濕陷性黃土厚回填區內長鉆孔灌注樁施工研究

連 明

（甘肅第六建設集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

灌注樁基礎在濕陷性黃土地區的應用相對比較成熟，但對厚填方濕陷性黃土區使用的研究則相對較少，結合施工場地地質情況，在厚填方濕陷性黃土地區采用機械成孔灌注樁施工大直徑、超長樁灌注樁成為首選。同時，為保證厚填方濕陷性黃土地區的成樁質量，須對厚填方區域地基進行處理，然后進行樁基施工。該場區采用SDDC 素土擠密樁對地基進行處理，可有效提高泥漿護壁成孔灌注樁的成孔率，提高成樁的施工質量。因此，研究采用孔內深層強夯法進行超厚地基處理后的樁基礎施工非常有必要，研究成果對高填方超厚度濕陷性黃土地區的工程建設有著重要的現實意義。

1 擬建場地地質狀況

本場地地貌單元屬典型的黃土堆積和侵蝕作用形成的黃土丘陵、梁峁地貌。原地貌已破壞，現為人工回填整平場地，場地地形南高北低，地形較平坦，地面高程為1 918.15～1 924.57 m，高差約6.40 m。場地內分布的填土較厚，最大厚度約為28.00 m，黃土狀粉土層底埋深最大約為38.70 m。場地內上部覆蓋層主要由第四系全新統填土、黃土狀粉土（含水量較大），下臥層為第三系（N）泥巖層。土層對建筑物的地基處理很不利，不能保證持力層的承載力。

2 樁基類型選擇

根據場地現有地質狀況，結合同類工程的施工經驗，并通過試驗樁的方法對樁基的類型進行選擇，主要考慮樁基的承載力能夠滿足工程實際需要，選用樁的形式為摩擦承載樁。樁徑為8 000～1 000 mm，樁長為55～65 m，確定樁的類型后進行試樁施工，并檢測承載力，最后確定對樁進行二次注漿，注漿量約為2.2～2.6 t。

3 樁基工程施工難點

根據施工場區的地質特點及建筑物特性，擬選擇超長的大直徑鋼筋混凝土灌注樁作為建筑物的基礎樁，該類型的樁施工難點有以下4 個方面。第一，成孔難度大，主要表現為樁徑大且樁長較大，對鉆機的型號、鉆桿的剛度要求較高；對成孔工藝要謹慎選擇；防斜保直、清孔難度大。第二，混凝土灌注難度大，主要表現為導管長且水壓力大，對導管的強度和密封性能要求高；對混凝土質量要求高，流動性較好，初凝時間較長。第三，在鉆進成孔過程中，為了穩定孔內水位，防止塌孔、縮孔、便于挾帶鉆渣，采用高塑性黏土或膨潤土制備泥漿進行護壁。第四，根據樁基形式結合場地的地質狀況，對樁進行二次注漿，提高樁的承載力，因樁長較大，二次注漿施工難度較大。

4 主要施工技術及控制點

4.1 孔內深層SDDC素土擠密樁地基處理

本次研究場地屬典型的黃土堆積和侵蝕作用形成的黃土丘陵、梁峁地貌，原地貌已破壞，現為人工回填整平場地，沉降固結未完成。地面下29.00～38.70 m 存在濕且飽和的黃土狀粉土，該層層底埋深最大約64.00 m ，無地下水，但鉆進時縮孔、塌孔嚴重，鉆孔、成孔作業困難，所以先對原始場地采用孔內深層強夯法SDDC 素土擠密樁工藝進行預處理（有效處理深度約29 m），使鉆孔周圍土體消除濕陷性，具有較好的密實度，以提高基坑開挖與支護、工程樁成孔成樁的成功率。

4.2 定軸線樁位、驗線

依據設計圖紙及建筑紅線要求，采用全站儀+鋼卷尺進行放線定位。對軸線控制點埋設標志，且四周用混凝土固化30 cm深。對樁位采用釘短鋼筋及白灰作為標志，深度不小于300 mm，經復核位置準確符合設計及規范要求后可進行鉆孔作業。具體操作如圖1所示。

圖1 軸線及樁位的定位

4.3 護筒的制作與安裝

4.3.1 護筒制作。護筒采用鋼質護筒，用長1.5 m、厚5 mm 的鋼板制作，鋼板接頭采用焊接方法連接，焊接縫應飽滿密實、無夾渣、咬邊等，制作時鋼護筒的內徑比樁徑大200 mm。利用黏土對孔壁與護筒間的縫隙進行填實，避免出現漏水情況［1］。

4.3.2 埋設孔口護筒。樁位放樣后，將鉆機行駛到要施工的樁位，先用適應尺寸的鉆頭鉆進，然后用旋挖鉆機的副卷揚吊起護筒，平穩地放入孔中，人工對準護筒中心和樁位十字線的交叉點重合，同時調整護筒的垂直度，使護筒的中心豎直線與樁中心線重合，傾斜度不大于1%。測量護筒頂高程，根據樁頂設計標高，計算樁孔需挖的深度。護筒準確就位后繼續鉆進并用鉆頭下壓，直至將護筒埋至所需深度?？卓谧o筒比樁徑大200 mm，以便鉆頭在孔內自由上下升降。護筒高出地面約200～300 mm，以防止雜物、地表水流入孔內，同時為防止地表水滲透引起塌孔。符合要求后在護筒周圍對稱填土，對稱夯實。四周夯填完成后，再次檢測護筒的中心位置和豎直度。具體如圖2所示。

圖2 護筒的安裝

4.4 制備泥漿與施工

泥漿護壁的作用是保持孔壁穩定，利用其黏度將鉆屑懸浮物排除，起到排渣作用［2］，采用黏土或膨脹土加水調制成的泥漿，可以起到保護孔壁的作用。利用泥漿池準備泥漿，要求泥漿的量為單根樁體積的2 倍。鉆進成孔過程中，為了穩定孔內水位，防止塌孔、縮孔、便于挾帶鉆渣，采用高塑性黏土制備泥漿進行護壁。泥漿池尺寸要滿足施工需要，位置應相對固定且不影響交通。泥漿池應有可靠的防滲漏措施，且周邊有安全防護措施。泥漿用泥漿泵沖調拌制，并用Ф100 mm 泥漿泵從泥漿池中抽至樁孔內，并隨鉆進增補，確?？變饶酀{液面始終不低于護筒頂面1 m，防止液面降低水壓不足造成塌孔。高塑性黏土為泥漿的主要材料。在鉆進過程中每臺旋挖鉆機安排1 名技術工人配合增補泥漿，并檢查和調整泥漿稠度、比重等性能指標。

4.5 鉆進成孔

依據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）規定［3］，施工前應嚴格控制樁的長度及直徑。

研究項目土層復雜且填土較厚，平均成樁深度為54 m、樁徑為900 mm，機械旋挖泥漿護壁成孔，旋挖樁采用特制泥漿護壁—鉆斗取土鉆進，采用正循環鉆孔、慢速持續鉆進施工。旋挖鉆機緩慢移至鉆孔作業面調整鉆機，使樁孔處于鉆機的工作范圍之內。同時對鉆機四周有效范圍進行清理，保證鉆孔過程中卸渣合理、操作方便并無碰掛現象。鉆機對中前，復核十字護樁中心掛線，滿足規范要求后，對鉆機進行調整，使鉆桿、鉆頭的中心與樁位中心點對準，并用垂線復核。開孔時下鉆速度應緩慢；鉆進過程中，不宜反轉或提升鉆桿。

為了確保鉆孔的成孔質量，成孔鉆進時，根據實際情況不同土層選擇不同鉆速，控制進尺速度。鉆進過程中，鉆機操作人員應隨時觀察鉆機垂直度控制系統，定期校核鉆機垂直度，調整和控制好鉆桿垂直度。

成孔過程中及時填寫成孔記錄，在土層變化處撈取渣樣，判明土層，并與地質剖面圖核對，達到設計持力層時，及時取樣鑒定并留樣編號，直至滿足樁端進入泥巖層深度不小于4.0 m的設計要求。

4.6 清孔及驗收

在成孔之后吊裝鋼筋籠之前進行清孔，采用鉆機放慢鉆速，利用雙底撈渣鉆頭撈沉渣的方式進行。清孔結束后3～5 min，下放鋼筋籠前，用標準測繩測量沉渣厚度，符合設計要求后立即進行鋼筋籠安裝。在清孔后，孔內的泥漿相對密度小于1.25 g/cm3、含砂率不得大于8%、黏度不得大于28 s。根據以上工藝施工，對三區段成孔質量進行抽樣驗收，具體數據如表1所示。

表1 三區段成孔質量抽樣結果

4.7 鋼筋籠、注漿管的制作與安裝

4.7.1 鋼筋籠制作與吊裝。

①根據設計圖紙，合理分段制作鋼筋籠，按9 m制成標節，按1 m、2 m 等尺寸制作非標節。標節主筋采用單面焊接長，接頭間距大于1 m。鋼筋籠的焊接和綁扎質量以保證籠體在吊裝時不變形為宜，鋼筋籠經驗收合格后方可吊裝。

②鋼筋籠長54 m，接長在孔口進行，將需要接長的鋼筋籠第一節用吊車吊裝在樁孔內固定，將第二節鋼筋籠用吊車吊起，吊起后在井口設置工字鋼橫擔，保證連接焊接質量及籠子的垂直度。鋼筋籠入孔時應對準孔位慢慢入孔，鋼筋籠入孔后應徐徐下放，不得左右轉動，嚴禁高起猛落強行下放，防止鋼筋籠觸碰孔壁，鋼筋籠放到設計位置時，應立即固定。

4.7.2 注漿管制作與埋設。注漿管采用兩根Ф40×3 mm 鋼管，注漿管進入樁底土體10～20 cm，上部高出地面20 cm，各段之間采用焊接連接，焊接密封良好。注漿管底部采用止回閥封死，底部10～20 cm 范圍內梅花形布置直徑8 mm 鉆孔12 個左右，外用多層防水膠帶密封。注漿管上端套外絲與預留外管對接，并用堵頭堵死；安放之前，清除管內雜物，防止堵塞注漿管。注漿管安放時將2根鋼管對稱布置在鋼筋籠兩邊內側，并用鐵絲固定，隨鋼筋籠同步安放，注漿管底必須下到樁底。注漿管下端要比鋼筋籠低10～20 cm，注漿管上端高出地面20 cm。

4.8 樁基混凝土灌注

由于樁超長，所以樁的成孔至混凝土灌注時間間隔應經計算并嚴格控制，成孔后必須及時澆筑，其中提鉆、吊放鋼筋籠、下導管、清孔等時間間隔不得長于5 h［4］。

混凝土灌注采用導管法，采用Φ250 mm 絲扣式導管，導管應內壁光滑，連接緊密順直，使用前應進行水密承壓試驗。導管下放前應在地面檢查其連接的密封性，進行試裝、試壓，試水壓力為0.6～1.0 MPa。根據導管長度按孔深和工作平臺高度決定導管長度，最后漏斗安裝在導管頂端。導管在下放過程中，嚴禁碰撞鋼筋籠，導管下口距孔底的高度為300～500 mm。

停止清孔后，應立即澆筑混凝土，混凝土用量一次備足，導管埋入混凝土中的深度不小于1 m，使導管內混凝土與管外泥漿壓力平衡，初灌量應不小于1.0 m3。混凝土灌注過程中導管應始終埋入混凝土內，宜為2～6 m，且應提高灌注速度，導管應勤提勤拔，并經常檢測混凝土面上升情況，灌注時間應確保混凝土不初凝。

首批混凝土灌注時，在漏斗底口處設置隔離板，待混凝土將漏斗填充滿時，拔除隔離板使混凝土經導管進入樁孔內。混凝土下落時有一定的沖擊能量，能把導管下口埋入混凝土中。灌注混凝土的數量應滿足導管初次埋置深度和填充導管底部間隙的需要，確保封底一次成功。

混凝土灌注必須連續進行，中間不得間斷，提升導管時，導管位于鋼筋籠中心，應慢速均勻提升［5］。灌注接近樁頂時，控制最后一次灌注量，使樁頂標高至少比設計樁頂標高高出1 m，并用測桿檢查樁頂標高，直到滿足要求，要求充盈系數必須滿足規范要求，經檢驗合格后方可結束灌注。護筒可在灌注完畢后拔出。

4.9 后注漿施工

注漿用水泥選用32.5級復合硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.55～0.60，流速控制在30～40 L/min 以內，每根樁必須一次注漿完成，兩根注漿管注漿時間間隔不得超過12 h。注漿順序為：對同一承臺或附近的樁同時注漿，以防注入的水泥漿包圍鄰樁而使鄰樁不可注。

樁端注漿管沿鋼筋籠內側對稱布設，注漿管與鋼筋籠加強筋綁扎連接，導管端部設置注漿閥，注漿管底部長出設計樁底端20～50 cm，注漿管頂部高出地面30 cm，以利于注漿施工。注漿前壓水試驗是樁底注漿的一道重要工序，在樁底注漿前可以疏通注漿通道，將沉渣及泥層中的細粒部分壓至加固范圍內。樁基后注漿水灰比宜為0.50～0.65，注漿閥應能承受1 MPa 以上靜水壓力；注漿閥外部保護層應能抵抗砂石等硬質物的刮撞而不致于使注漿閥受損；注漿閥應具備逆止功能；樁端注漿終止壓力宜為3～10 MPa；注漿流量不宜超過75 L/min。注漿作業宜于成樁2 d 后開始，不宜遲于成樁30 d后；樁端注漿應對同一根樁的各注漿導管依次實施等量注漿；對于樁群注漿宜先外圍、后內部。具體注漿量待試樁完成后，根據試樁結果確定。注漿總量和注漿壓力均達到設計要求。

5 實施效果驗證

根據設計及相關規范要求，在樁身混凝土強度達到設計要求后，所有工程樁必須采用低應變動測法進行樁身完整性檢測，且對不得少于3 根工程樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗檢測工程樁承載力。經檢測，本工程Ⅰ類樁為97%，Ⅱ類樁為3%，單樁承載力為4 800 kN 符合設計要求，樁身垂直度、樁位偏差等均在規范要求范圍內。

6 結語

本項目在施工時，樁位控制、清孔、混凝土澆筑等較為困難，為保證工程質量，其樁定位、成孔的清孔、超長鋼筋籠的吊裝及安裝就位、混凝土澆筑灌注須保證質量，確保樁身的完整性。因此，工藝流程中，各環節必須嚴格控制，才能保證整體工程質量。