淺談建筑工程旋挖成孔灌注樁施工技術(shù)

李 峰

(北京建工四建工程建設(shè)有限公司，北京 100075)

0 前 言

隨著技術(shù)進步，在建筑領(lǐng)域旋挖成孔灌注樁工藝逐步取代安全隱患大、施工進度緩慢的人工挖孔樁工藝，大大節(jié)省了勞動力，有利于現(xiàn)場施工的安全控制。在旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)施工過程中也遇到了一些新的難題，需要通過技術(shù)手段逐一解決。旋挖成孔灌注樁適用于高回填且地質(zhì)條件復雜的工程，建設(shè)單位前期委托勘察單位對場地進行勘察，但只是初探，目的只為設(shè)計提供依據(jù)，勘探不夠全面不能完全反映場內(nèi)復雜地質(zhì)情況，旋挖樁成孔施工需要成孔位置詳細的地質(zhì)數(shù)據(jù)，如此才能保證快速成孔，所以前期勘察資料不滿足旋挖成孔需要；旋挖成孔過程中因地質(zhì)條件問題會導致孔壁坍塌，會遇到淤泥層或流沙層；清孔不徹底，樁底出現(xiàn)軟弱夾層，樁成型后會有沉降；混凝土澆筑過程中因地質(zhì)空洞縫隙會出現(xiàn)混凝土串孔。本文通過超前鉆、回灌成孔、全鋼護筒護壁成孔、灌注導管水沖清孔、灌注導管水下澆筑混凝土措施解決上述問題，希望對建筑行業(yè)類似工程施工有所借鑒意義。

1 工程概況

某工程原始地形為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，場地內(nèi)有兩條溪溝，經(jīng)二次改造上游來水由暗埋箱涵有組織引流改道，場內(nèi)舊河道回填處理，底部淤泥采用拋石擠淤工藝回填，大規(guī)模開挖回填，面層強夯平整形成最終的施工場地。本工程地勘勘察點位20 m×20 m方格網(wǎng)式，旋挖成孔灌注樁樁間距遠小于勘察點間距，地勘資料不能夠滿足旋挖成孔灌注樁施工的需要，施工前需要對場內(nèi)復雜的地質(zhì)情況和高回填區(qū)域樁基持力層基巖巖面高程、巖性、回填土密實度、石塊含量、有無孤石、有無孔洞、淤泥層厚度、流沙層厚度、樁長、樁底3 d(且不小于5 m)范圍內(nèi)破碎帶軟弱夾層等情況進行探查明確，掌握旋挖成孔灌注樁樁身位置具體的地質(zhì)情況后選擇合適的成孔方式。

2 超前鉆施工

為探明旋挖成孔灌注樁施工范圍具體地質(zhì)情況選用超前鉆，旋挖成孔前完成超前鉆施工，并整理好超前鉆數(shù)據(jù)用于指導旋挖成孔灌注樁施工。

2.1 超前鉆工藝

采用的超前鉆工藝進行提前探底，對現(xiàn)場施工的進度和質(zhì)量控制提供較詳盡的資料，有利于現(xiàn)場預(yù)控，縮短了施工間歇，節(jié)約了成本。為現(xiàn)場旋挖樁施工進度、質(zhì)量控制提供了保障。

超前鉆鉆探點使用全站儀進行放孔，超前鉆施工數(shù)量沒有規(guī)范要求，為滿足施工需要可根據(jù)地勘報告結(jié)合工程實際情況進行確定，建議超前鉆分批施工，第一批超前鉆施工數(shù)量取第一批旋挖成孔灌注樁數(shù)量的10%，如能滿足現(xiàn)場施工需要，后續(xù)超前鉆分批施工時可按分批旋挖成孔灌注樁施工數(shù)量的10%進行勘探，如不能滿足施工則加大超前鉆施工數(shù)量，直到滿足施工需要為止。

2.2 超前鉆施工

超前鉆施工工藝流程：平整場地→樁位放樣→鉆機就位→孔鉆鉆進→起鉆、取芯→(下一循環(huán))→鉆至設(shè)計高程→終孔。

施工平臺的平面尺寸應(yīng)按樁基設(shè)計平面尺寸、鉆機數(shù)量和鉆機底座平面尺寸、鉆機就位要求、施工方法以及其他配合施工機具設(shè)施布置情況而定。根據(jù)設(shè)計藍圖和總控制點布設(shè)測量控制網(wǎng)，依據(jù)測量控制網(wǎng)進行施工放樣，放樣結(jié)果及時上報監(jiān)理單位核查，核查合格后方可進行下步工序施工。

取芯長度根據(jù)機械參數(shù)及巖性可做調(diào)整，所有芯樣應(yīng)排放整齊、編號齊全，裝入芯箱，統(tǒng)一存放。根據(jù)鉆孔及取芯情況繪制鉆孔柱狀圖見圖1，注明鉆孔編號。孔口坐標及高程、巖層層面高程、樁底3 d(且不小于5 m)范圍地質(zhì)情況。

圖1 超前鉆鉆探示意

2.3 超前鉆成果分析

該次超前鉆勘察共計鉆孔119個，總進尺2 706.98 m，其中重型觸探實驗孔16個。室內(nèi)資料的整理、檢查、分析與相關(guān)外業(yè)工作交叉同時進行，并及時編制了巖土工程勘察報告。勘察成果顯示場內(nèi)出露的地層由上而下依次為第四系全新統(tǒng)填土層(Q4ml)、殘坡積層(Q4el+dl)、沖洪積層(Q4al+pl)、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2xs)沉積巖層。填土層回填時間約1年，主要成分為黏性土夾泥巖碎塊石。填土中塊石含量30%～60%，局部塊石含量高達85%，其中36個樁位探明含直徑1 m以上孤石，最大塊徑1.5 m，主要分布于雜填區(qū)域。31個樁位探明有1.5～7.85 m厚流沙淤泥層，回填層厚度0.6～24.8 m。重型觸探試驗結(jié)果顯示回填區(qū)密實度隨著深度的變化差異較大，回填區(qū)表層2 m范圍內(nèi)其密實度均為中密、稍密，中層及底層密實度較差，局部松散。地質(zhì)條件十分復雜，旋挖樁施工塌孔風險較大。

超前鉆施工完成后，根據(jù)對其勘探成果分析，項目部制定了詳盡的應(yīng)對方案。鑒于本工程回填區(qū)域地質(zhì)條件極其復雜，最終確定根據(jù)不同地質(zhì)條件的施工區(qū)域采用重慶地區(qū)慣用的低強度混凝土回灌護壁成孔方案和全鋼護筒護壁成孔方案，兩種方案結(jié)合使用。在開挖前根據(jù)不同樁位地質(zhì)情況特點選用以上不同的成孔方案，有效減少塌孔幾率和減少材料浪費。

2.4 超前鉆工藝在樁基施工中的作用

1)基巖樣本試壓工作是旋挖樁施工過程中必不可少的一環(huán)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，砂巖設(shè)計抗壓強度為飽和單軸抗壓強度，巖體樣本取樣后到檢測中心先制備成標準圓柱體樣板，在水中吸水飽和(24 h以上)，才可進行抗壓強度檢測，抗壓強度檢測合格后方可進行樁基混凝土澆筑。由于樣品制備和檢測中心工作安排會耗費大量時間，造成樁基成孔后長時間不能澆筑混凝土封閉，極易造成塌孔。提前取出基巖樣本并進行試壓能避免基巖檢測期間施工間歇。

2)根據(jù)鉆探結(jié)果提前制作鋼筋籠。根據(jù)勘察結(jié)果，提前計算樁底標高、確定樁身主筋長度，提前綁扎并進行連接，減少在成孔后制作鋼筋籠的時間，減小施工間歇，減少窩工。

3)旋挖成孔灌注樁要求對于樁基礎(chǔ)需檢測樁底3d(且不小于5 m)范圍內(nèi)是否存有軟弱帶、夾層、破碎帶等。超前鉆施工時同時加深至預(yù)計樁底3d(且不小于5 m)，避免樁開挖成孔后等待鉆探時間。

4)根據(jù)鉆探結(jié)果提前確定樁長，提前進行剛性角推算，施工過程中嚴格控制旋挖機下鉆深度，保證嵌巖深度、滿足剛性角、不超挖，避免剛性角不滿足要求造成施工質(zhì)量事故或因超挖造成周邊樁剛性角受到影響，有效保證成樁質(zhì)量。

5)超前鉆成果柱狀圖能直觀反映樁孔范圍內(nèi)較大孤石位置，探明樁底3d(且不小于5 m)范圍內(nèi)軟弱帶、夾層、破碎帶等，避免了成樁過程中將大型孤石誤認為已經(jīng)入巖，成樁后因承載力不足造成質(zhì)量事故。

6)成孔過程中，因施工間歇最大限度的縮短，施工過程中盡可能減小孔內(nèi)沉渣厚度，保證樁底沉渣厚度滿足規(guī)范要求。

7)在含水率較高的黏性土地質(zhì)，能提前確定黏土層厚度，提前選擇成樁工藝，可避免因含水率過高的黏性土縮徑造成樁身直徑不能滿足設(shè)計要求。

8)通過重型觸探試驗，明確樁孔位置回填土密實程度，分析塌孔可能性，選取合理成孔方案，減少塌孔風險。

3 旋挖成孔灌注樁施工

3.1 回灌護壁成孔

低強度混凝土回灌護壁成孔：適用于填土、黏性土、粉土、砂土、碎石土、軟質(zhì)巖等巖土層。開挖直徑可按設(shè)計樁身直徑，回灌成本低，施工方便。適用于塌孔幾率較小的簡單地質(zhì)情況，在局部塌孔時采用低強度等級混凝土進行回灌，回灌高度高于開挖過程中塌孔位置的頂標高300～500 mm，待混凝土達到一定強度后二次開孔，在塌孔段形成低強度混凝土護壁，再繼續(xù)下挖成孔。

采用低強度混凝土回灌護壁成孔(見圖2)注意回灌混凝土坍落度不要太大，回灌過程中注意混凝土面高程變化，隨著混凝土的回灌，混凝土表面表面高程變化不大，此時應(yīng)該是遇到較大孔洞或有串孔現(xiàn)象，這時將混凝土坍落度調(diào)小，減少回灌混凝土用量。

圖2 低強度混凝土回灌護壁示意

3.2 全鋼護筒護壁成孔

全鋼護筒護壁成孔：適用于松填土地質(zhì)、砂卵石地質(zhì)、厚度較大淤泥(質(zhì))地質(zhì)等軟弱地質(zhì)、喀斯特巖溶地質(zhì)、地下水位較高、有承壓水的砂層等巖土層。護筒內(nèi)徑宜比樁徑大150～200 mm，護筒采用Q235/Q345低合金熱軋鋼板材料制成，壁厚不小于10 mm。施工成本較高，成樁混凝土量較回灌成孔工藝大。優(yōu)點是成孔質(zhì)量好，適用于塌孔幾率較高的復雜地質(zhì)情況，采用全護筒隨開挖進行全鋼護壁，能有效減少塌孔。樁孔全部驗收完成后隨樁身混凝土澆筑同時上提，護筒底低于混凝土澆筑面一定高度，最終護筒全部取出。

3.3 清孔、混凝土澆筑

鉆進至設(shè)計孔深后，將鉆斗留在原處機械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底虛土盡量裝入斗內(nèi)，起鉆后仍需對孔底虛土進行清理。一般用沉渣處理鉆斗(帶擋板的鉆斗)來排出沉渣。孔底清理緊接終孔檢查后進行。鉆到預(yù)定孔深后，必須在原深處進行空轉(zhuǎn)清土(10轉(zhuǎn)/min)，然后停止轉(zhuǎn)動，提起鉆桿。注意在空轉(zhuǎn)清土時不得加深鉆進,提鉆時不得回轉(zhuǎn)鉆桿。清孔后，測孔深。

《旋挖成孔灌注樁工程技術(shù)規(guī)程》(DB J50-156—2012)中規(guī)定端承樁沉渣厚度≤50 mm，鋼筋籠吊裝時與樁孔壁還會有摩擦，掉落的渣土會增加沉渣厚度，鋼筋籠吊裝完成后清孔十分困難，使用沉渣處理鉆斗容易損壞已吊裝完成的鋼筋籠，澆筑水下混凝土需要使用灌注導管，項目經(jīng)過試驗后采用灌注導管水沖方式將沉渣沖起，使沉渣與水混合，水沖沉渣后立即使用灌注導管進行水下混凝土澆筑，利用混凝土將泥水擠壓排除樁孔。

水下混凝土澆筑時注意導管下口至孔底的距離宜為300 mm左右，保證足夠的混凝土初灌量，確保導管下口一次埋入混凝土灌注面以下，埋入深度不少于800 mm，導管埋深一般控制在4～6 m，不得將導管提出混凝土灌注面，灌注開始后，應(yīng)連續(xù)地進行，準備好導管拆卸機具，縮短拆除導管的時間間隔，控制最后一次混凝土灌注量，在泥漿全部排除后超灌混凝土高度宜為0.8～1.0 m，保證鑿除浮漿后暴露的樁頂混凝土強度滿足設(shè)計要求。

4 結(jié) 論

綜上所述，旋挖樁施工過程中除了關(guān)注施工進度以外，還應(yīng)考慮到施工工作需要完成的任務(wù)較多，施工步驟比較繁瑣，任何一個環(huán)節(jié)出錯，都會影響施工質(zhì)量。因此，在旋挖機械成孔灌注樁施工的過程中，需要對鉆孔施工的過程和鉆機的位置、使用頻率、護筒埋置深度等做好把控，減少施工過程中鉆孔塌陷等質(zhì)量病害的出現(xiàn)，同時需對成樁位置復核、鋼筋籠安裝檢查、沉渣厚度檢查等符合要求后方可進入下一工序，提高施工質(zhì)量，方能到達促進工期、降低費用的效果。

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