樁基工程施工中旋挖鉆孔成樁施工技術(shù)研究

郭兆勝

（山東省濟(jì)南市平陰縣市政工程處，濟(jì)南 250400）

1 引言

旋挖鉆孔成樁工藝在建筑、路橋等基建工程中得到廣泛應(yīng)用，依據(jù)成孔工藝的差別可分為護(hù)壁、干法成孔兩種模式。其中，干法成孔工藝可利用旋挖鉆直接取土、成孔，無(wú)須使用護(hù)筒或泥漿護(hù)壁，在加快施工效率、縮短項(xiàng)目工期、節(jié)約施工成本、減少安全隱患等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[1]。但將該工藝應(yīng)用于樁基礎(chǔ)施工時(shí)面臨工藝質(zhì)量與安全控制兩方面難題，研究其施工技術(shù)要點(diǎn)與安全保障措施具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

2.1 案例分析

以某建筑工程項(xiàng)目為例，該工程建設(shè)用地性質(zhì)為商業(yè)商務(wù)用地，建筑體采用框架結(jié)構(gòu)+樁基礎(chǔ)形式。施工場(chǎng)地位于淺丘斜坡地帶，地表為第四系地層覆蓋，局部有基巖出露，巖層按由上至下順序依次由人工回填土、灰褐色粉質(zhì)黏土、泥巖、砂巖組成，存在軟弱土層等不良地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果，選用旋挖干法成孔作業(yè)方法進(jìn)行樁基開(kāi)挖。

2.2 施工前期準(zhǔn)備

整合工程資料與現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，采用由整體到局部的順序進(jìn)行樁基定位與放樣，選取場(chǎng)地地基堅(jiān)實(shí)部位設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，避免在后續(xù)施工環(huán)節(jié)引發(fā)樁孔移位或地基沉降等問(wèn)題。測(cè)量放樣時(shí)，依據(jù)場(chǎng)地標(biāo)高與工程設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行鉆孔標(biāo)高的放樣及復(fù)核，借助全站儀等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行樁點(diǎn)位的測(cè)量與誤差控制。完成樁位測(cè)放后，將鋼筋頭打入樁位處，以樁位中心點(diǎn)為基準(zhǔn)在周圍插入定位鋼筋，并完成點(diǎn)位精度的校核。鉆孔開(kāi)挖時(shí)，按由內(nèi)向外的順序控制鉆機(jī)執(zhí)行開(kāi)挖作業(yè)，并結(jié)合實(shí)際施工場(chǎng)地面積、作業(yè)面情況進(jìn)行跳樁等工藝方法的應(yīng)用[2]。

3 旋挖鉆孔成樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鋼護(hù)筒埋設(shè)

完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣、鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位后，啟動(dòng)鉆機(jī)執(zhí)行鉆進(jìn)作業(yè)。以預(yù)先測(cè)放好的點(diǎn)位為基準(zhǔn)進(jìn)行出土，待測(cè)得鉆進(jìn)、出土深度達(dá)到1.5 m 時(shí)，提升鉆機(jī)，置入鋼護(hù)筒。該項(xiàng)目選用高2.6 m 的鋼護(hù)筒、預(yù)制10 mm 厚鋼蓋板，確保護(hù)筒內(nèi)徑至少超出鉆頭直徑200 mm，將護(hù)筒埋設(shè)高度控制在地面上方300 mm，并根據(jù)預(yù)先埋設(shè)好的定位鋼筋進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)平面位置及垂直度的校核，確保護(hù)筒中心偏差不超過(guò)50 mm、埋設(shè)期間傾斜度不超過(guò)1%。鋼護(hù)筒就位后控制鉆頭下壓，將鋼護(hù)筒埋入設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，采用水平尺進(jìn)行定位精度檢驗(yàn)，并在護(hù)筒四周、底部填入適當(dāng)大小的石塊及渣土，采用分層作業(yè)法進(jìn)行填充材料的夯實(shí)處理，確保其密實(shí)度達(dá)標(biāo)。

3.2 樁基鉆孔

在鉆孔作業(yè)過(guò)程中注意控制鉆孔速度、深度等指標(biāo)，根據(jù)前期勘察與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果判斷樁孔是否開(kāi)挖到位，由于該項(xiàng)目中施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件復(fù)雜，在利用旋挖機(jī)執(zhí)行鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中要求施工人員記錄機(jī)械的電子讀數(shù)，留待后續(xù)進(jìn)行基層抗壓強(qiáng)度的分析測(cè)算；同時(shí)在清孔作業(yè)環(huán)節(jié)，需對(duì)每斗渣土的外觀、軟硬度等信息進(jìn)行及時(shí)記錄，配合電子讀數(shù)輔助完成持力層判斷，并在監(jiān)理人員的見(jiàn)證下取樣、送檢。在成孔質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)（其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1），由施工人員利用自制檢測(cè)器與線錘進(jìn)行樁位、垂直度等指標(biāo)的檢測(cè)，確保各項(xiàng)成樁指標(biāo)控制在允許偏差范圍內(nèi)[3]。待確認(rèn)鉆孔滿足設(shè)計(jì)深度條件后，利用沉渣檢測(cè)工具進(jìn)行孔底沉渣厚度檢測(cè)，確保沉渣厚度不超過(guò)50 mm。其中，旋挖孔法灌注樁的工程量計(jì)算公式為：（設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)+500 mm）×設(shè)計(jì)樁截面面積。

表1 旋挖鉆孔成孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3.3 鋼筋籠吊裝

在鋼筋籠制作環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖1），對(duì)于鋼筋選材質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，依據(jù)焊接工藝要求完成焊接部位及接口牢固性的檢查，采用交錯(cuò)點(diǎn)焊接工藝進(jìn)行數(shù)量較多主筋的可靠連接，并在鋼筋籠制作完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確保鋼筋接頭錯(cuò)縫率等指標(biāo)滿足質(zhì)量要求。由于該項(xiàng)目中旋挖樁深度較大，因此，對(duì)鋼筋籠采用分段制作及吊裝工藝，將制作好的鋼筋籠按順序堆放在施工現(xiàn)場(chǎng)指定區(qū)域，對(duì)鋼筋籠節(jié)數(shù)、吊裝順序等做好標(biāo)記；根據(jù)樁長(zhǎng)將每段鋼筋籠長(zhǎng)度控制在8～10 m，對(duì)縱向鋼筋進(jìn)行交錯(cuò)設(shè)置，將鋼筋錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度大約控制在其直徑的35 倍。在鋼筋籠吊裝環(huán)節(jié)，待將各段鋼筋籠進(jìn)行綁扎固定后，依據(jù)確定好的吊點(diǎn)進(jìn)行逐段起吊，將首節(jié)鋼筋籠吊放至樁孔后，及時(shí)選用鋼管進(jìn)行支撐固定，在鋼筋籠頂部預(yù)留約1 m 的接長(zhǎng)段，便于與下一段鋼筋籠的縱筋進(jìn)行焊接；將相鄰兩段鋼筋籠的螺旋箍筋預(yù)留一段長(zhǎng)度進(jìn)行搭接，依次執(zhí)行綁扎、焊接作業(yè)，并及時(shí)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，確認(rèn)合格后完成其他分節(jié)鋼筋籠的吊裝、下放與固定，避免在吊裝作業(yè)環(huán)節(jié)發(fā)生移位問(wèn)題。此外，在確定鋼筋籠長(zhǎng)度時(shí)，需要將設(shè)計(jì)長(zhǎng)度作為依據(jù)，其中，一般籠身長(zhǎng)度的允許誤差為+100 mm，主筋之間的允許誤差為±10 mm，其直徑允許誤差為±10 mm。

圖1 鋼筋籠制作與吊裝工藝

在鋼筋籠吊放環(huán)節(jié)，依據(jù)反力互等定理進(jìn)行吊點(diǎn)的合理選擇，選取鋼筋籠加勁筋與主筋連接部位進(jìn)行吊點(diǎn)的對(duì)稱布設(shè)，各段鋼筋籠上分別設(shè)有4～6 個(gè)吊點(diǎn)，待確認(rèn)吊點(diǎn)后選用φ20 mm的加固鋼筋與主筋進(jìn)行焊接處理，將加固鋼筋長(zhǎng)度控制在鋼筋直徑的約10 倍，確保在鋼筋籠吊放作業(yè)環(huán)節(jié)不發(fā)生變形、開(kāi)焊等質(zhì)量問(wèn)題。此外，為進(jìn)一步增強(qiáng)鋼筋籠的加固效果，可以2 000 m 的間距加箍筋進(jìn)行主筋加固處理，采用三角形鋼筋與環(huán)形箍筋制成加勁箍的骨架結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），將其以2 m 為間距增設(shè)在主筋內(nèi)側(cè)，保證鋼筋籠吊裝環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定性。

圖2 加勁箍結(jié)構(gòu)示意圖

為避免后續(xù)鋼筋籠出現(xiàn)偏心問(wèn)題，可選取φ16 mm 鋼筋制成支架，將支架與鋼筋籠外側(cè)主筋進(jìn)行點(diǎn)焊連接，沿鋼筋籠截面以對(duì)稱形式布設(shè)2×2 個(gè)支架，各支架間隔2 m，用于確保后續(xù)混凝土保護(hù)層的澆筑厚度滿足設(shè)計(jì)要求。在后續(xù)混凝土施工環(huán)節(jié)，由于混凝土澆筑作業(yè)可能使鋼筋籠出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，對(duì)此需選用φ16 mm 鋼筋以十字形焊接在外側(cè)主筋處，并將其端頭與鋼護(hù)筒內(nèi)壁進(jìn)行點(diǎn)焊連接，以此保證鋼筋籠的定位效果。

3.4 混凝土施工

待確認(rèn)成孔質(zhì)量合格、完成鋼筋籠吊裝就位后，確保在60 min 內(nèi)安排開(kāi)展混凝土澆筑作業(yè)，防范出現(xiàn)塌孔問(wèn)題。在混凝土澆筑前，需對(duì)孔底清潔度進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)泥土或石塊落入孔內(nèi)產(chǎn)生沉渣，否則需重新起吊鋼筋籠進(jìn)行二次清孔，并對(duì)混凝土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢，確保其坍落度控制在180～220 mm。

該項(xiàng)目中主要采用干法成孔、隔水塞式導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土施工，在澆筑前采用I16 工字鋼進(jìn)行滿焊處理，選取10 mm厚鋼板作為底板，選用寬50 mm、厚10 mm 的鋼板以200 mm為間隔焊接在操作平臺(tái)上方，并在工字鋼底部、側(cè)方長(zhǎng)邊處分別焊接I12 工字鋼及斜撐。選用長(zhǎng)2.5 m 的φ200 mm 導(dǎo)管作為灌注管，設(shè)置絲牙連接與橡膠密封圈，依次完成導(dǎo)管、料斗的安裝，將導(dǎo)管伸入樁孔內(nèi)距底部約300 mm 進(jìn)行注漿作業(yè)；在混凝土注漿量控制上，首次注漿量應(yīng)控制在約2 m3，保證混凝土灌注的連續(xù)性，直至澆筑至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高處，并確保導(dǎo)管出料口與混凝土頂面的間距控制在3～6 mm；采用插入式振搗棒進(jìn)行混凝土澆筑面下方5 m 處的分層振搗作業(yè)，在振搗過(guò)程中避免碰撞鋼筋籠，并確?；炷撩軐?shí)度達(dá)標(biāo)。待完成混凝土澆筑后，需在終凝前對(duì)主筋定位、樁頂標(biāo)高等指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后，安排施工人員清理表面、剔除浮漿，在此過(guò)程中注意做好混凝土面及鋼筋的保護(hù)，并隨承臺(tái)混凝土澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高處。

待完成混凝土澆筑、成孔樁靜置后，可能出現(xiàn)涌水問(wèn)題，對(duì)此還需引入水下混凝土作業(yè)方法進(jìn)行施工優(yōu)化。在具體操作環(huán)節(jié)，應(yīng)先選用潛水泵將樁孔內(nèi)的積水抽出，待觀察到樁孔內(nèi)仍留有積水時(shí)，應(yīng)采用水下混凝土澆筑工藝，注意選取強(qiáng)度等級(jí)高于干法成孔的商品混凝土，并摻入適量速凝劑，提升后續(xù)樁基成型質(zhì)量。在水下混凝土施工環(huán)節(jié)，同樣選用導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土澆筑，在澆筑過(guò)程中對(duì)混凝土澆筑量、導(dǎo)管提升高度、管口與頂面距離等指標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。將孔深設(shè)為H，水下導(dǎo)管長(zhǎng)度設(shè)為S，則水下混凝土首次澆筑環(huán)節(jié)導(dǎo)管口與孔底的距離a應(yīng)滿足式（1）：

3.5 特殊地質(zhì)情況處理措施

由于樁基礎(chǔ)施工常面臨不良地質(zhì)條件，應(yīng)結(jié)合特殊地質(zhì)情況進(jìn)行針對(duì)性處理措施的應(yīng)用：（1）對(duì)于孔壁坍塌問(wèn)題，該問(wèn)題成因主要體現(xiàn)為回填土選材不當(dāng)、土質(zhì)軟弱，因此，可采用孔口換填施工方案，選取土質(zhì)強(qiáng)度高、含水率符合要求的土體進(jìn)行換填，并選用夯機(jī)進(jìn)行換填土區(qū)域的夯實(shí)處理，保證其高度超出塌孔頂部標(biāo)高1 m 以上，密實(shí)度達(dá)標(biāo)。在后續(xù)鉆井過(guò)程中密切進(jìn)行塌孔部位的檢測(cè)。（2）對(duì)于邊坡斜度過(guò)大問(wèn)題，可采用削坡處理方案，預(yù)先對(duì)旋挖樁進(jìn)行定位，待確認(rèn)樁體與邊坡距離滿足施工安全距離要求后，開(kāi)挖土方至設(shè)計(jì)值，并削坡至坡腳處，做好邊坡支護(hù)、旋挖樁施工、樁基混凝土澆筑、樁頭破除、設(shè)置短柱等處理，保證邊坡樁施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行樁基施工技術(shù)要點(diǎn)的梳理，綜合運(yùn)用常規(guī)工藝管理與針對(duì)性處理措施，保證旋挖成孔灌注樁的施工質(zhì)量，為同類復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁基礎(chǔ)施工提供良好示范經(jīng)驗(yàn)。