沖孔灌注樁施工技術(shù)在高層建筑工程中的應(yīng)用

盧 藝

（福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建 福州 350001）

沖孔灌注樁施工中，采用沖擊鉆機(jī)提升帶鉆刃的沖錘，利用沖錘自由落下的沖擊力對巖層進(jìn)行削切，然后排出碎渣泥漿護(hù)壁成孔。沖擊鉆機(jī)包括鉆桿式和鋼絲繩式兩種。鉆桿式?jīng)_擊鉆機(jī)的鉆孔直徑小、施工效率低，不如鋼絲繩式應(yīng)用廣泛；鋼絲繩式?jīng)_擊鉆機(jī)鉆孔直徑較大，便于調(diào)整鉆頭尺寸以滿足樁徑設(shè)計要求，沖錘重量為3000～10 000kg，施工時要根據(jù)樁徑選擇合適的錘重。根據(jù)實際工程的設(shè)計要求，本施工技術(shù)可靈活調(diào)整樁長和直徑；樁端可進(jìn)入持力層或嵌入巖層，在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；單樁承載力大，成樁效果好。

1 工程概況

該工程為國資大廈EPC建設(shè)項目，位于福建省福州市臺江區(qū)江濱大道北側(cè)、鰲峰路以南、海峽金融商務(wù)區(qū)E地塊，主樓83.3m、裙房23.9m，主樓20層、裙房5層、地下2層。建筑占地面積3 996.68m2，地上建筑總面積51 747.46m2、地下建筑總面積20 361.72m2。主樓室內(nèi)±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高（羅零）8.700m，裙房首層標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高（羅零）8.700m。主樓為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，裙房為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程基礎(chǔ)類型為沖孔灌注樁，設(shè)計等級為甲級。主樓部分采用沖孔灌注樁，基礎(chǔ)持力層為碎卵石層。

2 施工主要難點分析

沖孔灌注樁施工過程中需要泥漿護(hù)壁成孔，但其成孔工藝較復(fù)雜，操作要求嚴(yán)格，成孔過程中易出現(xiàn)縮孔、彎孔、塌孔、埋鉆、卡鉆等質(zhì)量問題，且技術(shù)間隔時間長，不能立即承受荷載，在冬季施工難度較大。因工程占地面積大，不良地質(zhì)易造成斜孔，影響施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。沖孔灌注樁施工的主要難點是成孔過程中易發(fā)生塌孔，為保證成孔質(zhì)量，工程采取泥漿護(hù)壁成孔、鋼筋籠外設(shè)鋼護(hù)筒等措施。

成孔時塌孔的原因比較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)實際原因進(jìn)行具體分析和處理。一般可采取深埋護(hù)筒、在泥漿中加干鋸末提高泥漿比重、降低成孔速度等措施，工程護(hù)壁泥漿比重宜控制在1.25～1.45之間，改善孔壁結(jié)構(gòu)，施工速度控制在0.3～0.5m/s之間。如情況嚴(yán)重，可回填重新成孔。成孔過程中若出現(xiàn)彎孔、縮孔情況，可提升鉆頭、反復(fù)掃孔，直至成孔達(dá)到設(shè)計要求。彎孔情況嚴(yán)重時，應(yīng)回填壓實后再進(jìn)行糾偏。一次進(jìn)尺過多或砂層泥漿沉淀過快，易埋鉆；鉆頭底蓋合攏不好，易卡鉆。埋鉆或卡鉆后，鉆頭上泥漿沉淀過多，造成側(cè)阻力。在處理時，首先要消除阻力，避免強(qiáng)行處理扭斷鉆桿、造成設(shè)備動力頭受損等更嚴(yán)重的問題；要保證孔內(nèi)有足夠的泥漿和孔內(nèi)壓力，穩(wěn)定孔壁。

3 樁基施工設(shè)計

該工程樁基設(shè)計等級為甲級，地基土的液化等級為輕微液化土層。根據(jù)巖土工程勘察報告和基礎(chǔ)施工圖，主樓部分采用沖孔灌注樁施工，基礎(chǔ)持力層為碎卵石層。管樁施工中主要控制終樁壓力，合理調(diào)整樁長，同時，抗壓兼拔樁樁長≥20m。灌注樁樁身混凝土強(qiáng)度等級為C40，按水下混凝土配料，粗骨料粒徑：卵石＜50mm、碎石＜40mm，坍落度180～220mm，水泥用量≥360kg/m3。該工程主樓1 000沖鉆孔灌注樁56根，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 500kN；1 200沖鉆孔灌注樁70根，單樁豎向抗壓承載力特征值為10 000kN, 合計總樁數(shù)126根，有效樁長為39～42m，樁端全截面進(jìn)入持力層≥4.5m。

4 施工流程

4.1 施工準(zhǔn)備

在施工現(xiàn)場合理布設(shè)工程基礎(chǔ)、主體施工軸線控制網(wǎng)，控制網(wǎng)采用2+2D全站儀測設(shè)，各控制線間距允許誤差≤3mm，并保證控制線與工程的橫、豎軸線平行，方便施工測設(shè)?？刂泣c應(yīng)沿施工現(xiàn)場循環(huán)道邊緣布置，結(jié)合現(xiàn)場地形特征、施工條件等因素，適當(dāng)加密控制點位置和密度，以滿足施工要求。加密控制點主要集中在建筑物周圍和縱橫兩個相互垂直的方向上，選在視野較寬、安全牢固的位置，埋設(shè)永久混凝土預(yù)制樁，澆筑混凝土加固，在鋼筋頭上作“十”字標(biāo)識（見圖1），用蓋板保護(hù)，并用統(tǒng)一編號做好標(biāo)記，必要時可設(shè)置防護(hù)欄桿。然后根據(jù)勘測部門的坐標(biāo)樁和總平面圖進(jìn)行施測，樁位定位放線，復(fù)測合格后，向規(guī)劃勘測部門申請驗線。使用RTS112SR5L全站型電子速測儀采用極坐標(biāo)法測量，以提高工程定位放線的精度。

圖1 控制點（單位：mm）

4.2 鉆機(jī)就位

復(fù)核樁位、標(biāo)高無誤，沖擊鉆機(jī)就位。沖擊鉆機(jī)定位要準(zhǔn)確，以保證設(shè)備水平、垂直和穩(wěn)固，導(dǎo)桿、回旋盤和護(hù)筒中心線的位置在同一直線上。為了確保鉆機(jī)穩(wěn)定，應(yīng)在機(jī)座下墊枕木，避免成孔過程中樁機(jī)移位或發(fā)生不均勻沉降。鉆機(jī)就位的軸線、垂直方向允許偏差均≤100mm，垂直度偏差≤1%。在正式施工前，要嚴(yán)格核對樁位，發(fā)現(xiàn)錯誤及時調(diào)整。

4.3 埋置護(hù)筒

埋置護(hù)筒是為了固定樁位、引導(dǎo)施工方向、防止地下水進(jìn)入孔內(nèi)、保護(hù)孔壁避免塌孔、提高成孔穩(wěn)定性。該工程采用4mm厚壁鋼制護(hù)筒，護(hù)筒直徑大于樁基孔徑100mm，上部設(shè)有兩個溢漿孔，每節(jié)護(hù)筒長2.5m。在護(hù)筒外側(cè)焊接兩道加勁肋，以保證護(hù)筒剛度，避免使用時變形。護(hù)筒中心與樁位中心的偏差≤30mm，用吊車吊起護(hù)筒就位，護(hù)筒垂直壓入土體，護(hù)筒位于土層上方1m處，避免雜物進(jìn)入孔內(nèi)。護(hù)筒埋設(shè)完畢后，樁位中心與護(hù)筒中心重合，護(hù)筒外部用粘土夯實，為解決孔壁塌方、掉皮等問題，可加高加深、筑島埋設(shè)護(hù)筒。

4.4 泥漿護(hù)壁成孔

施工現(xiàn)場設(shè)置大小為鉆孔容積2倍的泥漿池，保證泥漿池有較好的防滲效果；設(shè)置渣土清理區(qū)。用水力攪拌器進(jìn)行攪拌，控制泥漿的相對密度在1.05～1.15g/cm3之間、粘度在20～25s之間、含砂率≤5%、泥皮厚度≤2mm、PH值＞7。泥漿護(hù)壁采用重力沉降除渣法，利用泥漿與渣土的相對密度差，促使鉆孔內(nèi)的渣土沉淀并順利排出。回收泥漿用于護(hù)壁成孔，泥漿經(jīng)沉淀凈化后，加入適量的火堿、纖維素，可提高泥漿的性能，實現(xiàn)循環(huán)利用。

成孔過程采用泥漿護(hù)壁，利用泥漿泵管連接鉆頭上部，通過泥漿管將泥漿壓至鉆孔底部，同時對孔底進(jìn)行沖刷和鉆進(jìn)，向孔外排出渣土，如此循環(huán)。成孔時應(yīng)根據(jù)沖擊高度、泥漿指標(biāo)等技術(shù)參數(shù)調(diào)整施工速度，避免出現(xiàn)斜孔、縮頸、塌孔等現(xiàn)象。用孔內(nèi)護(hù)壁泥漿的壓力平衡孔壁壓力和水壓力，起到護(hù)壁的作用，成孔時要密切注意泥漿的密度，做好成孔記錄，施工進(jìn)入持力層的深度要達(dá)到設(shè)計深度。泥漿渣土處理時，成孔內(nèi)的泥漿和渣土應(yīng)及時排出，渣土由渣土車外運(yùn)至棄置點。

4.5 制作、安裝鋼筋籠

4.5.1 分段制作鋼筋籠

依據(jù)鋼筋籠強(qiáng)度、鋼筋長度和起重設(shè)備高度等因素，合理確定鋼筋籠分段長度。制作鋼筋籠前，應(yīng)校直鋼筋，清除鋼筋表面污垢和銹蝕，嚴(yán)禁在施工中使用改制鋼材，沖孔灌注樁的鋼筋籠應(yīng)通長布置。主筋鋼筋低于Ф22m時機(jī)械連接，主筋鋼筋高于Ф22mm時焊接。主筋為三級鋼，機(jī)械連接鋼筋應(yīng)按36d計算。接頭設(shè)置在構(gòu)件受拉鋼筋應(yīng)力較小的位置，工程接頭設(shè)在樁頂與樁頂下6m處、樁底與樁底上5m處。采用E50型焊條焊接接頭，單面焊焊縫長度≤10d、雙面焊焊縫長度＞5d；焊縫寬度＞0.8d，厚度≤0.5d，兩主筋端面之間的間隙為3mm。在同一截面內(nèi)，接頭數(shù)量為主筋總數(shù)的50%，接頭應(yīng)上下錯開，錯開距離＞30倍的主筋直徑。鋼筋籠的箍筋與主筋連接采用點焊連接固定，為保證鋼筋籠在安裝過程中不變形，采取保護(hù)層墊塊的措施保護(hù)鋼筋籠，墊塊間距4.5m，每組數(shù)量≥3塊，所有墊塊均勻布置在同一截面主筋上。鋼筋籠的安裝方向應(yīng)符合設(shè)計要求，制作偏差應(yīng)符合設(shè)計和規(guī)范要求（見表1）。

表1 鋼筋籠制作允許偏差

4.5.2 安裝鋼筋籠

鋼筋籠吊裝方式為三點起吊，入孔時應(yīng)保證鋼筋籠軸線重合，同時保持鋼筋籠垂直，孔位對準(zhǔn)后綏慢下放，以防止碰撞孔壁，如果下放過程遇阻應(yīng)停止操作，及時查明原因，不可強(qiáng)行下放或晃動鋼筋籠。在鋼筋籠頂端焊吊掛筋，吊掛筋設(shè)置于護(hù)筒頂?shù)恼砟旧?，避免直接設(shè)在護(hù)筒上。

4.6 澆筑混凝土

混凝土澆筑是沖孔灌注樁施工中一道關(guān)鍵工序，混凝土澆筑質(zhì)量直接影響灌注樁質(zhì)量。成孔檢查合格后應(yīng)盡快澆筑混凝土，間隔時間＜24h。澆筑前要檢查各種機(jī)械設(shè)備，攪拌均勻，控制坍落度在170～200mm之間。澆筑混凝土導(dǎo)管Ф200mm，每節(jié)導(dǎo)管長4m, 用吊車將導(dǎo)管依次放入，導(dǎo)管與樁底的距離為0.4m（見圖2）。在混凝土澆筑過程中，要密切關(guān)注導(dǎo)管的埋置深度，導(dǎo)管埋入混凝土的深度一般在1～7m之間，埋入過深容易引起鋼筋籠上浮、堵管、埋管等問題，影響工程施工質(zhì)量。起拔時要避免提升過猛或埋入過深引起斷樁，應(yīng)均勻拔管，保持導(dǎo)管始終處于合理的埋深。施工中混凝土強(qiáng)度配比比設(shè)計強(qiáng)度提高10MPa，混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)不間斷地進(jìn)行，每根樁灌注時間應(yīng)根據(jù)混凝土的初凝時間確定，若中斷施工，時間間隔＜30min?；炷脸喔叨葹?.5m，超高部分可鑿除。

圖2 混凝土澆筑示意圖

5 結(jié)語

國資大廈EPC建設(shè)項目中采用沖孔灌注樁施工技術(shù)，工程施工質(zhì)量穩(wěn)定，成樁效果良好。該施工技術(shù)適用各種復(fù)雜地質(zhì),有效解決了成孔過程中的施工難題,著重控制了沖孔灌注樁泥漿護(hù)壁及混凝土澆筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證了施工質(zhì)量穩(wěn)定提高。