大直徑?jīng)_孔灌注樁施工技術(shù)

周山脈

(中冶建設(shè)高新工程技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100065)

0 前 言

在樁基礎(chǔ)當(dāng)中，沖孔灌注樁一直處于主流，因其較多的優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域；隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，大型建筑、超重構(gòu)件越來越多，對樁的承載能力要求也越來越高，從而導(dǎo)致樁徑急劇增加，現(xiàn)階段樁徑已經(jīng)突破了4 m，樁長突破了100 m，相應(yīng)的，直徑及樁長的增加，促使施工工藝變得更加復(fù)雜，施工更加困難；且現(xiàn)有的大直徑?jīng)_孔灌注樁施工技術(shù)還不夠完善，施工質(zhì)量較容易出現(xiàn)偏差，本文針對此現(xiàn)象，經(jīng)研究分析后，提出控制要點。

1 優(yōu)缺點分析

沖孔灌注樁是采用具備一定重量的沖錘，依靠自由下落的沖擊力沖擊成孔再澆筑混凝土的施工方式；通過選用不同直徑的沖錘沖擊成不同直徑的樁孔；通過控制沖錘自由下落的高度，使沖錘具備相應(yīng)的沖擊力，在不同的土質(zhì)、巖層等都具備施工能力，適應(yīng)能力極強。

同時沖孔灌注樁是通過自由下落，再提升，再下落的循環(huán)作業(yè)方式，循環(huán)時消耗較多的時間，所以就施工進(jìn)度而言相對于鉆孔樁較慢。

2 在土木工程中的應(yīng)用

大直徑?jīng)_孔灌注樁，在土木工程領(lǐng)域最開始在橋梁工程中應(yīng)用最為廣泛，其中“湖南省湘潭湘江二大橋樁徑達(dá)3.5 m、南昌八一大橋與銅陵長江大橋最大樁徑4.0 m，湖南省常德石龜山澧水大橋樁徑更是達(dá)到5 m之最”，同時隨著世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，大直徑?jīng)_孔灌注樁在港口工程、水利工程、大型房屋建筑中也開始慢慢變多，樁徑已經(jīng)突破了3 m。

3 施工工藝分析

3.1 施工工藝流程(見圖1)

3.2 施工準(zhǔn)備

技術(shù)準(zhǔn)備：①充分熟知設(shè)計文件，了解設(shè)計意圖，對沖孔灌注樁的設(shè)計情況了然于心；②將樁基設(shè)計平面圖與地勘平面圖對比分析，得出每個樁的地質(zhì)情況，并進(jìn)行記錄，在成孔時使用；③選擇沖孔樁機的功率與星錘的形式及重量。

人員準(zhǔn)備：①制定質(zhì)量管理體系，保證施工過程中質(zhì)量得以把控；②由具備豐富經(jīng)驗的操作人員進(jìn)行樁基施工；③在施工前項目技術(shù)負(fù)責(zé)人對管理人員進(jìn)行交底，由管理人員對施工班組進(jìn)行交底，由班組對每個工人交底。

作業(yè)前準(zhǔn)備：①在施工前對整個施工現(xiàn)場進(jìn)行施工布置，規(guī)劃臨時道路、臨時用水、臨時用電，設(shè)置合理的加工場、料場，確保在施工過程中通水、通電、通路，材料供應(yīng)及時；②對在施工過程中使用的材料“泥漿配制材料、鋼筋、導(dǎo)管、料斗、混凝土”等進(jìn)行準(zhǔn)備，計劃進(jìn)場時間；③提前準(zhǔn)備施工機械、測量儀器等，并對機械、儀器進(jìn)行檢驗，由具備相應(yīng)資質(zhì)的檢測單位出具檢測報告，合格后投入使用。

3.3 測量定位

測量定位應(yīng)采用二級精度控制網(wǎng)進(jìn)行測量放樣；在施工前根據(jù)建設(shè)單位給定的原始坐標(biāo)點，在施工場地四周建立閉合的測量控制點，作為整個工程施工的一級控制網(wǎng)，依據(jù)一級控制網(wǎng)在施工場地內(nèi)建立二級控制網(wǎng)，根據(jù)二級控制網(wǎng)測量放樣出樁中心坐標(biāo)，并設(shè)置十字樁控制樁，大直徑?jīng)_孔灌注樁，十字控制樁宜沿護(hù)筒的切線設(shè)置成正方形，因為大直徑?jīng)_孔灌注樁樁徑大，護(hù)筒尺寸大、質(zhì)量大，在埋設(shè)時不便于調(diào)整，將十字樁這樣設(shè)置時可更好地作為埋設(shè)護(hù)筒時的定位依據(jù)，同時在復(fù)核樁中心位置時也更加精準(zhǔn)。如圖2所示。

圖2 十字控制樁示意圖

測量完成后必須進(jìn)行樁位復(fù)核，復(fù)核的方式可采用反向復(fù)核及重新復(fù)測的方式復(fù)核，測量時要保證誤差在±1 cm以內(nèi)。

3.4 埋設(shè)護(hù)筒

沖孔灌注樁護(hù)筒直徑一般比樁徑大20 cm，根據(jù)樁徑大小的不同選用不同壁厚的鋼板制作，護(hù)筒要能夠承受周邊土體及施工時給護(hù)筒帶來的擠壓力，一般情況下2 m及以下樁徑采用6 mm鋼板制作，2～3 m采用8 mm鋼板制作，3～4 m采用12 mm鋼板制作，4～5 m采用15 mm鋼板制作。

護(hù)筒埋設(shè)時位置要精準(zhǔn)，垂直度偏差不得大于1%；埋入土體深度不得小于2 m，外露長度不得小于30 cm，根據(jù)直徑大小留置不同數(shù)量及尺寸的溢漿孔，保證在施工過程中泥漿流溢順暢。

埋設(shè)護(hù)筒時要根據(jù)十字樁確定護(hù)筒平面定位，開挖時，在直徑較小時可采用鉆頭開挖，當(dāng)直徑過大無適宜的鉆頭時，可采用挖機開挖，在開挖過程中要保護(hù)定位樁不受損壞；在孔洞處理完成后放入護(hù)筒，調(diào)整好標(biāo)高與平面定位，使用黏土回填夯實。

移動樁機，將沖錘與護(hù)筒中心對中，并通過十字樁拉線復(fù)核平面定位，無誤后將樁機使用牢靠的固定措施固定，避免移動。

3.5 沖 孔

在沖孔前將泥漿配制完成，在一般情況下，泥漿配制采用膨潤土、黏土、CMC等配制而成，并根據(jù)地質(zhì)情況配制不同的比重與黏度，同時在沖孔灌注樁施工過程中，泥漿的配制是至關(guān)重要的一項，它在作為泥漿保護(hù)壁的同時，也起著一定的清渣作用，所以在不同的地質(zhì)情況下，要配以不同比重與黏度的泥漿，在黏土、淤泥質(zhì)土中比重為1.1～1.3最為合適，在沙土中比重為1.2～1.3最為合適，在卵石及易坍塌的巖層比重為1.4～1.5最為合適，沖孔前對泥漿循環(huán)方式進(jìn)行研究，選定合適的循環(huán)方式；正循環(huán)有利于成孔但清渣效率低，反循環(huán)有利于清渣但不利于成孔，易踏孔；在大直徑?jīng)_孔灌注樁施工中一般選用正循環(huán)的方式成孔，反循環(huán)的方式進(jìn)行清孔。

在沖孔前，根據(jù)施工準(zhǔn)備時記錄的地質(zhì)情況，采用合適的沖程與頻率；一般情況下在黏土、淤泥質(zhì)土、砂土中宜采用小沖程高頻率成孔，在卵石、巖層等需要較大砍巖能力與進(jìn)尺能力時，采用大沖程低頻率的成孔方式；在開始成孔時要放慢進(jìn)尺速度，待進(jìn)尺3 m以上，進(jìn)尺穩(wěn)定后再以正常的進(jìn)尺速度進(jìn)行；在成孔過程中宜每10～30 min撈取一次渣樣，并對土質(zhì)情況進(jìn)行判定，如若與計劃偏差，要及時調(diào)整沖程與高頻；在土質(zhì)變化的臨界處要適當(dāng)放慢進(jìn)尺速度，待進(jìn)入下一層地質(zhì)并進(jìn)尺穩(wěn)定后，再以正常的進(jìn)尺速度進(jìn)行施工。

當(dāng)進(jìn)尺將至預(yù)期持力層深度時，加快打撈樣渣的頻率，打撈出的樣渣為設(shè)計持力層巖樣時，通知監(jiān)理至施工現(xiàn)場見證定巖，并對巖樣進(jìn)行撈取封存，測量定巖孔深；完成后繼續(xù)進(jìn)尺至設(shè)計進(jìn)入持力層深度后停止成孔。

3.6 清 孔

在大直徑?jīng)_孔灌注樁施工中，因直徑大、渣量多，需要的清渣能力較大，一般采用反循環(huán)的方式清孔，大大提高效率的同時渣土能夠清理得更干凈，在清孔時可根據(jù)直徑的大小選擇不同規(guī)格型號及數(shù)量的清孔設(shè)備。

清孔時要嚴(yán)格保證樁底沉渣厚度滿足要求，避免因沉渣過厚導(dǎo)致樁基施工完成后發(fā)生沉降；一般要求為：端承樁樁底沉渣不大于50 mm，摩擦樁樁底沉渣不大于100 mm，抗拔樁、抗水平力樁樁底沉渣不大于200 mm；同時要保證泥漿的比重降低至1.2以下，砂率5%以下才可澆筑混凝土。

3.7 驗 收

在清孔完成后進(jìn)行終孔驗收，對孔深、孔徑、垂直度、樁底沉渣、泥漿比重進(jìn)行驗收，并填寫隱蔽驗收記錄，合格后下放鋼筋籠。

3.8 鋼筋籠

在大直徑?jīng)_孔灌注樁施工中，鋼筋籠直徑大、鋼筋數(shù)量多、質(zhì)量大，一般都采用分段制作、分段下放的施工方式；在鋼筋籠下放前，要根據(jù)鋼筋籠的設(shè)計情況進(jìn)行制作并通過驗收，分類堆放于半成品料場，設(shè)置好起吊點，吊點不得少于2個；待鋼筋籠下放時，吊起鋼筋籠，放置孔口上方，待靜置后在人工配合下下放，下放過程中不得碰撞孔壁；待下放至頂部時使用牢固的支墊方式支墊穩(wěn)定后，再吊下一節(jié)鋼筋籠至孔頂，采用單面焊或雙面焊的形式進(jìn)行連接，其焊接長度要滿足要求，待鋼筋籠完全下放后進(jìn)行二次清孔。

3.9 二次清孔

二次清孔宜繼續(xù)選用反循環(huán)的清孔方式進(jìn)行，保證在短時間內(nèi)將沉渣清理干凈，滿足相關(guān)要求后，盡快進(jìn)行混凝土澆筑；在二次清孔完成后，應(yīng)在3 h內(nèi)開始澆筑混凝土，如無法達(dá)到時，在下放導(dǎo)管后再次進(jìn)行二次清孔，或?qū)⒍吻蹇渍{(diào)整至導(dǎo)管下方后再進(jìn)行。

3.10 下放導(dǎo)管

施工前對導(dǎo)管規(guī)格進(jìn)行選擇，首先導(dǎo)管直徑應(yīng)根據(jù)樁徑的大小選用，保證混凝土澆筑速率，同時要保證其密閉性能；滿足規(guī)范要求底管長度不得小于4 m；選用合適的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，一般為2～3 m一節(jié)。

在導(dǎo)管使用前，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行密閉試驗，規(guī)定在1.3倍的導(dǎo)管外水壓力下15 min內(nèi)不出現(xiàn)漏水情況為合格，其試驗壓力可按下式進(jìn)行計算：

Pmax=1.3(YcHcmax-YwHW)=1.2 MPa

(1)

式中,Pmax為閉水試驗壓力kPa；Yc為混凝土容重；Hcmax為導(dǎo)管內(nèi)混凝土高度；Yw為孔內(nèi)泥漿容重；HW為孔內(nèi)水深度。

在試驗合格后，下放導(dǎo)管至孔底以上0.3～0.5 m。

3.11 混凝土澆筑

混凝土澆筑前應(yīng)對首盤混凝土進(jìn)行計算，確保首盤混凝土澆筑完成后，混凝土埋管深度≥0.8 m；計算方式可按下式進(jìn)行計算：

(2)

式中，V為首盤混凝土澆筑量；D為樁身直徑，應(yīng)根據(jù)充盈系數(shù)進(jìn)行計算；H1為導(dǎo)管距離孔底高度；H2為首盤混凝土埋管深度；d為導(dǎo)管直徑，本工程為；h1為為導(dǎo)管內(nèi)混凝土與導(dǎo)管外泥漿達(dá)到平衡壓力時所需高度

(3)

在首盤混凝土計算完成后，根據(jù)其方量選擇合適的料斗；然后準(zhǔn)備混凝土澆筑，沖孔灌注樁一般采用水下混凝土，坍落度在180～220；在混凝土澆筑過程中要保持埋管深度在2～6 m，一次拔管深度不得大于6 m，保證在混凝土澆筑過程中一直將最頂部的混凝土往上頂，直至達(dá)到設(shè)計樁頂標(biāo)高以上，同時超灌高度應(yīng)符合設(shè)計要求。

3.12 樁基檢測

在樁基達(dá)到設(shè)計強度時應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106—2014)對單樁承載力與樁身完整性進(jìn)行檢測。

4 重難點控制

4.1 定位測量

測量放樣是一個十分重要的工序，樁的位置與其使用功能相關(guān)，在施工前將樁位控制好，保證樁的正常使用功能；常用的控制方法為二級精度控制網(wǎng)控制方法，這是一個能夠減小測量誤差的好方法，同時在測量的過程中，在完成測量放樣后，必須按規(guī)定進(jìn)行復(fù)核。

4.2 成 孔

成孔是沖孔灌注樁施工的重點與難點，其孔徑、垂直度等在成孔完成后將很難改變；孔徑過大會造成混凝土浪費；為防止此類情況，在施工時要根據(jù)地質(zhì)情況選用合適的泥漿比重與黏度，及時調(diào)整沖程與頻率，避免沖錘在同一個部位長時間沖擊，造成孔徑過大，同時選用合適的沖程進(jìn)尺，保證成孔均勻穩(wěn)定，避免塌孔，每成孔5 m左右對成孔垂直度進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)偏差，使用黏土與片石回填夯實，重新成孔。

4.3 混凝土澆筑

在混凝土澆筑之前必須清孔到位，降低泥漿比重與含砂率，避免泥漿比重過大與混凝土發(fā)生混合，影響混凝土質(zhì)量；同時清理樁底沉渣，保證在允許范圍內(nèi)，避免因沉渣過厚導(dǎo)致樁身出現(xiàn)較大沉降。

在澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量；在施工前對首盤混凝土進(jìn)行計算，確保首盤混凝土埋管深度≥0.8 m，在澆筑過程中嚴(yán)格控制埋管深度在2～6 m，確保將與泥漿混合的混凝土頂至樁頂標(biāo)高以上。

5 結(jié) 語

沖孔灌注樁應(yīng)用廣泛，施工工藝復(fù)雜，重難點較多，在施工前要做好充足的準(zhǔn)備，精確測量樁位，選擇合適的星錘，在成孔過程中緊密配制泥漿，及時調(diào)整合適的沖程與頻率，定巖準(zhǔn)確，進(jìn)入持力層深度足夠，在終孔后清孔徹底，嚴(yán)格保證樁底沉渣厚度與泥漿比重，下放鋼筋籠時鋼筋連接可靠，混凝土澆筑時嚴(yán)格控制埋管深度與超灌高度。

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