超厚砂層地質(zhì)條件下的旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用

張功英福州海盛房屋征收工程有限公司（350001）

厚砂層一般是指厚度在5 m及以上的砂層或圓礫層，其形成原因主要是地表巖石粒在風(fēng)化、水力等外界作用下沉積形成的一種復(fù)雜且分布廣泛的地質(zhì)條件。在我國建筑工程實(shí)踐中，厚砂層地質(zhì)條件較為常見。在厚砂層地質(zhì)條件下，由于砂粒可塑性差、整體性差，對外部擾動反應(yīng)敏感，砂粒極易出現(xiàn)錯位移動，進(jìn)而產(chǎn)生較大的變形、移位等問題。尤其是在地下水豐富的地區(qū)，在地下水和砂層的作用下，鉆孔灌注樁容易出現(xiàn)樁體失穩(wěn)、孔壁坍塌等事故，導(dǎo)致工程事故成本提高、施工難度增加，且可能對建筑工程整體施工質(zhì)量造成不利影響。針對超厚砂層地質(zhì)條件，有必要采用旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)，借助旋挖擴(kuò)孔灌注樁護(hù)臂泥漿用量少、鉆孔迅速等優(yōu)勢，改進(jìn)鉆孔灌注樁施工中存在的不足，確保建筑樁基工程順利施工。

1 旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)施工工藝

1.1 旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)流程

樁位放樣→護(hù)壁泥漿配制→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→擴(kuò)孔→孔底檢查→清孔→下放鋼筋籠→導(dǎo)管安裝→二次清孔→混凝土澆筑。

1.2 樁位放樣

準(zhǔn)確的樁位測設(shè)是樁基工程施工的基礎(chǔ)。施工單位應(yīng)組織測量人員按基線控制網(wǎng)和樁位坐標(biāo)精確測定樁基位置，并做出明顯標(biāo)記。

1.3 護(hù)壁泥漿配制

由于超厚砂層整體性、可塑性較差，孔壁維護(hù)能力較弱，護(hù)壁泥漿質(zhì)量直接影響成孔質(zhì)量，可通過人工造漿的方式改善泥漿質(zhì)量，達(dá)到維護(hù)孔壁穩(wěn)定的目的。泥漿制備時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比拌制泥漿，攪拌時間不得少于10 min。拌制完成后，應(yīng)在泥漿池中水化分解1 d后方可使用。為防止泥漿池凝結(jié)，泥漿水化期間施工單位應(yīng)使用污水泵進(jìn)行循環(huán)抽送。

1.4 護(hù)筒埋設(shè)

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，以厚度為3～10 mm的鋼板制作護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)直徑應(yīng)大于鉆頭直徑200 mm左右。護(hù)筒埋設(shè)時，平面位置偏差應(yīng)控制在50 mm以內(nèi)，傾斜度偏差應(yīng)控制在1%。護(hù)筒埋設(shè)時，埋設(shè)標(biāo)高應(yīng)高于地下水位2 m左右，以保持孔內(nèi)水頭。此外，護(hù)筒埋設(shè)深度應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度要求，在地下水位較深的情況下，護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)高出地面0.5 m，護(hù)筒底部可置于穩(wěn)定的土層中，并使用黏土回填、夯實(shí)護(hù)筒周圍，避免出現(xiàn)護(hù)筒底部懸空、樁孔坍塌、漏漿等問題。

1.5 鉆機(jī)就位

在鉆機(jī)就位時，由于砂層承載力較差，鉆機(jī)行走、鉆機(jī)過程中容易對成孔造成擾動作用，因此，在鉆進(jìn)過程中，鉆機(jī)應(yīng)采用增壓低速鉆進(jìn)方法，以每次鉆進(jìn)0.4 m速度鉆進(jìn)施工；在鉆機(jī)行走過程中，可采用間隔跳鉆施工方法進(jìn)行施工。

1.6 擴(kuò)孔

當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度以上約20 cm時，施工人員即可停止鉆孔，并更換擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工。擴(kuò)孔前，應(yīng)先將鉆機(jī)提起并緩慢放下，將擴(kuò)底鉆頭下降至孔底后，施工人員應(yīng)在主鉆桿上做出相應(yīng)的深度標(biāo)記，以便于控制擴(kuò)孔深度。擴(kuò)孔施工前，施工人員應(yīng)將鉆頭提起，使其處于懸吊狀態(tài)，然后啟動鉆機(jī)與水泵，待孔底沉渣排出孔外后方可進(jìn)行擴(kuò)孔施工。擴(kuò)底鉆進(jìn)初始施工階段，施工人員應(yīng)緩慢上下提升鉆桿，擴(kuò)大擴(kuò)底范圍，保證擴(kuò)底施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度。當(dāng)擴(kuò)底鉆原地轉(zhuǎn)動順暢、切削無阻力時，即表明達(dá)到預(yù)期擴(kuò)孔效果，此時，應(yīng)及時進(jìn)行清孔施工，待清孔完畢后緩慢提升鉆頭，鉆頭全部提出孔外后完成擴(kuò)孔過程。

1.7 孔底檢查

擴(kuò)孔施工完成后，施工單位應(yīng)對孔底直徑進(jìn)行檢查，確認(rèn)孔底直徑施工滿足設(shè)計(jì)要求。在具體施工中，由于孔底直徑無法使用直觀方法進(jìn)行觀察，可采用灌注樁孔徑專業(yè)檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并加強(qiáng)儀器校準(zhǔn)和檢測結(jié)果復(fù)核，確保擴(kuò)孔檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

1.8 清孔

在灌注樁擴(kuò)孔施工和擴(kuò)底檢查完成后，施工單位可借助下放測繩綁定重物的方式測量樁孔深度，經(jīng)多次測量后記錄檢測數(shù)據(jù)，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行清孔施工。清孔時，施工單位可借助底部帶活門的鋼撈渣桶進(jìn)行反復(fù)掏渣，以便清除孔底沉渣。在泥漿密度較大的情況下，可借助水泵置換清水的方式，合理控制泥漿密度。為防止清孔后沉渣沉淀在孔底，施工單位應(yīng)在一次清孔后及時下放鋼筋籠和安裝導(dǎo)管，并對樁孔沉渣進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行二次清孔。

1.9 下放鋼筋籠

將制作好的鋼筋籠吊裝至孔位，并在鋼筋籠每節(jié)端頭和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)圈位置焊接加固支撐，防止鋼筋籠吊裝過程中出現(xiàn)變形、扭曲等問題。在鋼筋籠下放過程中，為防止鋼筋籠加固支撐碰撞護(hù)壁，影響樁孔護(hù)壁整體性和阻礙導(dǎo)管安裝，施工單位必須拆除鋼筋籠支撐。鋼筋籠下放應(yīng)慢速下沉，當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼筋籠下沉至護(hù)筒口位置時，吊裝、連接第二節(jié)鋼筋籠，直至所有的鋼筋籠安裝到位。為防止鋼筋籠上浮，施工單位應(yīng)在鋼筋籠安裝到位后，利用四根加長主筋與護(hù)筒頂部焊接。

1.1 0導(dǎo)管安裝

鋼導(dǎo)管直徑為25～30 cm，其選擇主要依據(jù)樁徑和混凝土澆筑速度要求。鋼導(dǎo)管安裝前，施工單位應(yīng)進(jìn)行拼裝試驗(yàn)、水密性試驗(yàn)和承壓能力測試等。根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范，導(dǎo)管水密性試驗(yàn)壓力應(yīng)大于孔內(nèi)水深1.3倍壓力，導(dǎo)管承載力至少達(dá)到孔底凈水壓力1.5倍。導(dǎo)管型式為法蘭盤加錐形活套，末端導(dǎo)管采用專用的帶楔口鋼管，防止出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞現(xiàn)象，影響施工效率。為防止導(dǎo)管沉入孔底沉渣中，導(dǎo)管底部距孔底應(yīng)預(yù)留30～40 cm距離。

1.1 1二次清孔

鋼筋籠與導(dǎo)管到位后，施工單位應(yīng)對孔底沉渣厚度進(jìn)行二次檢查，并根據(jù)孔底沉渣厚度控制要求，采用氣舉法反循環(huán)方法進(jìn)行二次清孔。借助空氣壓縮機(jī)、輸氣風(fēng)管、導(dǎo)管將孔底沉渣帶出樁孔，送氣量應(yīng)遵循由小至大的原則，如發(fā)現(xiàn)孔底沉渣存在較大渣塊或板結(jié)現(xiàn)象，可適當(dāng)增加送氣量，促進(jìn)沉渣的排出。

1.1 2混凝土灌注

在鉆孔、擴(kuò)孔及清孔施工完成后，即可進(jìn)行混凝土灌注施工，其施工工序按正常灌注樁施工技術(shù)操作即可。

2 工程案例應(yīng)用分析

2.1 工程概況

該建筑位于福建省福州市，經(jīng)巖土勘察檢測，施工現(xiàn)場以丘陵地貌為主，土層主要為第四系坡積黏性土和風(fēng)化殘積土層，下層為第三系內(nèi)陸湖相沉積形成的半固結(jié)軟質(zhì)巖類，自上而下土層依次為：素填土、耕植土、淤泥質(zhì)土、粉砂土、雜填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖和強(qiáng)風(fēng)化泥巖。地下水主要為孔隙裂隙水，主要存在于強(qiáng)風(fēng)化砂巖孔隙內(nèi)，經(jīng)地質(zhì)勘察，地下水位為81.67～95.39 m。該工程灌注樁數(shù)量共計(jì)1 696根，其中672根貫穿超厚砂層，約占總體比例40%，穿砂層厚度為10～36 m。分析研究巖土勘察報告和試驗(yàn)樁施工結(jié)果，該工程采用旋挖擴(kuò)孔施工技術(shù)方案。

2.2 施工過程控制

1）泥漿配制。在超厚砂層地質(zhì)條件下，泥漿質(zhì)量直接影響成樁效果，而泥漿質(zhì)量與膨潤土、純堿和纖維素?fù)胶媳壤嬖谥@著的關(guān)系。為了明確泥漿配合比，保證泥漿配制一致性，施工單位應(yīng)對泥漿配制進(jìn)行試驗(yàn)研究，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、樁基承載力和泥皮厚度的情況下，確定護(hù)壁泥漿膨潤土、純堿和纖維素?fù)胶媳壤ㄒ姳?）。

表1 護(hù)壁泥漿配制含量

2）泥漿循環(huán)。為滿足泥漿拌制、循環(huán)和施工計(jì)劃要求，施工單位開挖2個體積為65 m3的泥漿循環(huán)池，采用ZX250型泥漿泵進(jìn)行循環(huán)處理，滿足了護(hù)壁泥漿拌制和現(xiàn)場施工泥漿的需求。

3）二次清孔泥漿性能指標(biāo)控制。二次清孔中，當(dāng)泥漿性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可停止清孔。該工程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，二次清孔泥漿性能指標(biāo)控制主要包括比重、黏度、含砂率和膠體率（見表2）。

在具體操作中，采用專用的取漿器在距孔底50 cm位置取漿，保障泥漿性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性。

表2 二次清孔泥漿性能指標(biāo)控制參數(shù)

2.3 應(yīng)用效果分析

該工程中，通過對旋挖擴(kuò)孔灌注樁與普通直樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)對比研究（見表3），擴(kuò)孔樁極限承載力顯著高于普通樁。靜壓試驗(yàn)檢測下，通過對比分析樁頂回彈量、回彈率指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔樁回彈率高于普通樁，說明擴(kuò)孔樁樁身彈性壓縮變形較小。同時對比分析，樁頂殘余沉降量和累計(jì)沉降量，表明擴(kuò)孔施工技術(shù)能夠有效改善超厚砂層灌注樁沉降問題，且最大靜壓加載量顯著低于樁體極限承載性能，符合預(yù)期效果。

表3 普通樁與擴(kuò)孔樁靜壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3 結(jié)論

超厚砂層地質(zhì)條件下，施工單位應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘察和水文監(jiān)測報告，結(jié)合施工技術(shù)要求，加強(qiáng)施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工過程技術(shù)管理，滿足樁基工程施工質(zhì)量控制要求，從而保證建筑工程質(zhì)量。