長螺旋鉆孔壓灌樁在大型LNG儲罐基礎中應用實例

上海燃氣工程設計研究有限公司 汪黎琴

長螺旋鉆孔壓灌樁是利用長螺旋鉆機鉆孔至設計深度，在提鉆的同時利用混凝土泵通過鉆桿中心通道，以一定壓力將混凝土壓至樁孔中。在混凝土灌注至設計標高后，再借助鋼筋籠自重或專用振動設備將鋼筋籠插入混凝土中至設計標高，形成鋼筋混凝土灌注樁。該工藝是在長螺旋鉆孔灌注樁的基礎上演化出來的，適應范圍更廣，效果也更佳。

1 長螺旋鉆孔壓灌樁優點和施工工藝

長螺旋鉆孔壓灌樁具有如下優點：

（1） 成樁質量好。混凝土由鉆桿中心向孔中壓入，材料密實、斷樁與縮頸現象少，樁孔周圍土受到擠密，不易發生地表隆起、坍孔、縮徑等不良現象。總體來說成孔質量好。

（2） 施工經濟性好。由鉆機直接將鋼筋籠調入，主要設備僅長螺旋鉆機和鋼筋籠插入機械，故大型機械投入量少，施工方便簡單。

（3） 單樁承載力高。由于不間斷壓灌混凝土成孔，樁孔周圍的土具有較高的側摩阻力，樁基承載力、抗拔力均有提高，且成樁具有變形較小、穩定性好等特點。

（4） 施工效率高。穿硬土層能力強，成孔成樁一機一次完成，操作簡便施工速度快，工期較短。

（5） 適用性好。此種工藝不僅可在粉土、黏性土、填土等條件下使用，還可適用于軟土、流沙層、以及地下水位較高等不良地質。

長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2 應用實例

本文以某 LNG應急調峰儲備站項目中長螺旋鉆孔壓灌樁的實際應用為例，分析應用過程中所遇到的問題，并提出合理措施及建議。

2.1 項目介紹

某 LNG應急調峰儲備站項目包括 50 000 m3LNG儲罐2座，儲罐基礎設計為高樁承臺基礎，樁基礎為混凝土灌注樁，施工采用長螺旋鉆孔壓灌，受力形式為端承摩擦樁。該項目樁身混凝土強度等級為C30，樁身直徑為900 mm。有效樁長不小于31 m（含柱、承臺、錨固筋長度），設計單樁豎向承載力極限值7 000 kN，要求樁尖進入持力層深度均不小于1 m。選用JZU180履帶式樁機，可鉆孔徑φ≤1 000 mm，可鉆孔深40 m，組裝后進行試樁，在1 h左右可打深度34 m；試樁31 m順利完成，滿足設計要求。樁身主筋分為上部與下部，分別為12φ22 mm+12φ25 mm和12φ18 mm。加勁箍為φ20@2 000 mm，樁箍筋也分為上部與下部，分別為φ12@100 mm、φ8@200 mm螺旋箍，加密區間距為100 mm，長度為自樁頂向下，A罐為7.9 m，B罐為7.4 m，非加密區間距為200 mm，樁縱筋保護層厚度為60 mm。

施工時，鉆機正常鉆進速度1～1.5 m/min。根據現場觀察，實際鉆孔速度0.5～1.0 m/min（30 m的孔用時為45～60 min，與巖層深度有關）；鋼筋籠由吊機吊起、就位，先靠自重下沉，再啟動振動錘，靠自重大約可下至 1/3～1/2的深度，少數鋼筋籠可完全靠重力下沉至設計標高；單靠重力無法下沉時，通過振動錘振搗將鋼筋籠壓至設計標高，通過水準儀監測籠頂標高。實際操作時，在振搗錘上畫有標線，通過水準儀或激光水準儀監測籠頂標高。

商混站一般選擇距離施工現場較近處。本項目為30～40 min車程，滿足超流態混凝土的參數要求（通過前期實踐，本項目要求塌落度控制在260 mm，初凝時間＞6 h），使商混站能夠進行預制、運輸。商混站的運輸車輛一般為兩車一組，每車約12 m3（剛好滿足 1根樁使用，后期加大了混凝土充盈系數，需兩車多一點，為26～27 m3）。

進站后，需詳細記錄每車混凝土的塌落度、出廠時間、使用時間、兩車之間的間隔，以防止混凝土塌落度過低或在導管內停留時間過長導致堵管。如停留時間過長，應在使用前，再次測量塌落度。

2.2 工程設備介紹

該樁基工程主要設備采用履帶式長螺旋鉆機、振動樁錘、混凝土輸送泵。

（1） 步履式長螺旋樁機包括立柱機架、鉆進系統、底盤、監視儀表室、液壓系統、電氣系統等六大部分。底盤為液壓步履式機構，通過液壓系統可實現 180°大回轉、行走和樁孔對位，準確可靠，且因設有液壓支腿，施工時增大了整機的穩定性。

（2） 振動樁錘利用電動機帶動成對偏心塊作相反的轉動，使它們產生的橫向離心力相互抵消，垂直離心力相互疊加，通過偏心輪的高速轉動使齒輪箱產生垂直的上下振動，從而達到沉樁的目的。主要由吸振器、振動器及電氣裝置三大部分組成。

（3） 混凝土輸送泵采用某車載式混凝土泵車，最大輸出壓力23 MPa，輸送量100 m3/h。運行時，混凝土罐車將混凝土直接卸至輸送泵的卸料斗中，經泵車加壓后，通過輸送管輸送至樁機頂部。

3 項目施工過程中的分析總結

3.1 成樁失敗原因

本項目共有50 000 m3LNG儲罐2座（A儲罐、B儲罐），其中A儲罐的樁基工程率先進行施工，總計221根樁，施工過程中有6根樁一次成樁失敗（一次成樁率97.2%）。項目部對A儲罐樁基工程中失敗樁的直接原因進行了調查，主要有如下幾點：

（1） 混凝土初凝時間管控不嚴導致泵管堵塞，鋼筋籠下放長度差1.5 m。

（2） 樁機機械故障，樁機鉆桿掉入樁內 20 m導致鉆桿報廢，成樁失敗。

（3） 吊裝就位時，對正不嚴格，導致其中1根樁的樁錐尖破損，鋼筋籠下放長度差4 m。

（4） 施工單位不聽勸阻強行使用緩凝時間過長混凝土，導致鋼筋籠下放長度嚴重不達標。

（5） 下放過程中，野蠻操作機械，導致其中 1根樁錐尖破損，鋼筋籠下放長度差1.5 m。

（6） 樁機振動錘未居中，導致鋼筋籠下放長度差6 m。

3.2 關鍵影響因素

根據上述A儲罐樁基工程施工過程中，造成6根未一次成樁的質量事故，項目部對其關鍵癥結進行深入剖析，并針對“混凝土初凝時間、道路運輸、施工人員質量意識、施工機具故障應急措施”等主要影響進行調查，運用關聯法進行了認真、系統的分析，從人、機、料、法、環等五個方面共找出13條關鍵影響因素：

（1） 施工人員質量意識淡薄。對于混凝土緩凝時間把控不嚴，對于緩凝時間已達5 h或塌落度低于200 mm的混凝土不舍得丟棄，強行灌入，導致鋼筋籠無法下沉至設計深度。

（2） 晝夜交替換班未做好交接班。對于機械、工序、泵管內混凝土留存時間等問題未交接溝通。

（3） 施工單位未設置混凝土總調度人員，且混凝土由泵機操作人員控制。

（4） 前期因站外道路施工，商混站至施工現場運輸時間過長，對混凝土緩凝時間嚴重影響。

（5） 現場施工機械設備未設置施工機械故障應急響應方案，一旦施工機械（鉆機、泵車、履帶吊、挖機等）出現故障，會導致出現施工工序脫節。

（6） 對于施工機械性能檢查不到位，樁機鉆桿螺絲斷裂，鉆桿掉入樁內，無法取出。

（7） 鋼筋籠底部錐尖焊接綁扎不牢固，導致振動錘擊穿錐尖，振動錘失效。

（8） 商混站混凝土，對于初凝時間控制不嚴謹，出現混凝土緩凝時間不達標。

（9） 施工組織銜接不緊密，“鉆前要料”情況普遍，增加混凝土調度風險。

（10） 樁機機械設備間調整調度不到位，無整體管控協調人員。

（11） 鋼筋籠易變形，需要優化吊裝方法及吊點選擇。

（12） 鋼筋籠植入時，振動錘未在鋼筋籠中心。

（13） 施工單位對“混凝土紅線管理”意識淡薄，憑借經驗施工。

3.3 解決措施

根據上述質量事故關鍵問題的分析，項目部提出若干提高一次成樁率的方案措施，以指導后續B儲罐的樁基工程施工。具體措施如下：

（1） 編制實施“LNG應急調峰儲配站項目混凝土全過程動態監控信息表”，嚴格監控混凝土質量、初凝時間。

（2） 要求施工單位做好工序、機械、混凝土運輸時間等的交接記錄。

（3） 儲罐施工現場必須設置晝夜班施工總調度，對于混凝土來料、施工機械做總體調度。一旦施工機械等出現故障及時緊急響應，對施工工序及混凝土車輛做出及時調整。

（4） 站外道路開通后，混凝土車輛到施工現場只需20～30 min。嚴禁“鉆前要料”的情況出現。違者對相關人員進行嚴格處罰。

（5） 機械設備設置施工機械故障應急響應方案，以及易損壞配件和維修人員常備機制。

（6） 施工現場相關負責人應每天對施工機具、鋼絲繩、電纜進行巡檢，及時發現安全隱患及設備設施維保。發現問題應立即處理，保障現場施工。

（7） 針對鋼筋籠底部錐尖易被振動錘沖散的情況，要求施工單位對鋼筋籠底部采用雙圈φ12 mm鋼筋做加強圈，對錐尖進行補強。

（8） 廠內施工道路鋪設鋼板及山皮石，對道路及時整改，避免出現混凝土車輛陷車。

（9） 發現原商混站對混凝土初凝時間把控不嚴后，責成施工單位立即更換商混站，確保混凝土塌落度、緩凝時間、保供能力等均符合現場要求。

（10） 針對鋼筋籠易變形的問題，在鋼筋籠制作焊接時已進行優化，調整了內圈加強圈的位置，由2 000 mm間距改為1 600 mm。

（11） 鋼筋籠植入時，振動錘未在鋼筋籠中心。導致沖擊力不均勻而造成鋼筋籠下沉方向不垂直。施工單位需要認真總結，優化吊點及施工班組長安排注入鋼筋籠時要對振動錘作及時調整。

（12） 季節變化、夜間施工因大霧能見度顯著降低時，吊裝作業應配備監護人員1～2名。

（13） 全體人員應嚴格執行混凝土紅線管理，對塌落度低于200 mm或緩凝時間達到5 h的混凝土堅決不允許用于樁基施工。務必提高質量意識，杜絕施工風險，保證一次成樁合格率。

制定上述應對措施并嚴格執行后，B儲罐一次成樁合格率達到了100%（總計221根）。

4 結語

長螺旋鉆孔壓灌樁采用先灌混凝土、后下鋼筋籠的流程，因此對施工單位的組織水平、技術水平等要求較高。由于鋼筋籠較長，吊裝時容易變形，且實際施工時存在前述的各種影響成樁因素，所以有時會導致鋼筋籠難以完全植入，成樁失敗。根據施工經驗，該成樁工藝的最長鋼筋籠長度在 20 m左右為最佳。長度如果繼續增加，一次成樁失敗的風險會逐漸加大。因此，在發揮長螺旋鉆孔壓灌樁成樁工藝帶來優勢的同時，也必須嚴格遵守施工流程，加強過程組織與管理，并在實際應用中不斷總結經驗，制定更為優化的施工方案。