鉆孔灌注樁長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔先灌混凝土后插筋施工技術(shù)*

褚聚敏

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 濟(jì)寧 638100)

0 引言

鉆孔灌注樁長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔先灌混凝土后插筋技術(shù)是利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)預(yù)先旋挖成孔并壓入超流態(tài)混凝土，形成素混凝土樁后插入鋼筋籠形成鉆孔灌注樁的方法，由于施工時(shí)成孔和混凝土澆筑同時(shí)進(jìn)行，且不使用泥漿護(hù)壁，具有高效成孔、環(huán)保無(wú)污染、地層適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在工程中使用較廣，特別是在工期緊張、場(chǎng)地狹小的情況下，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)諸多研究表明，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔先灌混凝土后插筋技術(shù)在中小樁徑的施工中具有良好適用性，但仍需對(duì)該工法的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)和豐富。

1 工程概況

山東高速綠城蘭園項(xiàng)目三期二標(biāo)段位于濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)大學(xué)科技園核心區(qū)，如圖1所示。工程樁共約120根、樁徑500mm，采用鉆孔灌注樁先灌混凝土后插筋工藝，保護(hù)層厚度50mm，樁端持力層為⑤碎石層，樁端進(jìn)入持力層≥0.5m，有效樁長(zhǎng)≥20m，預(yù)估單樁豎向承載力特征值為1 500kN。

圖1 擬建項(xiàng)目平面位置

場(chǎng)區(qū)勘察顯示孔最深為37m，未揭露巖層，地質(zhì)條件較差，表層覆蓋雜填土層，其余為第四系沉積層，根據(jù)地質(zhì)成因和工程特性大致分為以下6層：①1雜填土 雜色，松散，以粉細(xì)砂為主，全場(chǎng)區(qū)皆有分布，厚0.4～1.0m；②2-1粉砂層 灰黃色，松散，濕，厚2.5～5.0m；②2-2細(xì)砂層 灰黃色，稍密，濕～飽和，厚3.0～5.4m；③1中砂 灰色，中密，飽和，局部夾粉砂及黏土，厚5.0～7.0m；④粗砂 灰白色，中密～密實(shí)，飽和，分選性一般，次磨圓狀，厚2.0～3.5m；⑤碎石層 灰白色，密實(shí)，飽和，分選性一般，粒徑1～2cm，未揭穿。

場(chǎng)區(qū)地處鬧市區(qū)、無(wú)地表河流、未揭示有地下暗河，但緊鄰濟(jì)南國(guó)際園博園長(zhǎng)清湖，地下水受湖水和降水補(bǔ)給，季節(jié)性變化波動(dòng)較大，勘察期間實(shí)測(cè)混合穩(wěn)定水位約為地表以下1.5m。

2 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔先灌混凝土后插筋成樁機(jī)理

成樁機(jī)理如下：鉆機(jī)鉆至預(yù)定深度→混凝土通過(guò)鉆桿內(nèi)腔壓灌至孔底，邊灌邊提升鉆桿→將鋼筋籠振入或壓入混凝土內(nèi)→振搗成樁。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔利用大扭矩動(dòng)力設(shè)備帶動(dòng)具有螺旋葉片的中空鉆桿旋轉(zhuǎn)，鉆孔中的土體大部分被輸送到螺旋鉆桿葉片上，僅有小部分土體被擠壓，螺旋鉆桿葉片上的土體隨鉆桿旋轉(zhuǎn)不斷上升，并被擠壓致密，土體與鉆桿形成密實(shí)柱狀體，密實(shí)柱狀體與設(shè)計(jì)鉆孔間僅幾毫米，類(lèi)似于長(zhǎng)活塞。密實(shí)柱狀體由于與設(shè)計(jì)鉆孔間隙微小，即使地層存在地下水，鉆孔速度快，鉆孔內(nèi)滲出并積存的水很少，且密實(shí)柱狀體為鉆孔孔壁提供被動(dòng)土壓力，保證孔壁穩(wěn)定，使鉆孔在提鉆前不坍塌。

鉆孔至設(shè)計(jì)孔深后，混凝土輸送泵由高壓管路與長(zhǎng)螺旋鉆桿相連，當(dāng)螺旋鉆桿停止回轉(zhuǎn)時(shí)，將混凝土泵中儲(chǔ)存的超流態(tài)混凝土以30kPa的壓力通過(guò)中空螺旋鉆桿壓至鉆頭底部，再打開(kāi)鉆頭單向閥，超流態(tài)混凝土壓出并推動(dòng)鉆桿上升，隨著鉆桿密實(shí)柱狀體的上升，孔內(nèi)壓滿超流態(tài)混凝土，由于孔內(nèi)積聚高壓和鉆桿的抽吸作用，軟地段混凝土?xí)虺溆饔眯纬蓴U(kuò)徑樁，提高樁的承載力。

超流態(tài)混凝土澆筑完成后，將鋼管插入制作完成的鋼筋籠內(nèi)，鋼筋籠和鋼管上端連接振動(dòng)錘，如圖2所示。初次插入鋼筋籠時(shí)利用鋼筋籠自重壓至無(wú)法壓入時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)錘壓入鋼筋籠，為防止振動(dòng)錘振動(dòng)導(dǎo)致鋼筋籠發(fā)生軸向偏移，應(yīng)控制插入速度為1.2～1.5m/min，壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高后成樁。

圖2 振動(dòng)錘與鋼管及鋼筋籠的連接

3 樁基施工工藝及控制要點(diǎn)

3.1 樁基施工工藝流程

樁基施工工藝流程如下：測(cè)量放線→定樁位、樁位復(fù)核→鉆機(jī)就位→鉆至設(shè)計(jì)深度→澆筑混凝土→清土提升鉆桿的同時(shí)澆筑混凝土至設(shè)計(jì)樁頂上500mm→起吊鋼筋籠及振動(dòng)錘→下插鋼筋籠→啟動(dòng)振動(dòng)錘→鋼筋籠插至設(shè)計(jì)標(biāo)高→轉(zhuǎn)移鉆機(jī)到下個(gè)樁位→成樁。

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔采用JZB 90型螺旋鉆機(jī)，功率110kW，扭矩為48kN·m，高壓泵送的超流態(tài)混凝土具有高流動(dòng)性，成樁密實(shí)且均勻，通過(guò)振動(dòng)錘將鋼筋籠振動(dòng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，振動(dòng)錘功率為15kW。具體施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

3.2 樁基施工控制要點(diǎn)

3.2.1長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔

本項(xiàng)目采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行成孔，鉆機(jī)就位后，首先進(jìn)行預(yù)檢，控制鉆頭中心與樁位偏差<20mm，若偏差不滿足要求將調(diào)整鉆機(jī)位置，采用雙垂球雙向控制法控制鉆桿垂直度直至滿足精度要求。當(dāng)鉆頭初次接觸地面時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉鉆頭進(jìn)行封口，再緩慢鉆進(jìn)地表土層。鉆進(jìn)過(guò)程中，控制正常鉆進(jìn)速度為1～1.50m/min，當(dāng)遇到卡鉆、偏移、鉆機(jī)搖晃等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停鉆查明原因，采取糾正措施后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。鉆孔深度可通過(guò)鉆桿上的孔深標(biāo)志進(jìn)行控制，鉆至設(shè)計(jì)要求深度時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收方可澆筑混凝土。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 成孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2.2超流態(tài)混凝土澆筑

澆筑混凝土?xí)r，地泵安放在合理位置，混凝土需符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，混凝土坍落度控制在180～220mm，且具有較好和易性，進(jìn)場(chǎng)后需現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)混凝土坍落度。應(yīng)連續(xù)泵送混凝土，地泵料斗內(nèi)的混凝土高度需>40cm，從而防止吸進(jìn)空氣造成堵管。提升鉆桿接近地面時(shí)，放慢提管速度并及時(shí)清理孔口渣土，以保證樁頭混凝土質(zhì)量。鉆進(jìn)時(shí)觀察泵壓與鉆機(jī)提升情況，提升鉆桿的速度與泵送速度相匹配，澆筑提升速度控制在2.5m/min，嚴(yán)禁先提鉆后灌料，確保成樁質(zhì)量，混凝土必須澆筑至地表，并高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高50cm以上。

超流態(tài)混凝土配合比中，水泥、細(xì)砂、粗骨料、粉煤灰、水、外加劑分別為390，660，1 154，150，160，13kg/m3。取樁身混凝土試件送檢，測(cè)量立方體抗壓強(qiáng)度。樁頂標(biāo)高超出設(shè)計(jì)樁頂≥1.0m，充盈系數(shù)為1.05～1.2，并檢查每根樁的實(shí)際澆筑量。

3.2.3鋼筋籠制作及下插

制作鋼筋籠前，所有規(guī)格鋼材必須附有出廠合格證，按規(guī)定抽樣進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢合格后方可使用。使用前清除鋼筋表面污垢和銹蝕，并調(diào)直主筋。制作鋼筋籠時(shí)，主筋于場(chǎng)外水平放置，分2段制作，接頭均采用搭接焊或閃光對(duì)焊連接，雙面焊搭接焊縫長(zhǎng)度≥5d，單面焊搭接焊縫長(zhǎng)度≥10d。加勁箍采用雙面搭接電弧焊，焊縫長(zhǎng)度≥5d，加勁箍設(shè)于主筋外側(cè)，螺旋筋采用電弧焊滿焊。

長(zhǎng)螺旋施工澆筑與下放鋼筋籠需一體化，為減少時(shí)間差和降低插籠難度，混凝土澆筑后3min內(nèi)立即開(kāi)始插鋼筋籠。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔、澆筑混凝土至地面后應(yīng)及時(shí)清理地表土方，再插鋼筋籠。將檢驗(yàn)合格的鋼筋籠套在鋼管上，上部采用鋼絲繩設(shè)置于法蘭鉤上。因鋼筋籠較長(zhǎng)，下插鋼筋籠必須進(jìn)行雙向垂直度監(jiān)測(cè)，將雙向線垂成垂直角布置，當(dāng)垂直度偏差過(guò)大時(shí)應(yīng)通知操作手停機(jī)糾正，下籠作業(yè)人員應(yīng)檢查鋼筋籠是否對(duì)準(zhǔn)樁位，出現(xiàn)偏差時(shí)扶正鋼筋籠對(duì)準(zhǔn)已澆筑完成的樁位。下籠過(guò)程中先利用鋼筋籠自重壓入，當(dāng)壓至無(wú)法壓入時(shí)再啟動(dòng)振動(dòng)錘，防止振動(dòng)錘振動(dòng)導(dǎo)致鋼筋籠偏移，插入速度宜控制在1.2～1.5m/min。鋼筋籠下插到設(shè)計(jì)位置后關(guān)閉振動(dòng)錘電源，然后摘下鋼絲繩，將鋼管和振動(dòng)錘提出孔外，提出過(guò)程中每提3m開(kāi)啟1次振動(dòng)錘，以保證混凝土密實(shí)性。鋼筋籠制作、安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法如表2所示。

表2 鋼筋籠制作、安裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔利用大扭矩動(dòng)力設(shè)備帶動(dòng)具有螺旋葉片的中空鉆桿旋轉(zhuǎn)，土體被擠壓致密，與鉆桿形成密實(shí)柱狀體，鉆孔至設(shè)計(jì)孔深后，混凝土輸送泵通過(guò)高壓管路與長(zhǎng)螺旋鉆桿相連，超流態(tài)混凝土壓出中空螺旋鉆桿并推動(dòng)鉆桿上升。超流態(tài)混凝土澆筑完成后，使用振動(dòng)錘及利用自重插入鋼筋籠，壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高后成樁。