北京CBD核心區(qū)某高層建筑試驗(yàn)樁施工技術(shù)

程金霞，張貴秀，黃鑫峰，郁河坤，陳 輝

(1.北京建材地質(zhì)工程公司，北京100102;2.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南250013)

0 引言

擬建的某超高層建筑高度超過(guò)550 m，位于高層建筑密集的北京市朝陽(yáng)區(qū)東三環(huán)中路CBD核心區(qū)，對(duì)周邊環(huán)境影響控制要求極高。該工程基礎(chǔ)樁施工采用鉆孔灌注樁后壓漿工藝。在進(jìn)行鉆孔灌注樁工程樁施工前，擬通過(guò)試樁確定樁基的選型是否合適，樁基的承載力和沉降是否滿足要求。本文對(duì)該工程鉆孔灌注樁試驗(yàn)樁施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，以期能為后續(xù)的鉆孔灌注樁工程樁施工中起到指導(dǎo)作用，對(duì)今后類似工程施工也具有參考意義。

1 工程概況

北京市CBD核心區(qū)擬建項(xiàng)目為超高層建筑，基礎(chǔ)底板埋深約38 m。本工程采用后注漿鉆孔灌注樁，±0.000=38.200 m(絕對(duì)標(biāo)高)，本次施工包括3根試驗(yàn)樁及8根錨樁，本工程試樁有效樁長(zhǎng)約從絕對(duì)標(biāo)高0.200 m算起，成樁作業(yè)面為絕對(duì)標(biāo)高約20.500 m處，有效樁長(zhǎng)42.200 mm，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高為－42.00 m?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，水下混凝土灌注;樁直徑均為1.0 m，單樁豎向承載力極限值36000 kN，采用樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿工藝。

擬建場(chǎng)地地基土層主要為永定河多次沖洪積形成的沖洪積層，在勘探深度111 m范圍內(nèi)，除人工堆積層外，主要為第四紀(jì)沉積層粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)中砂及卵石、礫石等，在垂直方向上形成多次沉積韻律。本場(chǎng)區(qū)深度25 m范圍內(nèi)的土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無(wú)腐蝕性。在本工程擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)，不存在影響擬建場(chǎng)地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。

根據(jù)初勘報(bào)告，擬選用?卵石層做為樁端持力層，保證樁端進(jìn)入持力層深度不少于5.0 m，相關(guān)土層狀況詳見表1。

2 試樁施工重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 樁成孔質(zhì)量控制

孔深約63 m，需穿越④、⑥、⑧層共3層卵石層并進(jìn)入持力層?層卵石層內(nèi)，地層復(fù)雜，如何順利成孔、控制樁孔垂直度及護(hù)壁質(zhì)量、控制孔底沉渣厚度是確保成樁質(zhì)量的前提。

2.2 消摩阻套筒的設(shè)計(jì)、制作、安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，成樁地面至設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)樁頂標(biāo)高0.200 m約20.300 m范圍采用雙套管法消除該段土體的側(cè)摩阻力，消摩阻套筒靜載試驗(yàn)時(shí)有效分離、切實(shí)起到消摩阻作用是本次試樁能否成功的最關(guān)鍵一環(huán)。套筒的構(gòu)造、制作、底部密封、安裝垂直度及固壁措施等環(huán)節(jié)均需嚴(yán)格控制。

表1 試樁地層情況

2.3 超長(zhǎng)樁的鋼筋籠加工、起吊和對(duì)接難度較大

包括樁頂預(yù)留錨盤連接長(zhǎng)度，樁鋼筋籠長(zhǎng)度接近65 m，鋼筋直徑大，加工難度大，上部主筋分內(nèi)外兩層進(jìn)行加工，分兩段入孔，施工難度較大。

2.4 樁身混凝土質(zhì)量控制

必須保證灌注一次成樁，避免樁身缺陷，否則將影響整體試樁進(jìn)展，試樁必須在承受40000 kN荷載情況下不得有任何破壞。

2.5 后注漿工藝的要求高

嚴(yán)格控制注漿閥定位，并在鋼筋籠吊運(yùn)、就位過(guò)程中防止注漿閥破壞，做到保證各注漿閥正常工作也是試樁成敗的關(guān)鍵。

3 試驗(yàn)樁施工工藝

3.1 試驗(yàn)樁成孔質(zhì)量保證措施

旋挖成孔施工法是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)及重力使土屑進(jìn)入鉆斗，土屑裝滿鉆斗后，提升鉆斗出土，這樣通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升和出土，多次反復(fù)而成孔。此法適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層以及含有部分卵石、碎石的地層。具有功率大、鉆孔速度快、移位方便、定位準(zhǔn)確、工作效率高、噪聲小、環(huán)保的特點(diǎn)。

本試樁樁長(zhǎng)63.0 m，直徑1.0 m，樁身垂直度控制要求為1%，采取如下措施進(jìn)行控制:(1)平整場(chǎng)地并夯實(shí);(2)埋設(shè)孔口護(hù)筒，周圍用粘土回填夯實(shí);(3)場(chǎng)地控制鉆塔本身的垂直度(可用經(jīng)緯儀、靠尺檢驗(yàn)校正);(4)控制鉆進(jìn)速度，根據(jù)土層情況不同選擇合適的鉆斗，尤其是遇到粘性土，如速度過(guò)快，極易造成鉆孔傾斜;(5)通過(guò)操作室內(nèi)儀表盤隨時(shí)觀察鉆孔垂直度情況，及時(shí)調(diào)正。

為保證護(hù)壁質(zhì)量，采用鈉基膨潤(rùn)土，摻加外加劑護(hù)壁泥漿。鉆進(jìn)孔深在距設(shè)計(jì)孔深0.5～1.0 m時(shí)，鉆機(jī)停鉆0.5～1 h，待泥漿中沉渣沉淀后，再利用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行撈渣清孔，并鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)孔深。此時(shí)稱為“一清”。導(dǎo)管下放完畢后，對(duì)所成樁孔進(jìn)行二次清孔，采用雙3PN大泵并聯(lián)正循環(huán)清渣或采取灌注導(dǎo)管內(nèi)氣舉反循環(huán)方式進(jìn)行二清。

鉆進(jìn)開始時(shí)，注意鉆進(jìn)速度，調(diào)整不同地層的鉆速。鉆進(jìn)過(guò)程中，采用工程檢測(cè)尺隨時(shí)觀測(cè)檢查，調(diào)整和控制鉆桿垂直度;邊鉆進(jìn)邊補(bǔ)充泥漿護(hù)壁。鉆進(jìn)過(guò)程中，穿越第⑥、⑧、?層卵石層用特制的螺旋鉆和筒鉆，如圖1所示。

圖1 螺旋鉆和鉆筒

3.2 消摩阻套筒制作及組裝

內(nèi)外套筒管壁厚度均為12 mm，外筒內(nèi)徑1.200 m，加工長(zhǎng)度為 9.700 m(上)+10.410 m(下);內(nèi)筒內(nèi)徑 1.100 m，加工長(zhǎng)度為 10.000 m(上)+10.700 m(下)。為了便于套管上端與地面預(yù)埋件焊接固定，套管上端均高出地面300 mm。內(nèi)外套管之間間隔3.600 m，沿內(nèi)護(hù)筒外側(cè)徑向?qū)ΨQ每30°設(shè)置一根長(zhǎng)0.300 m25 mm環(huán)形導(dǎo)向圓鋼，共設(shè)置12根。內(nèi)外護(hù)筒分兩節(jié)在工廠內(nèi)加工成型，由場(chǎng)內(nèi)將內(nèi)外護(hù)筒套裝完畢后，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)接組裝。圖2為加工好的雙套筒。

圖2 加工完成的雙套筒

雙套筒起吊前應(yīng)在“吊耳”、“牛腿”之間內(nèi)筒上口焊加固支撐防止孔口變形，起吊采用雙機(jī)抬吊空中回轉(zhuǎn)立直，履帶吊為主吊，緩緩下放至孔內(nèi)，對(duì)中后放至孔底，使套筒利用自重切入粘土層200～300 mm，插入深度以重錘量測(cè)外筒與孔壁間孔底與孔口高差來(lái)推算，取多點(diǎn)平均值。

利用吊裝“牛腿”調(diào)整套筒垂直度，調(diào)整后固定。

雙套筒入孔后，在預(yù)留絲堵及注水管內(nèi)注入清水，然后封閉密封。

雙套筒與引孔孔壁間下端2.0～3.0 m左右采用水泥漿固壁，水泥漿水灰比0.4左右，采用導(dǎo)管插入底部沿孔壁周圈均勻注漿，注漿量需提前計(jì)算確定。固壁水泥漿初凝后，套筒外至孔口填細(xì)砂固壁，邊填邊用鋼筋搗實(shí)。

3.3 鋼筋籠的制作和安裝

鋼筋籠長(zhǎng)達(dá)63 m，采用整長(zhǎng)綁扎成型(即兩節(jié)同時(shí)綁扎)后在分節(jié)處斷開方式，斷開前在連接分體式直螺紋套筒(圖4)和鋼筋上分別編號(hào)，接口處按編號(hào)方向?qū)印ｄ摻罨\接頭連接采用滾軋直螺紋連接，孔口對(duì)接采用分體式滾軋直螺紋連接(圖5)，加勁箍與鋼筋籠采用焊接。

鋼筋籠對(duì)接時(shí)，按事前綁扎鋼筋籠時(shí)確定的鋼筋編號(hào)和分體式直螺紋套筒編號(hào)對(duì)應(yīng)連接，先將一個(gè)鎖套套入下節(jié)鋼筋，另一個(gè)鎖套套入上節(jié)鋼筋，然后將鋼筋對(duì)準(zhǔn)，放入分體套筒的兩片，然后將鎖套套入分體式套筒，用專用的液壓壓接機(jī)加壓連接。

圖3 雙層鋼筋籠截面圖

圖4 分體式套筒結(jié)構(gòu)圖

圖5 加工完成的分體式套筒連接鋼筋

鋼筋籠吊裝采用100 t履帶吊和25 t汽車吊配合，水平起吊、空中回轉(zhuǎn)直立，吊裝前按圖紙?jiān)诘觞c(diǎn)處做好標(biāo)記，起吊必須按事前確定吊點(diǎn)位置固定卡環(huán)，以減小鋼筋籠變形。

3.4 樁身混凝土質(zhì)量控制

試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度為C50，為保證水下砼灌注并為保證設(shè)計(jì)要求，按混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，即用C55配合比施工試樁。配制的混凝土應(yīng)該密實(shí)，具有良好的和易性、流動(dòng)性及擴(kuò)展度，坍落度控制在200～220 mm。采用直徑300 mm導(dǎo)管，接頭雙螺紋方扣快速接頭，導(dǎo)管組裝時(shí)接頭必須密合不漏水(要求加密封圈，黃油封口)。導(dǎo)管上部漏斗設(shè)有網(wǎng)眼不大于100 mm×100 mm的鋼筋篦子以過(guò)濾出大的結(jié)塊或石塊，防止堵管?；炷恋穆窆苌疃纫丝刂圃?～6 m之間，實(shí)際灌注標(biāo)高要高于設(shè)計(jì)標(biāo)高1.0 m以上，以保證樁頂部的混凝土強(qiáng)度。

在混凝土灌注過(guò)程中，根據(jù)規(guī)范要求制作混凝土試塊，并隨時(shí)對(duì)混凝土的和易性、坍落度進(jìn)行檢測(cè)，確?；炷临|(zhì)量。試塊每樁制作標(biāo)養(yǎng)1組，同條件試塊2組(用于測(cè)定70%強(qiáng)度值)。

3.5 后注漿工藝

樁底后壓漿采用與聲波透射法檢測(cè)管合用，因此需待超聲檢測(cè)完成后進(jìn)行注漿。試樁樁底3根管閥注漿，閥門底與鋼筋籠底主筋齊平;沿樁身進(jìn)行3道樁側(cè)環(huán)向注漿。樁側(cè)環(huán)向壓漿閥位置在樁孔底以上13、25和37 m各布置一道。樁側(cè)壓漿管和樁端壓漿管分別采用DN20和DN40焊接鋼管。管與管連接方式采用外套粗管焊接。壓漿鋼管與閥門為一次性埋入樁身砼中。水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、返漿情況及降水情況綜合確定參數(shù)。

壓漿順序?yàn)橄壬虾笙拢葮秱?cè)后樁端;后注漿終止注漿條件以壓漿量和注漿壓力雙控。

4 結(jié)語(yǔ)

試樁施工結(jié)束后，對(duì)整個(gè)試樁過(guò)程的施工功效、質(zhì)量效果進(jìn)行了分析比較。本次試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)結(jié)果和超聲波檢測(cè)結(jié)果顯示試驗(yàn)樁垂直度、樁身強(qiáng)度、承載力及沉降等均滿足要求，確定了設(shè)計(jì)樁型是滿足使用要求的，并確定了工程樁施工工藝，歸納總結(jié)出了一套可以指導(dǎo)本工程施工的標(biāo)準(zhǔn)化工藝。并可供類似或相關(guān)工程試樁參考。

［1］劉金波，黃強(qiáng).建筑樁基技術(shù)規(guī)范理解與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］張雁，劉金波.樁基手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］建筑施工手冊(cè)(第四版)編寫組.建筑施工手冊(cè)(第四版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］鄭昌晶，張順英.鉆孔灌注樁后注漿加固機(jī)理及其應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(8):45 －49.

［5］彭仕奇.蘇通大橋超長(zhǎng)樁樁底后壓漿試驗(yàn)及效果［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(11):54 －58.