□文/滕曉軍 汪仲琦

超深大直徑鉆孔灌注樁基施工技術(shù)

□文/滕曉軍 汪仲琦

超深大直徑鉆孔灌注樁以其單樁承載力高并能適應(yīng)各種土質(zhì)條件而得到越來越廣泛的應(yīng)用，但因其常需穿透多層地層及復(fù)雜地層而加大了施工難度。結(jié)合工程實例，介紹了超深大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)，由于施工過程采取先進合理的施工工藝，確保了成樁質(zhì)量，從而取得了良好的效果。

超深；大直徑；鉆孔灌注樁；施工；技術(shù)

1　工程概況

天津萬達中心工程地處天津市河?xùn)|區(qū)海河?xùn)|岸，其中甲級寫字樓主樓建筑高度194.38 m，地上共41層，地下2層，總建筑面積約82 000 m2，采用鉆孔灌注樁作為承重樁基，主樓樁總數(shù)191根，樁徑為1 000 mm。其中核心筒下，A型樁27根，成孔深度80 m，有效樁長68.2m，B型樁92根，成孔深度80 m，有效樁長64.2 m；核心筒外，C型樁72根，成孔深度70 m，有效樁長58.7 m，樁位布置及型號見圖1。

圖1　主樓樁位布置

A、B型樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值均采用16200 kN，試樁的單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮18 000 kN；C型樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值采用14 400 kN，試樁的單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮15 600 kN。樁身混凝土設(shè)計強度等級C40，所有主樓樁均進行樁端后注漿，單樁水泥用量≮2.5t。

工程位于天津海濱淤積平原，沉積作用明顯。該場地地層自上而下分層描述見表1。

表1　工程地質(zhì)情況

續(xù)表1

工程樁A、B的樁端持力層為14a粘土層，工程樁C的樁端持力層為13c粉質(zhì)粘土層。

2　鉆孔灌注樁施工難點分析

1）泥漿質(zhì)量控制。泥漿指標(biāo)是保證成孔的關(guān)鍵，泥漿密度及粘度偏低則容易坍孔；偏高則不利于鉆進且會造成孔壁泥皮過厚而降低樁的摩擦力。

2）超深灌注樁成孔垂直度控制。主樓樁樁徑為1000 mm，成孔深度80m，其長細(xì)比達到了80∶1。設(shè)計要求每根樁都滿足成孔傾斜度＜1/100的檢測指標(biāo)，必須從工藝本身著手進行改進和控制。

3）樁端后注漿工藝控制。以往工程和本工程樁型試驗結(jié)果表明，鉆孔灌注樁采取后注漿工藝后可有效穩(wěn)定承載力。要確保每一根樁都注漿成功并研究實施一套可靠的保障應(yīng)急措施。

3　鉆孔灌注樁施工

3.1施工工藝要求及流程

根據(jù)本工程地質(zhì)特點，采用泥漿護壁反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進成孔、反循環(huán)清孔排渣、二次換漿清孔、導(dǎo)管法灌注水下混凝土的施工工藝。其工藝流程為測定樁位→埋設(shè)鋼護筒(包括挖泥漿溝槽)→復(fù)測樁位→安裝鉆機就位(包括接通電源)→鉆進成孔(包括供給護壁泥漿)→沖孔(第一次清孔)→吊接鋼筋籠→下放導(dǎo)管→清孔(第二次清孔)→水下導(dǎo)管法灌注混凝土→清洗機具→移至新樁位。

3.2測定樁位

根據(jù)基準(zhǔn)點和基線，選用高精度J2型經(jīng)緯儀和鋼卷尺測定出樁位中心并用十字交叉法確定護筒的挖掘位置，然后挖埋護筒；在埋設(shè)完護筒后復(fù)測校正護筒位置，使護筒中心與樁位中心偏差≤50 mm，在樁位中心插上一根長鋼筋作為樁位標(biāo)志；然后用DS3型水準(zhǔn)儀測護筒口地坪高程，做好測量記錄；在鉆機就位時再使用線錘進行第三次樁位校正，使轉(zhuǎn)盤中心與樁位中心重合。

3.3埋設(shè)護筒

為防止鉆進施工中護筒外圈返漿造成塌孔和護筒脫落，護筒要埋入自然地面以下1.0 m（粘性土）或1.5 m（砂土），高出自然地面20 cm，與坑外之間空隙用回填土填實，保證護筒的穩(wěn)定與垂直度。同時，護筒中心與樁位中心線誤差≯5cm。

護筒作用主要是定位、保護孔口和承受水頭壓力等，它由鋼板制成，厚度5 mm，內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑，大于樁徑100mm。

3.4泥漿制備

鉆孔前根據(jù)樁位及現(xiàn)場場地情況，設(shè)泥漿溝、沉淀池、儲漿池及制漿筒，以便鉆孔中溢流出的帶渣泥漿經(jīng)沉淀后再返回泥漿池使用，泥漿溝的縱向坡以≮1.5%為宜，槽寬視估計出漿情況而定，沉淀池的體積應(yīng)不小于一根樁實體的3～4倍。

在鉆孔施工及成孔清孔完成后，要檢查泥漿的性能指標(biāo)，見表2。

表2　泥漿性能

3.5鉆進成孔

將GPS-15型鉆機移至樁中心，四周墊實，轉(zhuǎn)盤用水平尺校平，天車、轉(zhuǎn)盤中心、樁中心三點成鉛垂線，放入鉆頭，接上鉆桿和泥漿循環(huán)系統(tǒng)。鉆頭選用三翼條形刮刀鉆頭，機上鉆桿安裝導(dǎo)向鋼絲繩，減輕機上鉆桿在回轉(zhuǎn)時的晃動，使鉆進平穩(wěn)，孔壁完整，鉆孔垂直。鉆進過程中應(yīng)根據(jù)試成孔的鉆進參數(shù)，對不同的地層與土質(zhì)采用相應(yīng)的鉆進參數(shù)。

3.6第一次清孔

鉆孔至設(shè)計高程，經(jīng)過檢查，孔深、孔徑、孔的偏斜符合要求后，將鉆渣抽凈。進行第一次清孔，見表3。

表3　清空尺寸

清孔采用換漿法，在鉆進至設(shè)計深度后，稍稍提起鉆頭，同時保持原有的泥漿密度進行循環(huán)浮渣，隨著殘存鉆渣的不斷浮出，孔內(nèi)泥漿比重和含量不斷降低，然后注入清水繼續(xù)循環(huán)置換，隨時檢查清孔質(zhì)量；個別孔底沉渣采用泥漿泵吸出的方式進行清孔。

清孔后泥漿指標(biāo)：泥漿相對密度為1.03～1.10，含砂率＜2%，粘度為17～20 Pa·s；膠體率＞98%。

3.7鋼筋籠安裝

鋼筋籠采用分節(jié)制作，焊接連接。鋼筋骨架的保護層采用厚5 cm的水泥砂漿（水灰比＜0.4）墊塊并固定在主筋上，砂漿墊塊按豎向每隔2 m設(shè)一道，橫向圓周不少于4個。骨架頂端應(yīng)設(shè)置吊環(huán)，吊環(huán)長度根據(jù)護筒頂標(biāo)高和樁頂標(biāo)高計算確定，鋼筋籠安裝要求見表4。

表4　鋼筋籠安裝

續(xù)表4

鋼筋籠應(yīng)分段焊接，每段長度不超過12 m，鋼筋籠主筋采用雙面搭接焊。

鋼筋籠運轉(zhuǎn)安裝過程中，防止高起猛落，采用吊車起吊，以防止彎曲和扭曲變形（因直徑大自重亦較大），吊放鋼筋籠入孔時，應(yīng)注意勿碰孔壁，防止坍壁和將泥土雜物帶入孔內(nèi)。

先將下段掛在孔內(nèi)，吊高第二段進行焊接，逐段焊接逐段放下，吊入后校正位置垂直，勿使相互扭轉(zhuǎn)和變形，各節(jié)焊接連接以前，須使上下節(jié)籠各主筋位置相對應(yīng)校正且上下籠保持垂直狀態(tài)，焊接時兩邊對稱施焊。

3.8第二次清孔

工程使用的灌漿導(dǎo)管為φ219 mm或φ250 mm二種規(guī)格的無縫鋼管。鋼筋籠及導(dǎo)管安放結(jié)束后，立即進行第二次清孔。

第二次清孔時采用了正反循環(huán)結(jié)合的清孔方法，即首先采用正循環(huán)工藝置換調(diào)節(jié)泥漿，即由3PNL泵向?qū)Ч茌斎牒细衲酀{，通過導(dǎo)管將泥漿送入孔底、沖刷孔底，置換孔底泥漿并連同部分沉渣一起帶出孔口；等泥漿的性能參數(shù)符合設(shè)計規(guī)范要求后再用氣舉反循環(huán)工藝逐步吸凈孔底的沉渣，直至孔底沉渣厚度符合設(shè)計規(guī)范要求(≤50 mm)，孔底泥漿性能符合設(shè)計規(guī)范要求。氣舉反循環(huán)清孔見圖1，其中φ60mm鋼管伸入樁孔內(nèi)的長度一般應(yīng)為孔深的2/3。如孔深為80 m，則鋼管的長度應(yīng)為=80×2/3≈54（m）。若清渣困難，可加大伸入長度。

圖2　氣舉反循環(huán)

3.9水下混凝土灌注

為保證孔底沉渣厚度符合設(shè)計規(guī)范要求(≤50mm)，各孔均保證在第二次清孔合格后的30 min內(nèi)灌注混凝土。由于大直徑灌注樁單位長度所需混凝土量較多，混凝土沿導(dǎo)管下來后向周邊水平流動的徑向距離較大，因此對混凝土拌和物和易性要求尤為嚴(yán)格。在整個灌注過程中，導(dǎo)管下口距混凝土面2～6 m，單樁灌注時間控制在3～4h以內(nèi)。在起拔導(dǎo)管時，每拔0.5 m下沉0.1～0.2m，使孔內(nèi)混凝土擠密，以防止混凝土出現(xiàn)斷層而產(chǎn)生露筋。由于工程樁的空孔段較長，為保證鉆孔灌注樁頂混凝土的質(zhì)量，混凝土加灌高度控制在2.0m以上。

3.10樁端后注漿

所有主樓樁均需進行樁端后注漿施工，設(shè)計注漿量不小于2.5t水泥/根樁，注漿水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.45～0.65。樁端注漿終止標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用注漿量與注漿壓力雙控的原則，以注漿量(水泥用量)控制為主，注漿壓力控制為輔。當(dāng)注漿量到要求時，可終止注漿；當(dāng)注漿壓力＞2 MPa并持荷3 min，也可終止注漿。樁底注漿采用樁身均勻設(shè)置2根注漿管，注漿管下端與單向閥式注漿器相連。樁端注漿器應(yīng)插入孔底以下0.2～0.5 m。注漿管隨鋼筋籠同時下放并在管內(nèi)注水以嚴(yán)防漏漿。

實際注漿壓力一般情況下≮2 MPa，注漿流量不宜超過75L/min。達到以下3個條件之一均可停止壓漿：

壓力大于2MPa并持荷3 min；壓漿水泥用量超過2.5t；樁頂出現(xiàn)冒漿。

4　鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測結(jié)果

該工程在施工過程中實時調(diào)整泥漿性能至最佳，確保了樁基施工的順利進行。基坑開挖后對樁基進行100%小應(yīng)變試樁，測試結(jié)果表明，全部191根樁均無斷樁、較大縮徑及擴孔現(xiàn)象，樁身質(zhì)量評定Ⅰ類樁為91%，無Ⅲ類樁。

5　結(jié)論

1）采用反循環(huán)工藝施工，鉆進效率高，清渣能力強，成孔時間短。

2）第二次清孔時采用的正反循環(huán)結(jié)合的清孔方法具有清孔速度快、清孔質(zhì)量好的特點，特別適合工程土層較差、對孔底沉渣要求高的施工，如果二次清空時單獨采用反循環(huán)長期置換泥漿清孔易造成孔壁坍塌的不良后果。

3）盡可能地減少第二次清孔至水下混凝土灌注的時間間隔有利于維護孔壁穩(wěn)定、降低孔底沉渣厚度。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.011

□汪仲琦/中建八局第三建設(shè)有限公司。

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）04-24-03

□2015-01-08

□滕曉軍/男，1986年出生，工程師，中建八局第三建設(shè)有限公司天津分公司，從事建筑工程技術(shù)和管理工作。