全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁圍護(hù)施工技術(shù)

高偉新 華錦耀

1.浙江天工工程管理有限公司 浙江 杭州 311200；2.浙江鴻晨建設(shè)有限公司 浙江 寧波 315032

長螺旋鉆孔壓灌樁具有施工工藝成熟、穿越硬土層快、無振動(dòng)、無泥漿污染、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但也存在地下水位以下易坍孔、樁端處虛土不易清除干凈、后插鋼筋籠定位不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。當(dāng)基坑地基土層中包含賦存承壓水的砂土或礫石、卵石層，且環(huán)境復(fù)雜，保護(hù)性要求高時(shí)，如何應(yīng)用長螺旋鉆孔壓灌樁機(jī)施工素混凝土樁（素樁）與咬合的葷混凝土樁（葷樁），并保證平面定位偏差不大于10 mm、垂直度偏差不大于0.3%，以及被葷樁旋割咬合時(shí)的素樁混凝土齡期不超過終凝等成為關(guān)鍵問題，且需避免360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)施工咬合樁時(shí)速度較慢的缺點(diǎn)[1]。為此，我們以工程實(shí)例為背景，研發(fā)了一種施工效率高、環(huán)境保護(hù)性好、平面定位準(zhǔn)確、垂直度好的新型咬合樁（即全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁）施工技術(shù)。其機(jī)械設(shè)備和施工工藝創(chuàng)新之處在于：全套管底端含有裝配式的合金尖方便拆卸置換，采用箱形型鋼定位架裝置使樁位成孔準(zhǔn)確，全套管同步鉆進(jìn)可有效防止旋割素樁時(shí)產(chǎn)生“管涌”等。

1 工藝特點(diǎn)

1.1 施工效率高

由于樁機(jī)（圖1）下動(dòng)力頭雙電動(dòng)機(jī)的功率大，且全套管底端設(shè)置有合金鉆尖，故在上、下動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)下，全套管與長螺旋鉆桿能先后同步進(jìn)入硬土層及嵌巖，并以旋削式切割素樁。全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機(jī)旋削力強(qiáng)，能切割已超過初凝甚至終凝時(shí)間（現(xiàn)場咬合施工難以完全避免滯后）的素樁[1]，故本技術(shù)咬合樁的施工效率高。該全套管底端的合金鉆尖由支座與鉆尖齒組成，支座留有陰螺紋孔且四周焊于鋼套管底端，鉆尖齒采用內(nèi)六角錨栓錨固于支座，以便磨損后及時(shí)置換。

1.2 成樁平面位置準(zhǔn)確與垂直度偏差小

圖1 全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機(jī)

本技術(shù)應(yīng)用箱形型鋼定位架和垂直度控制裝置，從而保證了素樁和葷樁全樁身的咬合寬度，使施工的圍護(hù)樁墻抵抗水土側(cè)壓力的整體承載力較強(qiáng)。箱形型鋼定位架如圖2所示，需事先根據(jù)咬合樁的直徑和咬合寬度制作加工，四周采用槽鋼與面板、底板焊接，面板與底板之間采用粗鋼筋桁架連接，孔位四周采用弧形鋼板焊接，定位架四角與長向中央留有錨桿孔，以便插入短錨桿固定于地基土中。本技術(shù)采用經(jīng)緯儀校準(zhǔn)全套管、長螺旋鉆桿的垂直度及同心度。

圖2 箱形型鋼定位架

1.3 環(huán)境保護(hù)效益與經(jīng)濟(jì)效益好

采用全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機(jī)施工咬合樁，由于止水效果好，故可有效防止含承壓水砂礫層坍孔。全套管底端比長螺旋鉆桿底端的鉆頭低，可有效防止素混凝土涌入葷樁孔內(nèi)形成“管涌”。施工中沒有擠土效應(yīng)及泥漿污染，整體承載力強(qiáng)，環(huán)境保護(hù)效益好。同時(shí)擴(kuò)大了不同巖土地質(zhì)條件中的應(yīng)用范圍，并且與液壓式全回轉(zhuǎn)套管鉆孔灌注樁機(jī)（磨樁機(jī)）相比，本樁機(jī)施工的機(jī)械臺(tái)班費(fèi)大大降低，且無需事先澆筑連環(huán)孔形的混凝土導(dǎo)墻，從而具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

浙江省麗水市某工程，地下室1層挖深5.0～6.5 m，基坑周邊有給水、電力、通信及雨水管線，西側(cè)有淺基礎(chǔ)小學(xué)校舍建筑。地面下地基土層為：雜填土、可塑狀粉質(zhì)黏土、稍密狀粉砂、中密狀卵石（圍護(hù)樁端持力層）。孔隙潛水賦存于前3層地基土中，弱承壓水賦存于卵石層。

2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

基坑平面近似矩形， 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用懸臂式φ800 mm@550 mm的咬合樁，C20級(jí)素樁與C30級(jí)葷樁間隔咬合式布置，有效樁長12～16 m，共512根素、葷樁，坑中坑采用高壓旋噴樁重力式擋墻圍護(hù)。

2.3 基坑施工概況

基坑圍護(hù)咬合樁采用全套管長螺旋鉆孔壓灌樁機(jī)施工，現(xiàn)基坑已順利施工完地下室頂板，正在施工上部建筑結(jié)構(gòu)?；訃o(hù)咬合樁經(jīng)現(xiàn)場檢測和基坑開挖驗(yàn)證全部合格，基坑各項(xiàng)監(jiān)測均未出現(xiàn)報(bào)警值，且環(huán)境保護(hù)成功，周邊環(huán)境的位移變形均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

3 施工工藝流程

樁機(jī)設(shè)備和材料進(jìn)場→測量放線定樁位→安裝箱形型鋼定位架→樁機(jī)安裝就位→旋沉入全套管及長螺旋鉆桿施工素樁→邊壓灌混凝土邊旋拔出全套管及長螺旋鉆桿→旋沉入全套管及長螺旋鉆桿施工葷樁→邊壓灌混凝土邊旋拔長螺旋鉆桿→旋拔出全套管→葷樁中插入鋼筋籠→樁機(jī)移位繼續(xù)施工咬合樁

4 關(guān)鍵操作技術(shù)

4.1 測量放線與安裝箱形型鋼定位架及樁機(jī)安裝就位

根據(jù)基坑圍護(hù)的樁位平面布置圖紙，采用全站儀測設(shè)樁位，編出A類（素樁）、B類（葷樁）的樁號(hào)，并利用挖機(jī)安裝箱形型鋼定位架，即將短錨桿壓入定位架的錨桿孔中，從而將定位架固定于地基土上，合理制訂樁機(jī)的首次站位與咬合樁成樁路線。將樁機(jī)安裝就位，對準(zhǔn)素混凝土樁孔位。

4.2 施工素樁

1）驅(qū)動(dòng)上、下動(dòng)力頭的電動(dòng)機(jī)，長螺旋鉆桿與全套管先后同步反向鉆進(jìn)地下（反向旋進(jìn)有利于樁機(jī)穩(wěn)定），土體順著長螺旋鉆桿的螺旋葉片推送至下動(dòng)力頭，輸出到地面孔外運(yùn)走。

2）通過試成樁合理調(diào)整施工工藝參數(shù)，尤其是鉆進(jìn)硬砂礫土層與風(fēng)化基巖的工藝參數(shù)，并可通過電流表來控制進(jìn)尺速度。電流強(qiáng)度值增大，說明孔內(nèi)阻力增大，此時(shí)應(yīng)降低鉆進(jìn)速度。

3）開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制速度，緩慢平穩(wěn)進(jìn)尺。遇硬土層時(shí)，宜采用高轉(zhuǎn)速小進(jìn)尺恒鉆壓鉆進(jìn)；一般軟土層在上下動(dòng)力頭和鉆桿及全套管的自重及動(dòng)力頭扭矩的作用下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的進(jìn)尺速度為1.0～1.5 m/min，先慢后快；遇較硬的隔層及風(fēng)化基巖時(shí)，再開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)加壓系統(tǒng)鉆進(jìn)。

4）鉆孔至孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，繼續(xù)空轉(zhuǎn)（不進(jìn)尺）清孔30 s左右，有利于孔底巖土碎屑被旋轉(zhuǎn)的鉆桿帶出。

5）終孔后泵入超緩凝混凝土且連續(xù)進(jìn)行壓灌，鉆頭尖的活門在混凝土壓力作用下自動(dòng)打開。泵送混凝土應(yīng)與單樁的混凝土量相匹配，保持鉆桿內(nèi)有一定高度的混凝土。超緩凝混凝土的終凝時(shí)間不少于60 h[2]，坍落度控制在130～150 mm，粗骨料最大粒徑不大于25 mm。

6）泵送混凝土30 s且鉆頭埋入混凝土液面至少1 m后，再緩慢旋拔長螺旋鉆桿和全套管，旋拔速度應(yīng)根據(jù)土層情況確定，且應(yīng)與混凝土泵送量相匹配，保證鉆頭始終埋在混凝土面以下不小于1 m，提升速度1.5～3.0 m/min，樁頂應(yīng)超灌混凝土不少于0.5 m。

4.3 施工葷樁

1）樁機(jī)全套管對準(zhǔn)箱形型鋼定位架的葷樁孔位，在素樁初凝后、終凝前，驅(qū)動(dòng)上下動(dòng)力頭，長螺旋鉆桿與全套管同步反向鉆進(jìn)地下，全套管底端應(yīng)比長螺旋鉆桿底的鉆頭尖低1.0 m，以防止旋削式切割素樁時(shí)產(chǎn)生管涌。

2）通過試成樁合理調(diào)整葷樁施工的工藝參數(shù)，基本同前述素樁施工，當(dāng)鉆進(jìn)旋割素樁的強(qiáng)度超過終凝時(shí)（難免有），應(yīng)改進(jìn)施工工藝參數(shù)。

3）終孔后連續(xù)泵入混凝土，先壓灌混凝土30 s，使鉆頭埋入混凝土液面至少1 m后，再提拔鉆桿，保持混凝土液面始終高于鉆頭1 m以上，隨壓灌混凝土隨上拔鉆桿，提升速度1.5～2.0 m/min，樁頂超灌混凝土不應(yīng)少于0.5 m。下動(dòng)力頭與全套管暫留于樁位，有防止地下承壓水沖散水泥漿及素樁的管涌，并正反向來回轉(zhuǎn)動(dòng)全套管，防止與地基土黏結(jié)。

4）混凝土壓灌結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)下動(dòng)力頭將全套管慢速旋轉(zhuǎn)式拔出，拔管速度不大于0.5 m/min。

5）旋拔出全套管后樁機(jī)移位，立即利用吊機(jī)及振動(dòng)式插筋器（激振力不小于150 kN）連續(xù)地將鋼筋籠插至設(shè)計(jì)深度，插筋器的傳力鋼管應(yīng)抵緊鋼筋籠底端的錐尖，錐尖處焊接一根豎向粗鋼筋，以利于插入到位。

5 質(zhì)量控制措施

1）樁機(jī)鉆孔作業(yè)前，應(yīng)采用箱形型鋼定位架準(zhǔn)確定好樁位，并且固定牢靠，全套管與鉆桿同心且應(yīng)保證垂直度，鉆頭尖與樁位中心點(diǎn)偏差不大于10 mm，以保證咬合寬度。

2）預(yù)拌混凝土制備中應(yīng)按規(guī)定檢查配合比及坍落度等，素樁應(yīng)采用超緩凝混凝土配合比，終凝時(shí)間不少于60 h。

3）鉆進(jìn)過程中不宜反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，遇到鉆桿晃動(dòng)或鉆進(jìn)困難，可能是碰到混凝土塊或塊石，應(yīng)提出鉆桿更換鉆頭或事先清除地下障礙或開啟加壓系統(tǒng)繼續(xù)鉆進(jìn)。素樁宜采用跳二打一的方法，以防止發(fā)生串孔管涌。

4）泵送混凝土需與長螺旋鉆桿的提拔速度相匹配，泵送混凝土應(yīng)連續(xù)。素樁的混凝土坍落度不宜大于150 mm，以降低其流動(dòng)性。鉆機(jī)提拔鉆桿和全套管的速度應(yīng)緩慢，應(yīng)始終保持混凝土泵料斗內(nèi)的混凝土液面有一定高度，避免泵送時(shí)吸入空氣造成堵管。

5）葷樁混凝土壓灌后提拔全套管時(shí)，速度應(yīng)緩慢，拔出全套管后應(yīng)及時(shí)用高壓水沖洗干凈，干燥后應(yīng)涂刷減摩劑2遍。

6）沉放鋼筋籠時(shí)應(yīng)將籠底錐尖對準(zhǔn)葷樁的樁位中心，始終保持垂直地沉入鋼筋籠，以滿足主筋混凝土保護(hù)層的有效厚度要求。鋼筋籠沉放到位后，應(yīng)慢速振動(dòng)式提拔出插筋器的傳力鋼管，防止鋼筋籠上浮。

6 結(jié)語

全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁施工技術(shù)適用于填土、淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉土、砂土、礫卵石、風(fēng)化基巖等巖土地質(zhì)條件，包括含有承壓水的地基土層。

素樁采用超緩凝混凝土跳打式施工，并控制坍落度和終凝時(shí)間，避免葷樁成孔時(shí)產(chǎn)生管涌。葷樁成孔時(shí)全套管底端至少比鉆頭尖低1 m。樁端混凝土宜采用復(fù)攪工藝，從而有效控制樁端虛土沉渣厚度?；炷涟韬土弦丝s小石子粒徑[3-6]，旋拔全套管時(shí)應(yīng)緩慢，以防止鋼筋籠上浮。下動(dòng)力頭宜配裝振動(dòng)錘，以便振動(dòng)式起拔全套管。全套管底端的合金鉆尖磨損后應(yīng)及時(shí)更換，更換時(shí)應(yīng)將連接的內(nèi)六角螺栓擰緊到位。工程實(shí)踐證明，全套管長螺旋鉆孔壓灌咬合樁在復(fù)雜地質(zhì)條件和環(huán)保要求高的基坑圍護(hù)中具有較好的應(yīng)用前景。