中鋼天津響螺灣工程后壓漿鉆孔灌注樁施工技術(shù)

張淑娟，李洪廠

(1．北京工業(yè)大學(xué)建筑勘察設(shè)計(jì)院，北京100022;2．北京鼎實(shí)環(huán)境工程有限公司，北京100029)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，沿海大型商務(wù)區(qū)不斷出現(xiàn)，大量的高層和超高層建筑涌現(xiàn)，從而對(duì)基礎(chǔ)的承載力值要求也越來(lái)越高。但由于沿海地區(qū)的土質(zhì)多為軟土，因此衍生了超長(zhǎng)、大直徑鉆孔灌注樁，并采用后壓漿技術(shù)提高承載力。本文介紹了中鋼天津響螺灣工程后壓漿鉆孔灌注樁的施工技術(shù)，施工后的灌注樁單樁豎向抗壓極限承載力達(dá)35000 kN，對(duì)類似工程有一定的借鑒作用。

1 工程概況

本工程位于天津市塘沽區(qū)響螺灣商務(wù)區(qū)，隔海河與塘沽海河外灘相望，地理位置優(yōu)越。本項(xiàng)目總用地面積26666．7 m2，總建筑面積約30萬(wàn)m2，其中地上240000 m2，地下63700 m2，樓高358 m。整個(gè)項(xiàng)目由1號(hào)樓、2號(hào)樓及擴(kuò)大地下室構(gòu)成。1號(hào)樓基底標(biāo)高為－22．50 m，2號(hào)樓基底標(biāo)高為－26．40 m，擴(kuò)大地下室基底標(biāo)高為－21．50 m。

2 工程地質(zhì)及水文條件

場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件如表1所示。

表1 工程地質(zhì)條件

本工程初見(jiàn)水位埋深1．00～2．00 m，相當(dāng)于標(biāo)高0．28～ －0．12 m。靜止水位埋深0．20 ～1．00 m，相當(dāng)于標(biāo)高1．26～0．90 m。微承壓含水層位于埋深24～58 m段，主要賦存于粉、細(xì)砂⑤、⑥層，隔水頂板為粉質(zhì)粘土④層，隔水底板為粉質(zhì)粘土、粘土⑦層。該層土厚度大、補(bǔ)給豐富、水量大。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況

本工程基礎(chǔ)樁采用后壓漿鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 后壓漿鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)表

4 后壓漿鉆孔灌注樁施工

4．1 施工機(jī)械設(shè)備

GPS－18型正循環(huán)鉆機(jī)，SR－50型履帶吊車，LBG－40D型直螺紋連接機(jī)，3SNS型高壓注漿泵，YJ－34型攪拌機(jī)。

4．2 施工工藝流程(圖1)

圖1 后壓漿鉆孔灌注樁施工工藝流程圖

4．3 成樁工藝及技術(shù)要求

4．3．1 樁孔定位

根據(jù)樁位平面圖上每個(gè)樁位的坐標(biāo)點(diǎn)，用全站儀進(jìn)行定位，定位后，用鋼筋打入地面作為樁位標(biāo)記，經(jīng)監(jiān)理校核合格后進(jìn)行下道工序。

4．3．2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒開挖前，先打4個(gè)邊樁，構(gòu)成垂直的“+”字線，“+”字線中心與樁位中心完全重合。護(hù)筒埋設(shè)后，再用“+”字線恢復(fù)樁位中心(“+”字線必須通暢無(wú)遮擋)。護(hù)筒埋設(shè)深度為3 m，保證護(hù)筒埋設(shè)垂直，樁位中心打入鋼筋作標(biāo)志。護(hù)筒四周應(yīng)分層回填粘性土，對(duì)稱夯實(shí)。護(hù)筒應(yīng)高出自然地坪20 cm。設(shè)置2個(gè)出漿口，出漿口應(yīng)與泥漿槽相對(duì)。

4．3．3 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)必須做到對(duì)中、水平、穩(wěn)固，且鉆塔天車中心、轉(zhuǎn)盤或動(dòng)力頭中心與樁位中心必須保持在同一垂線上，即“三點(diǎn)成一線”，鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤必須水平，用鋼質(zhì)水平尺校準(zhǔn)。鉆機(jī)對(duì)位誤差應(yīng)在1 cm以內(nèi)。

4．3．4 泥漿池的制作及防護(hù)

保證成孔質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施就是泥漿護(hù)壁。根據(jù)鉆機(jī)的特性和現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)條件，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合周圍工地的施工成功經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際施工中采用自然造漿泥漿。設(shè)專人負(fù)責(zé)維護(hù)泥漿性能，正常鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常清理循環(huán)槽，及時(shí)調(diào)整泥漿性能指標(biāo)，并協(xié)助質(zhì)檢員抽查測(cè)試泥漿性能做好記錄。終孔后及時(shí)清理泥漿池，調(diào)整泥漿性能，滿足清孔對(duì)泥漿性能的需要。施工中不允許泥漿漫流，盡量做到文明施工。

4．3．5 鉆孔

鉆具下入孔內(nèi)，鉆頭距孔底50～80 cm，開動(dòng)泥漿泵待沖洗液循環(huán)3～5 min后再啟動(dòng)鉆機(jī)，慢速回轉(zhuǎn)，慢速下降，輕壓慢轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，再步入正常鉆進(jìn)，杜絕開大泵量、高轉(zhuǎn)速，將孔擴(kuò)大而發(fā)生孔斜的現(xiàn)象產(chǎn)生。

在硬塑土層中鉆進(jìn)，為防止鉆具跳動(dòng)、憋車、憋泵、鉆孔偏斜現(xiàn)象的發(fā)生，加大泵量，降低轉(zhuǎn)速。鉆進(jìn)達(dá)到要求孔深停鉆時(shí)，將鉆頭提離孔底100～150 mm，繼續(xù)維持泥漿正常循環(huán)，清除孔底沉渣直到返出泥漿的鉆渣含量＜4%，泥漿密度≯1．2 g/cm3，且孔底沉渣厚度≤50 mm為止;輕穩(wěn)提升鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)入泥漿，保持孔內(nèi)漿液面高度，以保證孔壁的穩(wěn)定;鉆進(jìn)中泥漿性能指標(biāo)為:密度1．1 ～1．15 g/cm3，粘度20～26 s，含砂量≤3%。

4．3．6 清孔作業(yè)

清孔分2次進(jìn)行。第一次清孔在鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)終孔孔深時(shí)進(jìn)行，第二次在吊裝好鋼筋籠下入灌注混凝土導(dǎo)管后進(jìn)行。清孔完成后要測(cè)定泥漿指標(biāo)和沉渣厚度，滿足要求后可以停止。

4．3．7 鋼筋籠的制作與安放

本工程鋼筋籠最長(zhǎng)為76 m，鋼筋主筋采用直螺紋連接，加勁筋采用焊接，螺旋箍筋采用綁扎。鋼筋籠制作場(chǎng)地采用鐵路枕木鋪設(shè)，鋪設(shè)后用線繩和水準(zhǔn)儀調(diào)整平整度。鋼筋籠采用全長(zhǎng)加工，加工成型后再分拆成2段。鋼筋起吊采用6～8點(diǎn)起吊法(如圖2、圖3所示)。

圖2 鋼筋籠全長(zhǎng)加工平臺(tái)

圖3 鋼筋籠6點(diǎn)起吊

4．3．8 水下混凝土灌注

樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，設(shè)計(jì)坍落度為200±20 mm。在混凝土灌注前，計(jì)算初灌量，設(shè)置隔水塞(球膽)，初灌量要保證導(dǎo)管底部在混凝土內(nèi)埋深達(dá)2 m以上。灌注開始需連續(xù)灌注，隨時(shí)測(cè)量混凝土面上升高度，計(jì)算埋管深度，及時(shí)分段拆除導(dǎo)管。

預(yù)防導(dǎo)管堵塞方法:(1)組裝導(dǎo)管時(shí)，要認(rèn)真檢查密封膠圈是否合適，導(dǎo)管一定要緊固，無(wú)晃動(dòng)現(xiàn)象;(2)做好充分的準(zhǔn)備，縮短開灌時(shí)間和澆筑時(shí)間;(3)勤測(cè)混凝土上升面，導(dǎo)管埋入混凝土中不宜過(guò)長(zhǎng)，一般為2～6 m;(4)從混凝土的制備到運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)要始終保持良好的和易性，合理安排進(jìn)場(chǎng)混凝土車輛和澆筑順序，避免罐車久等和間隔時(shí)間較長(zhǎng);(5)提升導(dǎo)管嚴(yán)禁猛拉、猛放，以免造成導(dǎo)管局部的應(yīng)力集中而使混凝土卡死。

4．4 后壓漿工藝及技術(shù)要求

4．4．1 施工流程

制作安裝壓漿管和壓漿閥→連接注漿系統(tǒng)→拌制水泥漿→開塞→樁側(cè)壓漿→樁底壓漿→注漿系統(tǒng)清洗。

4．4．2 壓漿管制作安裝

壓漿管上、下端均設(shè)螺紋、管箍，上端加絲堵。壓漿導(dǎo)管的連接均采用套管焊接，焊接必須連續(xù)密閉，焊縫飽滿均勻，不得有空隙、砂眼(每個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)敲掉焊渣檢查焊接質(zhì)量，符合要求后才能進(jìn)行下一道工序)。壓漿管上端宜高于自然地坪200 mm，樁端壓漿管下端接管箍后，其底端距孔底150 mm，進(jìn)入樁端持力層的深度≮200 mm。樁側(cè)后壓漿管閥的設(shè)置采用離樁底10 m以上每隔9 m左右各設(shè)置一道，壓漿管設(shè)置四通進(jìn)行連接。

4．4．3 開塞

注漿前，為使整個(gè)注漿線路暢通，先用清水開塞，用高壓水沖開出漿口的管閥密封裝置和樁側(cè)混凝土。開塞采用逐步升壓法，當(dāng)壓力驟降、流量突增時(shí)，表明通道已經(jīng)開通，應(yīng)立即停機(jī)，防止大量水涌入地下。

4．4．4 壓漿

開塞后立即進(jìn)行注漿，原則上開一管注一管，不允許普遍開塞。注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，壓力采用由小到大逐級(jí)增加的原則。后壓漿起始作業(yè)時(shí)間一般于成樁2天后進(jìn)行，對(duì)于軟土層宜在5天后開始。注漿質(zhì)量控制采用壓漿量和注漿壓力雙控法，以水泥注入量為主，泵送終止壓力為輔。76 m長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)水泥注漿量為 3．5 t，水泥采用 P．O 32．5 水泥，注漿水灰比為0．55～0．6。樁側(cè)壓漿沖破壓力一般為1.0～2．0 MPa，終止壓力為0．5 ～1．5 MPa;樁底壓漿沖破壓力為2．0 ～4．0 MPa，終止壓力為 1．2 ～4．0 MPa。若水泥漿從樁側(cè)溢出，則停止壓漿。現(xiàn)場(chǎng)壓漿如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)壓漿

4．5 施工中遇到的問(wèn)題及解決方法

4．5．1 現(xiàn)場(chǎng)積水影響

本工程施工時(shí)正好趕上雨季，場(chǎng)地內(nèi)積水較多，地質(zhì)較軟，對(duì)樁機(jī)的穩(wěn)定、灌注樁的成孔垂直度、灌注和鋼筋籠加工影響較大。

解決方法:現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)對(duì)樁機(jī)作業(yè)工作面采用渣土鋪設(shè)碾壓平整，然后鋪設(shè)鋼板。鋼筋籠加工場(chǎng)地平整后，間隔3 m鋪設(shè)鐵路枕木，墊高鋼筋籠加工場(chǎng)。灌注孔距離出入口較遠(yuǎn)，需要鋪設(shè)渣土量大時(shí)，采用汽車泵進(jìn)行混凝土的灌注。

4．5．2 樁帽處理

本工程施工為工程樁試樁，灌注樁施工完成后要進(jìn)行樁帽處理。原設(shè)計(jì)施工方法為澆筑成樁養(yǎng)護(hù)2天后進(jìn)行樁頭處理，處理樁頭深度為2．0 m。但是現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地內(nèi)地下水位接近地面，若采用開挖后進(jìn)行樁帽處理的方法，開挖的基坑需要采用降水和臨時(shí)支護(hù)的措施，另外，養(yǎng)護(hù)后的C40混凝土剔鑿困難，工期長(zhǎng)。施工時(shí)對(duì)原施工工法進(jìn)行了調(diào)整，采用了澆筑后立即進(jìn)行樁頭處理的方式。

具體方法:護(hù)筒長(zhǎng)度由1 m加長(zhǎng)至3 m，施工完成后留置在樁孔中?；A(chǔ)樁灌注到樁頂，泥漿全部置換完畢，然后施工人員下到樁孔中把混凝土從樁內(nèi)掏出，清理干凈周圍混凝土，加放鋼筋網(wǎng)，分層澆筑混凝土，如圖5所示。后期試樁檢測(cè)時(shí)，樁帽的混凝土強(qiáng)度滿足了豎向抗壓承載力試驗(yàn)的要求。

圖5 樁帽處理

4．5．3 砂層厚度大

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，施工成孔范圍內(nèi)砂層厚度達(dá)20 m左右，密實(shí)狀態(tài)，鉆機(jī)施工至28 m左右時(shí)出現(xiàn)跳鉆現(xiàn)象，且排出泥漿粘度大、含砂量高，排渣有一定困難。

解決方法:鉆機(jī)成孔過(guò)程中，鉆到此地層時(shí)，降低鉆機(jī)鉆速，加大泵量;加大泥漿的測(cè)試頻率，隨時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo);延長(zhǎng)清孔時(shí)間，補(bǔ)充新鮮泥漿。

4．5．4 鋼筋籠孔口直螺紋對(duì)接

本工程鋼筋籠配筋量大，主筋數(shù)多，孔口對(duì)接時(shí)若采用搭接焊的工藝，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，另外還增加了等待灌注的時(shí)間，塌孔的可能性增大，沉渣厚度增大，有可能對(duì)樁身質(zhì)量產(chǎn)生影響。

解決方法:施工時(shí)采用直螺紋孔口對(duì)接的施工工藝(見(jiàn)圖6)，鋼筋籠加工時(shí)全長(zhǎng)加工，鋼筋主筋一端加工成全絲，另一端加工成半絲。鋼筋籠加工完成后，把套筒旋擰至全絲一端，孔口對(duì)接時(shí)再擰下來(lái)。拆開時(shí)，同一主筋用紅漆標(biāo)記，以便孔口對(duì)接快捷準(zhǔn)確。施工實(shí)踐證明，此方法操作簡(jiǎn)單，用時(shí)較短，但是鋼筋籠起吊時(shí)必須防止彎曲，采用6～8點(diǎn)起吊，并注意移動(dòng)行走過(guò)程中的保護(hù)。此種方法加工成的試件取樣送試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，接頭性能合格。

圖6 鋼筋籠孔口直螺紋對(duì)接

4．5．5 鋼筋籠出現(xiàn)變形

鋼筋籠起吊時(shí)，起吊點(diǎn)出現(xiàn)變形。

解決辦法:各段鋼筋籠最上面的加勁筋進(jìn)行加固處理，采用雙圈或較大直徑的鋼筋，防止在孔口對(duì)接時(shí)，加勁筋變形造成孔中鋼筋籠變形，孔口對(duì)接主筋長(zhǎng)度不一，對(duì)接不符合要求。

4．5．6 垂直度控制措施

灌注樁長(zhǎng)度大，垂直度是施工的重要控制指標(biāo)，施工中采用切實(shí)可靠的措施保證成樁的垂直度，通過(guò)檢測(cè)，垂直度最小為0．42%，最大為0．66%，完全滿足要求(1%)。

(1)選用GPS－18型鉆機(jī)，由于其自重大，穩(wěn)定性好，有利于垂直度的保證。

(2)場(chǎng)地內(nèi)作業(yè)工作面鋪設(shè)渣土后再加鋪鋼板，保證設(shè)備施工過(guò)程中的平穩(wěn)。

(3)鉆機(jī)就位后，用枕木墊實(shí)鉆機(jī)底架，利用水準(zhǔn)儀和水平尺調(diào)整鉆機(jī)水平度，誤差控制在5 mm以內(nèi)。

(4)用鋼筋打入枕木，以固定機(jī)架，并用打入硬地坪的鋼筋焊牢機(jī)架，防止晃動(dòng)。

(5)成孔過(guò)程中，在現(xiàn)場(chǎng)成90°布置2臺(tái)經(jīng)緯儀，每次加接鉆桿時(shí)檢查主動(dòng)鉆桿的垂直度，并間隔1～2 h復(fù)測(cè)鉆桿垂直度。

4．5．7 工序多，檢測(cè)程序復(fù)雜

本工程為試樁階段，灌注樁成孔后需要進(jìn)行各項(xiàng)檢測(cè)、試驗(yàn)，工序多、用時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)成孔沉渣厚度和泥漿性能影響較大。灌注樁成孔后采用JJY－2型井徑儀進(jìn)行孔徑、孔深、沉渣厚度及垂直度檢測(cè)，用時(shí)40 min左右;鋼筋籠采用分段安放，76 m長(zhǎng)度鋼筋籠分3段進(jìn)行下放，需要進(jìn)行2次孔口對(duì)接，需要對(duì)聲測(cè)管、壓漿管及密集鋼筋進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接時(shí)間約為1．5 h。用時(shí)時(shí)間的延長(zhǎng)造成沉渣厚度增大，孔底泥漿的含砂率增大，因此在施工中加強(qiáng)二次清孔的管理，適當(dāng)延長(zhǎng)二次清孔的時(shí)間，增加新鮮泥漿的補(bǔ)給。通過(guò)最后的試驗(yàn)驗(yàn)證加強(qiáng)二次清孔能有效減少孔底的沉渣厚度，孔底的沉渣厚度＜150 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

4．5．8 混凝土粗骨料粒徑的確定

擴(kuò)大地下室灌注樁樁直徑為800 mm，樁身上部配筋為3028，配筋率大，主筋間的凈間距僅為48 mm，根據(jù)規(guī)范要求“水下灌注混凝土制備骨料的最大粒徑應(yīng)小于40 mm，且不得大于鋼筋間最小凈距的1/3”，因此擴(kuò)大地下室灌注樁的粗骨料的直徑最大不能大于16 mm，否則保護(hù)層外的混凝土可能粗骨料含量低，混凝土的強(qiáng)度受到影響。但是本工程的混凝土的強(qiáng)度達(dá)到C40，骨料的粒徑和含量也會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，因此施工前與混凝土攪拌站下達(dá)的混凝土技術(shù)要求為混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40、水下灌注混凝土、粗骨料的粒徑最大不能大于16 mm，采用碎石混凝土，嚴(yán)格控制粗骨料的粒徑和含量，保證了水下灌注混凝土的質(zhì)量，達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求。

4．5．9 鋼筋應(yīng)力計(jì)的安裝

本工程每根鋼筋籠上皆有鋼筋應(yīng)力計(jì)，且數(shù)量較多，焊接難度大。76 m長(zhǎng)鋼筋籠共有52個(gè)應(yīng)力計(jì)，45 m長(zhǎng)鋼筋籠共有24個(gè)應(yīng)力計(jì)，42 m長(zhǎng)鋼筋籠共有22個(gè)應(yīng)力計(jì)。為了保證鋼筋應(yīng)力計(jì)與鋼筋籠主筋同心，應(yīng)力計(jì)不能在組裝鋼筋籠前焊接，須在鋼筋籠組裝完畢后安裝(未纏螺旋筋前)。整根鋼筋籠按要求加工完成后，在需要安裝鋼筋應(yīng)力計(jì)的位置進(jìn)行標(biāo)記，然后在應(yīng)力計(jì)安裝位置按照應(yīng)力計(jì)的長(zhǎng)度將主筋切斷，鋼筋應(yīng)力計(jì)安裝在切斷的主筋位置，確保鋼筋應(yīng)力計(jì)的軸心與鋼筋的軸心同心后進(jìn)行焊接，焊接采用幫條焊接，為了防止高溫對(duì)應(yīng)力計(jì)使用時(shí)的影響，在焊接時(shí)同時(shí)進(jìn)行灑水降溫處理。

5 鉆孔灌注樁檢測(cè)結(jié)果

本工程施工的9根灌注樁全部進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容為成孔質(zhì)量檢測(cè)、低應(yīng)變完整性檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)、樁身應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、抽心試驗(yàn)。

(1)成孔質(zhì)量檢測(cè)(表3):實(shí)測(cè)孔徑和孔深不小于設(shè)計(jì)要求，垂直度在0．42% ～0．66%，符合要求。

表3 成孔質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

(2)低應(yīng)變和超聲波檢測(cè):樁身完整性結(jié)果為完整，均屬于Ⅰ類樁。

(3)單樁豎向抗壓靜載荷實(shí)測(cè)值(表4)。

表4 單樁堅(jiān)向抗壓靜載荷實(shí)測(cè)值

(4)抽心試驗(yàn):混凝土心樣連續(xù)、完整，表面光滑，膠結(jié)好，骨料分布均勻，呈長(zhǎng)柱狀，斷口吻合，心樣側(cè)面僅見(jiàn)少量氣孔。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)試樁施工，采用正循環(huán)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔、水下灌注混凝土施工工藝在本地區(qū)應(yīng)用是可行的。

(2)本地區(qū)采用原土自然造漿進(jìn)行護(hù)壁的工藝可行，可不采用膨潤(rùn)土等復(fù)合泥漿。

(3)鉆孔灌注樁后壓漿工藝能有效提高灌注樁的單樁承載力。

(4)通過(guò)應(yīng)力檢測(cè)取得了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)樁基的設(shè)計(jì)提供了良好的設(shè)計(jì)依據(jù)。

(5)鋼筋籠孔口采用直螺紋對(duì)接的技術(shù)應(yīng)用可行，對(duì)同類工程有一定的借鑒作用。

(6)采用有效的保證措施，軟土地區(qū)超長(zhǎng)灌注樁的垂直度能控制在1%以內(nèi)。

(7)本工程灌注樁深度大，使得各工序作業(yè)的復(fù)雜程度、持續(xù)時(shí)間均大大增加，尤其是試樁工程，還需檢測(cè)樁徑、孔深、垂直度、沉渣厚度等，鋼筋籠孔口多次對(duì)接更是增加了施工的復(fù)雜性和難度。因此，工藝流程各環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格控制，才能保證工程質(zhì)量，嚴(yán)格控制成孔、二次清孔和水下灌注混凝土的質(zhì)量，能夠保證施工質(zhì)量。

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