因增加旋挖鉆孔工作量，增加成本2000m×150元/m=30萬元，但以下方面降低了成本：

1.地面作業環境良好，可降低樁基施工單價（節約6000m×10元/m=6萬元）、混凝土泵送設備租賃費用（2月×8萬元/月=16萬元）、進出基坑混凝土便道（300m2×270元/ m2=8.1萬元）、基坑降水費用（2月×3萬元/月=6萬元），其他節約泥漿外運費、安全施工費等費用10萬元，合計46.1萬元。

2、 寬闊作業面同時布置多臺設備同時施工，無需等待樁基混凝土28天齡期（利用基坑開挖時間差），靜載試驗提前，使總工期提前一個月，節約管理費用16.5萬元。

3、以上合計經濟效益，扣除空樁增加費用150*2000=30 萬元，合計46.1+16.5-30=32.6萬元。

通過成本分析，施工成本較傳統方式有所降低，達到了降低能耗，縮短工期、節約成本的效果。

4 結束語

超長空樁水下混凝土旋挖灌注施工技術在本項目的成功應用，證實了本技術的安全可靠、經濟可行、質量可靠。其改變了傳統先開挖基坑后澆筑樁基混凝土的施工順序，避免了深基坑內樁基施工存在的各類問題，克服了超長空樁中存在的質量通病，縮短了施工工期、提高了施工效率、改善了施工環境。設置導管底部頂撐鋼筋籠下部十字剪刀撐鋼筋，限制鋼筋籠上浮，方法簡單、實用。用于測量灌注水下混凝土面標高的吊錘，制作簡單、使用方便、測量精度高、使用上手快。

該技術在霞凝貨場綜合商務樓工程等項目得到成功應用，取得了良好的經濟、社會和環境效益，具有較好的推廣和應用價值。隨著我國建筑行業的蓬勃發展，類似工程將不斷出現，該成功經驗將在今后的類似工程中發揮重要的作用。