旋挖成孔擴底灌注樁工程質量分析

劉敖然

（北京住總集團有限責任公司軌道交通市政工程總承包部，北京 100029）

0 引言

目前，我國的樁基技術在工程技術的發展中，需要根據不同的建設環境進行科學施工，以滿足人們的生產生活需求。因此，為保證建設工程質量，旋挖成孔技術在傳統的施工技術下不斷發展衍變，直至目前形成旋挖成孔工藝，有效解決特殊地質環境下，巖土較軟造成開挖困難的情況，保證主建筑質量。

1 技術背景

為保證灌注樁作為一種端成型樁基，由于樁端面積擴大，承載力也隨之提升，與同直徑的等截面樁相比，性價比較高，目前已經獲得工程的普遍應用。

以嵌巖樁基的承載力為例，嵌入分析巖體的直徑一旦出現差距，綜合系數也會呈現倍數增長，其中2倍樁徑與0.5倍樁徑的綜合系數差距值為1.5倍。此前嵌巖擴底灌注樁施工中，挖孔并未有過多的設備參與。但是，隨著科學技術的發展，人工成本的增加，人工挖孔逐漸被設備挖孔取代，在節約成本的同時，控制施工速度和施工質量。就目前我國的挖孔技術來說，仍舊存在部分問題：一方面，為擴底直線段形成出現困難。另一方面，孔底沉渣清理出現困難。具體的施工流程如圖1所示。

2 工法原理及施工特點

2.1 擴底

在向前擴底技術的工程施工中，嵌巖擴底鉆頭技術的應用主要是傳統的擴底鉆頭技術。具體變動是在擴底鉆頭底部增加一個環形底盤，底盤下周圍有鉆尺，可以向下鉆進，且底盤底部有立柱，使下翼發揮其對底盤的推動作用，鉆尺外緣與地表水平方向為標準的45°。在嵌巖擴底鉆頭放到底孔后，通過鉆桿向鉆頭加壓，才能夠使鉆頭向兩側擴張，形成擴孔，使其達到標準位置。與此同時，鉆頭兩翼下降，到達規定的支點，利用自身的轉動優勢帶動底盤，向下擴底。之后的施工按照圖2流程不斷推進。

該種鉆頭的優勢包括3個方面：①擴孔位置達到標準位置之后，底盤是不會出現轉動的，鉆頭也不會持續向下鉆進，只有兩側孔到達標準位置之后，才可以向下鉆進。②鉆頭在擴孔過程中能夠向下鉆進，在重力的作用下進行鉆孔，在到達相應位置后，減少擴孔次數，使擴孔的幅度逐漸達到預期標準，縮短擴孔時間，提高擴孔效率。③兩下翼與鉆尺之間的角度為45°，形成的擴孔通常情況下在底部為斜面，主要功能為減少清渣環節的工作量。

在設計前沿深度與預期標準相比較深的情況下，可以采取分段擴孔的形式。鉆孔至整個鉆頭埋入泥渣中后，將擴底鉆頭向上提出，然后再向下鉆進0.5m左右，然后重復擴孔，如此反復操作，能夠盡快地完成擴孔工作。擴孔直徑擴充的要求下，可采取分級擴孔的形式推進。首次擴孔完成后，轉換成比擴孔底盤小一個規格的清渣設備。同時，完成清除渣土工作與引孔工作，引孔的深度要與設計鉆孔的深度保持一致，如果要達到預期目標，可重復進行擴孔工作。

圖1 旋挖成孔灌注樁工程施工工藝圖

圖2 旋挖成孔擴底灌注樁施工流程圖

在實際施工前，在泥漿循環系統設計的過程中，施工人員要加強分析工程施工地點周圍的情況，該研究發現，該區域主要是粉質黏土與強風化泥砂巖層，是很好的造漿地層。因此，在實際鉆孔中可通過原土造漿的形式完成泥漿配比，具體的配比參數見表1。

表1 泥漿配比表

通常情況下，土層中的泥漿密度為1.30t/m～1.40t/m，黏度為16kg～28kg，含砂率為4%～8%，膠體化率為96%以上。在軟土層鉆進的過程中，泥漿密度需要控制在合理的范圍中，一般為1.3t/m～1.5t/m，黏度最合適的數值為19kg～28kg,在具體鉆進的過程中，泥漿濃稠度可以加強調解，通過稠度提升保證鉆進質量。

2.2 清渣

平底清渣鉆斗主要是在雙底澇渣施工設備的施工實踐中使用，根據施工中的規范展開工作，由之前的澇渣底板改良后，變為單底板，鉆頭底部只保留一個比較窄的進渣口。與此同時，刮板突出底板4cm左右，設置進閘口有阻止渣土回落裝置，渣斗向上提升的過程中，鋼板關閉，渣土及泥漿保留在鉆斗中，可以控制泥漿及渣土的流出量。鉆孔清渣完成后的泥漿性能指標可以進行控制，泥漿密度應在1.20 t/m左右，上下浮動不超出0.05t/m，黏度為17kg～22kg，含砂率降低，不應高于8%，膠體化率為95%。

在實際的擴底過程中，基巖裂隙水與切削下的巖土碎石混合后形成泥漿，擴孔環節，孔底不斷拓展，主要部分為泥漿。在清渣的過程中，清渣正處于運轉狀態，泥漿進入清渣斗中，由于清渣斗附近為大面積的泥漿，其在上提的同時受泥漿的阻力影響，且在樁孔傾斜的狀態下，產生負壓作用，擴孔周邊的泥漿沿孔道向下流入，清渣斗的在樁孔內的泥漿難以沖洗處理，雖清除時間較長，在反復做工下，樁底渣土不斷減少。通常情況下，泥漿地清除次數需要維持在4～6次，在此之后，泥漿的殘留僅在孔壁周圍，再進行一次孔壁清洗工作，完成清渣即可。

首次清渣完成后，施工人員需要向樁孔中注入水，保證孔洞的穩定性，減少渣土滑落，增加施工難度，進而形成嵌巖效果。多次清渣工作完成后，孔底的水于泥漿含量較少，孔壁周圍澆筑混凝土前，可進行二次清洗，完成后，采用水下混凝土澆筑技術，將剩余的泥漿抽出孔外，以保證樁底沉渣的厚度符合要求。

3 工程案例

我國某省的工程施工中，為建設工程項目，包含兩層地下室，地上建筑為高層建筑，樓層在26層，屬于框架剪力墻結構，地基采用墻下樁，樁基設計采用旋挖成孔擴底前期安裝。樁體直徑為上粗下細，擴孔直徑屬不均勻結構。

經地勘資料顯示，樁頂標高之下地層的巖土結構為黏土與泥土，部分區域含有沙土及卵石、場地黏土層含水量稀少，泥漿中含有較為豐富的巖基裂隙水與孔隙潛水。建設地區的地層構成較為復雜，包括雜填土、黏土、粉土、細沙、卵石、全風化含礫巖泥、強風化砂泥質巖砂、中等風化泥質砂巖等。巖土工程特性指標見表2。

3.1 第一次檢測

樁基單位檢測中，檢測單位根據建筑規范，先后對工程旋挖成孔灌注樁進行測試，得出結論：①第一次測試，通過抽取相應的樁基進行鉆芯法試驗。在檢測的結果中，靜荷載試驗中，所抽取的樁基承載能力不同，與設計標準中的內容有一定的差距。②部分樁基樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4m內的持力層存在破碎段。為查明該工程樁基存在的質量問題，須進行二次檢測。

3.2 第二次檢測

通過抽取的形式對35#樁基進行抗壓靜載荷試驗，抽取5根樁基進行去芯檢測。檢測結構和第一次檢測結果相似，通過以上的檢測結果可知，剩余的樁基需要進行第三次檢測。

3.3 第三次檢測

該種情況下，對剩余樁基進行全面檢測，采用去芯法進行檢測，進而獲得檢測結果，數據為靜載試驗后產生的結果，見表3。

就根據表3中的內容3，單項豎樁靜載試驗中的數據值未達到標準的荷載值，34#單樁承載力值的特征主要在2350kN。就鉆芯法檢查的樁基來說，具體情況被分成4種：①其中查找到的29根樁基內巖心出現破碎斷裂的情況。②全部樁基中有5根樁身混凝土中存在破碎段的情況。③除上述樁基外，樁身混凝土存在破碎段，樁端范圍內巖芯存在破碎段。④剩余的樁基在混凝土中芯樣是完整的，無明顯破損。

表2 巖土工程特性指標建議值

表3 單樁豎向抗壓靜載實驗匯總

3.4 質量問題分析

就上述的檢測結果數據分析后得出，該工程斷樁基工程主要包括3個方面的問題：①持力層巖芯破碎。②混凝土、持力芯巖層保存完整的樁基中，仍有大量與設計標準不符的要求。③樁身混凝土出現離析以及夾泥等情況。就相應調查可知、資料收集、工程數據收集等文件，對出現的質量的主要因素加以研究。

4 施工質量控制

4.1 質量控制要點

施工中，施工人員在技術上加以重視，包括3個方面：首先，擴底的空間范圍需要與設計中的幾何空間保持同比例放大，且擴底還需要保證孔洞的坡度，以方便清渣。其次，在清渣環節，施工人員需要控制自身清理尺度，防止周邊產生的渣土沿著孔洞向下滑落，增加施工人員負擔，采用嵌巖技術，清洗孔壁，直至無渣土、泥漿滑落。最后，在澆灌混凝土的過程中，需要控制澆筑設備上管道與孔底之間的距離，以保證有效清理剩余的渣土。

4.2 成孔

旋挖主要再用帶截齒雙底板鉆斗進行鉆孔，將鉆機鉆桿回轉到樁孔位置后，鉆斗以90°的形式應用，完成轉動取土工作。鉆斗提起前，其斗卸土需要反向旋轉720°，在此之后，利用摩擦技術將活動地板關閉進料斜口，之后再勻速提起鉆斗，并將其移出護筒進行卸土工作。卸土主要通過自重和旋轉擺動技術推進。鉆斗在達到持力層后，施工人員需要鑒別巖土，了解土壤層之后，進行下一步施工工作，進而換成擴底鉆頭，采用擴充技術，完成擴底工作。擴孔完成后，樁底面形成中間低，周邊高的狀態。

4.3 清渣

清渣環節，清渣工作可以通過清渣鉆斗推進，完成初次清渣的工作時，需要進行擴孔尺寸的測定，在與設計要求相符的條件下，向孔中注水。如果遇見地下水層，可利用地下水，通過清底鉆頭將孔壁上的泥皮清洗掉，盡可能地提高孔壁的抓土能力，提升混凝土以孔壁之間的摩擦力，保證其有效粘結。完成清洗工作后，孔壁需要具有一定清潔度。且施工人員對孔洞底部沉渣的厚度進行檢測，如果厚度仍舊大于0.05m，仍需要重復清洗工作，直到沉渣厚度與標準厚度一致。在平底清渣的設備中，刮板作為設備的重要組成部分，可以滿足孔底深度擴充的需求，該切削環節可以在清洗環節后進行。

4.4 澆灌混凝土

一般來說，在澆筑混凝土的準備。澆筑目標達成之前，施工人員需要保證一定的耐心，清渣完成后才可以將鋼筋籠放入孔道中，直至混凝土經過運輸到現場時，再進行最后一次的清渣工作，等到空洞中沉渣達到標準后，所有準備工作就緒，才可以開始混凝土澆筑工作，同時放入鋼筋籠，進而引入澆筑導管，在刀光導管到達空洞底部4.0m處時，將其勻速放入樁孔中，判斷其是否觸底，然后將導管提起0.4m左右，進而向樁孔內注水，水高在達到6m左右時，同步操作混凝土澆灌工作。在澆筑過程中，務必保證開盤料數量，當第一盤混凝土高度達到1.0m時，受混凝土重力影響，沉渣在物理作用下會返回在混凝土表面，積聚在溢水口周圍。

5 結語

綜上所述，該文主要針對旋挖成孔擴底灌注樁工程施工技術進行研究，通過工程施工案例進行分析，以期提升建設工程施工質量，保證工程項目順利推進。