灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法

尚向陽 炊林源

（鄭州黃河工程有限公司 鄭州 450008）

1 前言

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)由鄭州黃河工程有限公司研究開發(fā)。此項(xiàng)技術(shù)成果于2009年11月通過黃河水利委員會(huì)國際合作與科技局專家鑒定，鑒定意見認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)為國內(nèi)水利行業(yè)一項(xiàng)最新成果。鄭州黃河工程有限公司根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)編制本工法。

2 工法特點(diǎn)

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法是在原有灌注樁施工工藝、施工技術(shù)的基礎(chǔ)上通過步跟控制法加強(qiáng)施工過程監(jiān)控與管理，擴(kuò)孔率控制技術(shù)通過計(jì)算負(fù)摩擦阻力在單樁及群樁環(huán)境下力的作用效果，得到最佳鉆速，進(jìn)而有效控制擴(kuò)孔率，最終達(dá)到有效控制灌注樁質(zhì)量的目的。

3 適用范圍

本工法適用于灌注樁構(gòu)筑物基礎(chǔ)處理、攔河壩基堤等建筑，工藝上適合正、反循環(huán)鉆機(jī)不同地層的成樁要求。

4 工藝原理

原理分析包括兩方面：一是擴(kuò)孔的成因分析，著重說明負(fù)摩擦阻力帶來的危害；二是全面介紹“步跟控制法”，從開始到成樁直至完成整個(gè)施工質(zhì)量控制。

4.1 負(fù)摩擦阻力

若樁周土的沉降大于樁體的沉降，樁—土的相對(duì)位移（或者相對(duì)位移趨勢）便形成摩擦力。樁基礎(chǔ)中，如果土給樁體提供向上的摩擦力就稱為正摩擦阻力；反之，則為負(fù)摩擦阻力。樁周負(fù)摩擦阻力非但不能為承擔(dān)上部荷載做出貢獻(xiàn)，反而要產(chǎn)生作用于樁側(cè)的下拽力，造成樁端地基的屈服或破壞、樁身破壞、結(jié)構(gòu)物不均勻沉降等。其中，進(jìn)鉆過程中地基的屈服或破壞是擴(kuò)孔的重要成因。

產(chǎn)生負(fù)摩擦阻力將使原來穩(wěn)定的地基變得不穩(wěn)定，實(shí)際荷載可能超過原來建議的地基承載力。一般可能由以下原因或組合造成：

a.未固結(jié)的新近回填土地基。

b.地面超載。

c.打樁后孔隙水壓力消散引起的固結(jié)沉降。

d.地下水位降低。

e.非飽和填土因浸水而濕陷。

f.可壓縮性土經(jīng)受持續(xù)荷載，引起地基土沉降。

g.地震液化。

負(fù)摩擦阻力的計(jì)算方法如下：

確定負(fù)摩擦力關(guān)鍵在于確定中性面，這個(gè)定了，計(jì)算便與模型假設(shè)和常規(guī)側(cè)阻力計(jì)算一樣。計(jì)算方法包括?總應(yīng)力法（α法）；?有效應(yīng)力法（β法）；?原位測試結(jié)果法（標(biāo)貫SPT、靜探CPT）；?高應(yīng)變動(dòng)力樁檢測（物探）。

群樁效應(yīng)負(fù)摩擦阻力的計(jì)算方法如下：

由于以上研究的是單樁，群樁有“鄰樁支撐效應(yīng)”，群樁的內(nèi)部樁一般產(chǎn)生的負(fù)摩擦阻力小，而外圍樁則產(chǎn)生的相對(duì)較大的單樁負(fù)摩擦擦阻力。一般角點(diǎn)樁承受的壓力要比周邊、中心樁要大，位移也要大。因此，不同的樁，負(fù)摩擦阻力大小不一樣，產(chǎn)生時(shí)間并不一定同步。

在工程實(shí)踐中，通過有限的計(jì)算方法可以有效減少負(fù)摩擦阻力，使得樁各受力方向通過施工方法達(dá)到最大限度的均衡。

4.2 步跟控制法

所謂步跟控制法就是，通過步步緊跟、環(huán)環(huán)緊扣、嚴(yán)格要求，達(dá)到質(zhì)量控制的效果。其操作步驟為：計(jì)算負(fù)摩擦阻力→地層、地質(zhì)條件處理→合理打樁順序選擇→鉆機(jī)精度控制→孔內(nèi)造漿及鉆進(jìn)連續(xù)控制→清孔指標(biāo)控制→下籠精度控制→混凝土連續(xù)灌注控制→成樁控制。

5 灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)工藝流程和操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程

工藝流程見下圖。

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工藝流程圖

5.2 技術(shù)要求

所謂灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法就是，步步緊跟、環(huán)環(huán)緊扣、嚴(yán)格要求，達(dá)到質(zhì)量控制效果。在原有灌注樁施工工藝、施工技術(shù)的基礎(chǔ)上通過步跟控制法加強(qiáng)施工過程監(jiān)控與管理，通過計(jì)算單樁及群樁環(huán)境下的負(fù)摩擦阻力，得到最佳鉆速，進(jìn)而有效控制擴(kuò)孔率，最終達(dá)到有效控制灌注樁質(zhì)量的目的。

采用這種控制方法是由擴(kuò)孔率產(chǎn)生特性決定的。從地質(zhì)、地層到施工中的各環(huán)節(jié)，如定位、整平、鉆進(jìn)等都是造成擴(kuò)空率增大的因素，因此灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法就是根據(jù)以上原因總結(jié)出來的。

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法的提出，豐富了灌注樁理論，有效地控制了擴(kuò)孔范圍，減少了混凝土用量，降低了成本，提高了效益，縮短了施工時(shí)間，減少了施工對(duì)居民的影響等社會(huì)現(xiàn)象。

6 技術(shù)水平和技術(shù)難度（與國內(nèi)外同類技術(shù)水平比較）

a.本工法率先在水利行業(yè)內(nèi)部根據(jù)灌注樁實(shí)際施工特點(diǎn)提出了灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了負(fù)摩擦阻力變速鉆進(jìn)技術(shù)與步跟控制法，總結(jié)出了具有較高適用性的灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)。在國內(nèi)同領(lǐng)域尚未發(fā)現(xiàn)類似文獻(xiàn)報(bào)道。

b.本工法利用灌注樁的普遍施工特點(diǎn)，結(jié)合自行總結(jié)的負(fù)摩擦阻力變速鉆進(jìn)技術(shù)完成了灌注樁關(guān)鍵點(diǎn)質(zhì)量控制。在檢出文獻(xiàn)中尚未發(fā)現(xiàn)相同報(bào)道。

c.本工法通過步跟控制法，有效解決了由于鉆機(jī)自身等因素造成的負(fù)摩擦阻力變速鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用受限制的難題。在國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)類似文獻(xiàn)報(bào)道。

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法技術(shù)具有新穎性，是國內(nèi)水利行業(yè)一項(xiàng)最新成果。

7 本工法應(yīng)用情況及應(yīng)用前景

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法應(yīng)用于河南鄭州韋灘控導(dǎo)工程（16～27號(hào)壩、43～52號(hào)壩）、河南鄭州韋灘控導(dǎo)工程（1～16號(hào)壩），南水北調(diào)中線一期穿黃工程Ⅳ標(biāo)孤柏嘴控導(dǎo)工程中，取得了很好的效果，其中河南鄭州韋灘控導(dǎo)工程（16～27號(hào)壩、43～52號(hào)壩）工地被評(píng)為 2007年度黃河防洪工程文明建設(shè)工地，該項(xiàng)目部被評(píng)為2007年度河南黃河施工企業(yè)優(yōu)秀項(xiàng)目部。該項(xiàng)成果的應(yīng)用既減少了混凝土的使用費(fèi)用，又減少了購買鉆機(jī)自身磨損的維護(hù)費(fèi)用。已在我公司廣泛推廣。

8 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益（包括節(jié)能和環(huán)保效益）

灌注樁擴(kuò)孔率控制技術(shù)施工工法的提出，豐富了灌注樁理論，有效地控制了擴(kuò)孔范圍，減少了混凝土用量，降低了成本，提高了效益，縮短了施工時(shí)間，減少了施工對(duì)居民的影響等社會(huì)現(xiàn)象。

該項(xiàng)成果既減少了混凝土的使用費(fèi)用，又減少了購買鉆機(jī)自身磨損的維護(hù)費(fèi)用。以混凝土為例，直接費(fèi)用為325元/m3，而一般施工技術(shù)為353元/m3，某工程灌注混凝土工程量為11688m3，共計(jì)節(jié)約費(fèi)327264元。

9 結(jié)語

采用本工法施工，有效減少了地層擾動(dòng)，控制了地表沉降，施工中通過采取可行性處理措施防止地下水流失、減少對(duì)周邊環(huán)境的污染，保證了施工安全與工程質(zhì)量，達(dá)到了一定的環(huán)保效果。