復雜地質條件下旋挖鉆孔灌注樁三段式成孔技術

張傳海，王長鎖，黃 寧，羅 曦，吳天鵬，何天兵

(中建三局集團有限公司西南分公司，四川 成都 610041)

1 工程概況

國家成都新藥安全性評價中心產業化示范基地項目位于四川省成都市雙流區成都天府國際生物城起步區1期內。項目包含實驗樓、動物房、動力樓、門衛室、垃圾房、地下蓄水池、污水處理設施，項目規劃總建筑面積約52 048.8m2。僅動物房含地下室1層，其他各建筑單體為地上2～4層，主要功能為辦公、試驗等。本工程基礎采用旋挖鉆孔灌注樁，共889根，為現澆框架結構。

動物房、實驗樓、動力樓采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑600mm，樁長22～28m(進入持力層≥1 000mm)，樁身采用C30/C35水下混凝土，樁基澆筑標高應比設計標高高出800～1 000mm(水下混凝土)，本工程樁基以中風化泥巖作為持力層。

2 工程地質條件

場地地下水主要為上層滯水和第四系孔隙潛水，其中上層滯水主要賦存于第四系人工填土和黏土層中，受大氣降水流補給，水量大小具有季節性。排泄方式以地面蒸發、向下滲透為主，無統一地下水位。孔隙潛水主要賦存于卵石土中，水位埋藏較深，對基礎設計和施工影響較大。該層地下水略具承壓性，隨卵石土中黏粒含量增多，透水性逐漸減弱，補給源主要是上游地下水及大氣降水。

3 施工難點分析

樁機鉆進過程中，鉆至約17m時，縮孔現象極為嚴重，導致無法成孔。經勘驗現場鉆出的土樣，部分土為風化較嚴重的卵石土層，部分土層黏聚力較差，在地下水作用下，具有較強的流動性，導致樁基成孔后立即出現縮孔、坍孔現象。項目部通過回灌C15素混凝土，進行二次成孔及泥漿護壁成孔方案，均無法完成成孔作業。

4 施工工藝選擇

項目部組織各參建單位及地基基礎方面的專家討論樁基施工方案，決定采用全鋼護筒輔助成孔技術。但由于樁徑較小、樁長較長、摩阻力較大，采用全鋼護筒施工工藝存在無法拔出護筒的風險，導致鋼護筒報廢，增加工程成本。項目部通過多方咨詢及現場試驗，最終確定三段式施工工藝。

具體施工方法如下：①采用φ800鉆頭進行成孔作業，成孔深度至砂卵石土層面；②采用振動錘，將φ700(內徑)鋼護筒打穿砂卵石土層至強風化泥巖層內1 000mm；③采用φ600鉆頭重新進行成孔作業至持力層；④安放鋼筋籠，澆筑混凝土，隨混凝土澆筑緩慢拔出鋼護筒。砂卵石土層以上成樁后直徑為800mm，砂卵石土層成樁后直徑為700mm，砂卵石土層以下成樁直徑為600mm。樁基與地質的剖面關系如圖1所示。

圖1 樁基與地質剖面關系

5 施工方法

5.1 場地平整

樁基施工前需平整場地，以確保機械設備工作面需求。

5.2 測量定位放線

根據測量控制點，采用全站儀進行樁基定位放樣，樁位允許偏差為50mm，樁垂直度允許偏差為0.5%。坐標放樣時保證有2個后視點位，分別用于定向和檢查，從而保證起始精度，后視放樣的距離必須大于前視距離，尤其注意后視方向要對中。旋挖機就位后，復測鉆桿中心位置，復測結果滿足相關規范要求后方可進行下一步施工，測量護筒頂標高，用以控制混凝土灌注標高。

5.3 鉆孔

樁基施工時首先采用φ800鉆頭進行成孔作業，成孔深度至流動砂卵石土層面層，且鋼護筒下沉埋設完成后，再采用φ600鉆頭成孔作業至持力層。鉆機成孔要求如下。

1)旋挖鉆機就位后，鉆機鉆桿應保持位置準確、垂直穩定，施工過程中需隨時檢查校正，開始時放慢鉆進速度，尤其是孔口5～8m段，注意保持放斗平穩，該段在成孔過程中需通過旋挖鉆機控制盤監測鉆桿垂直度，如有偏差及時糾正。

2)鉆機成孔過程中，需根據地質情況控制鉆進速度，鉆出的樁芯土距樁孔口最小距離≥5m，倒出的樁芯土要及時外運出場，保持現場整潔。成孔過程中，需隨時清理孔口積土，如遇縮孔、坍孔等異常情況，應及時采取應對措施。成孔達到設計深度后，應參照地質勘察報告中樁基持力層的標高復核實際成孔深度，并及時進行清孔。

3)鉆進過程中應對各土層進行留樣，且留置土樣≥1組，進入巖層后應確保每米留置土樣≥1組。

4)完成樁基成孔后，應保護孔口。

5.4 護筒埋設

鋼護筒具有控制樁位、防止孔口坍塌、固定鋼筋籠和導正鉆具等作用。埋設時，采用振動錘進行加壓下沉，下沉深度為孔口穿過流動砂卵石土層，進入強風化巖層約1 000mm處。鋼護筒頂部應超出地面0.5m以上。隨混凝土澆筑緩慢拔出鋼護筒，采用振動錘配合履帶式起重機完成拔出及轉運工作。

本工程樁基采用鋼護筒，護筒內直徑為700mm、壁厚12mm。鋼護筒加工制作應滿足規范允許偏差，根據地質和坍孔情況確定鋼護筒的實際埋設深度，約24m。先定位和導正鋼護筒，然后采用振動錘將鋼護筒施壓至預定深度。護筒需在施工前完成加工制作，并采用焊接接長，測放出樁位，后采用旋挖鉆機進行鉆孔，采用護筒導向架進行安裝。護筒導向架由型鋼焊制而成，采用鋼管固定四角；將護筒施壓至預定位置時，需嚴格控制護筒埋設的垂直度，確保護筒垂直度誤差<0.4%，護筒埋設到位后，復測護筒中心位置，以確保護筒與樁基中心偏差≤50mm。

5.5 成孔檢查

完成樁基成孔后，須全面測量孔底標高、樁位中心線、樁身直徑、虛土厚度等，同時做好記錄。

5.6 清孔

孔底沉渣厚度是影響樁基承載力的重要因素之一，因此樁基成孔后須清孔。本工程樁基采用干作業、旋挖鉆頭清孔方式。

1)一次清孔 鉆機鉆至設計標高后，利用旋挖鉆在原位進行一次清孔，將孔內的塊狀物清理出孔外，降低孔底沉渣厚度。在測得孔底沉渣厚度滿足規范要求，并經監理單位驗收合格后，及時安放鋼筋籠。

2)二次清孔 經過安放鋼筋籠、焊接、下放導管等過程，可能擦碰孔壁使泥砂落入孔內，因此混凝土灌注前應進行二次清孔。鋼筋籠放置完成后，利用測繩再次測量樁底沉渣厚度，若沉渣厚度不符合規范要求，需將鋼筋籠吊出孔外，然后使用機械進行二次清孔，同時再次檢測樁孔成型質量是否滿足規范及設計要求。施工作業時，現場所有施工機械必須停止作業，完成二次清孔且孔底沉渣厚度符合要求時，立即澆筑混凝土。

5.7 鋼筋籠骨架制作及吊裝

5.7.1鋼筋籠骨架制作

樁基鋼筋籠骨架在現場加工制作，首先制作加強箍，其間距按照設計要求設置，然后在加強箍上標注主筋位置，并將主筋焊接在加強箍上，形成鋼筋骨架，最后，將螺旋箍筋按照設計間距焊接在已成型的鋼筋骨架上。

鋼筋籠制作過程中，在鋼筋一周焊接4個定位筋。將φ12定位鋼筋進行雙面焊接，焊縫長50mm，鋼筋籠制作時可根據需要增加定位筋，以保證工程質量。

5.7.2鋼筋籠骨架吊裝

按設計長度制作好的鋼筋籠，經監理單位驗收合格后，方可進行起吊運輸及安放。

鋼筋籠加工制作完成并驗收合格后，若距離孔口較近，可直接采用起重機進行轉運吊裝；若距離較遠，可用起重機將鋼筋籠吊放到平板拖車上，然后運輸到孔口附近。鋼筋籠在起吊、轉運及安裝時應防止變形。鋼筋籠運輸到孔口附近后，采用汽車式起重機將鋼筋籠起吊到一定高度，并將其調整到垂直方向后緩慢放下。

起重機安放鋼筋籠入孔時，鋼筋籠對準孔位后要慢放、輕放，如下放過程遇到阻力應立刻停止，查明原因后立即采取措施進行處理。

鋼筋籠入孔就位后，按設計要求復核鋼筋籠安放位置，并作好吊裝記錄。

5.8 混凝土澆筑

由于采用三段式施工方式，鋼護筒與樁孔間有100mm空隙，拔出鋼護筒后，混凝土下落較嚴重，無法保證樁身質量，項目部針對混凝土澆筑制定以下措施。

1)第1步 混凝土首次澆筑至鋼護筒頂標高，并清除表面沉渣、浮漿。

2)第2步 首次提拔鋼護筒約10m高；護筒需緩慢提拔，嚴禁超拔，以免混凝土下坐后脫離護筒范圍，護壁不穩定，出現坍孔、縮孔問題，影響樁身質量。

3)第3步 第2次澆筑混凝土至鋼護筒頂標高下約1m處；經計算，樁混凝土充盈系數約1.3，需超灌約9m高鋼護筒的混凝土量，才能保證拔出鋼護筒、混凝土下坐后頂標高達到設計要求。

4)第4步 完全拔出鋼護筒。

混凝土澆筑注意事項如下。

1)混凝土澆筑速度控制在0.6～1.0m3/min。

2)導管下口距孔底約500mm，混凝土澆筑時，要保證有足夠的混凝土初灌量。

3)導管埋入混凝土深度控制在2～6m內，嚴禁將導管提拔出混凝土灌注頂面，并嚴格控制提拔速度，混凝土澆筑過程中安排專人及時做好澆筑記錄并填寫記錄表，主要填寫內容為樁位編號、實測孔徑、實測孔深、樁底巖土性、垂直度偏差、沉渣厚度、灌注量、樁位偏差等。

4)混凝土必須連續澆筑，后一批混凝土灌注時間不得長于首批混凝土初凝時間，同時盡可能縮短導管拆除間隔時間。混凝土澆筑過程中，每間隔25min，利用測深錘測量樁基孔內混凝土頂面標高，并計算導管埋深情況和混凝土上升高度，以便于及時調整導管埋置深度。

5)控制最后一次灌注量，使灌注高度超出設計樁頂標高300～500mm，水下混凝土灌注高度超出設計樁頂標高800～1 000mm，以確保剔鑿浮漿后，樁頂混凝土強度滿足設計要求。

5.9 基樁檢測

根據設計文件及DBJ51/T 014—2013《四川省建筑地基基礎檢測技術規程》，采用低應變法測定全數工程樁樁身完整性及缺陷程度，Ⅰ類樁共812根，占比91.34%；Ⅱ類樁共77根，占比8.66%。共抽檢13根工程樁檢測單樁豎向承載力，檢測結果均滿足設計要求。

6 結語

在國家成都新藥安全性評價中心產業化示范基地項目中，通過研究已有旋挖鉆孔灌注樁施工方法，提出三段式成孔旋挖鉆孔灌注樁施工方法，規避了復雜地質條件下縮孔、坍孔帶來的施工困難，并保證樁基施工安全，提高施工效率和綜合效益，得到業主及各參建單位的一致認可，同時滿足節約資源、保護環境等要求，創造了良好的社會效益。

1)利用鋼護筒成孔，可避免坍孔、縮孔，保證施工質量。

2)采用三段式成孔工藝，混凝土用量雖稍許增加，但能大大降低鋼護筒的損耗率，總體施工成本得到有效控制，同時保證施工工期。