大直徑長螺旋灌注樁在基坑支護(hù)中的應(yīng)用分析

周兵

隨著現(xiàn)代施工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一大批新型樁基施工技術(shù)，其中最具有代表性的就是大直徑長螺旋灌注樁。通過此種施工方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)鉆孔施工，還可以進(jìn)行混凝土壓灌施工，避免多個(gè)專業(yè)與設(shè)備交叉施工，以此提升混凝土灌注速度及成樁質(zhì)量。本次研究聯(lián)合實(shí)際工程案例，分析了大直徑長螺旋灌注樁在基坑支護(hù)中的應(yīng)用，同時(shí)提出施工質(zhì)量控制措施，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考價(jià)值。

大直徑長螺旋灌注樁;基坑支護(hù);技術(shù)工藝;質(zhì)量控制

為了推動(dòng)城市現(xiàn)代化發(fā)展，滿足城市發(fā)展的基礎(chǔ)要求，當(dāng)前開始出現(xiàn)多種新型建設(shè)工程。在房屋建筑施工中，應(yīng)用大直徑長螺旋混凝土灌注樁施工具有顯著效果。為了確保基坑支護(hù)工程的擋土效果，多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)灌注樁會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿，孔底成渣厚度與樁周泥皮都會(huì)影響樁基質(zhì)量，相應(yīng)降低工程建設(shè)效率。相比于泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁來說，大直徑長螺旋鉆孔灌注樁可以有效彌補(bǔ)各項(xiàng)缺陷與不足，施工噪音與污染比較小，不會(huì)出現(xiàn)彈孔問題，具備較高的成孔效率，所以被廣泛應(yīng)用于樁基工程建設(shè)中。此次所建造的工程應(yīng)用此種基坑支護(hù)方式，可以顯示出技術(shù)工藝的適用性。

本項(xiàng)目占地面積約3萬m，施工內(nèi)容主要是圍護(hù)灌注樁搶工施工，圍護(hù)灌注樁外邊線距離圍墻（用地紅線）約1.1～5m。長螺旋鉆機(jī)設(shè)備尺寸為13m×11m，設(shè)備作業(yè)面鉆桿抱箍外邊線僅比樁邊外擴(kuò)約0.3m?？梢?，現(xiàn)場圍護(hù)灌注樁采用長螺旋鉆機(jī)時(shí)有施工作業(yè)空間、有設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)場地及棄土中轉(zhuǎn)或外運(yùn)場地，適宜此工法施工。設(shè)計(jì)圍護(hù)樁直徑1.2m、最大樁長32.2m，選用JB-178型大功率動(dòng)力頭、φ1160螺桿鉆具施工可滿足設(shè)計(jì)要求。JB-178型長螺旋鉆機(jī)具有功率大、鉆進(jìn)深，并采用電子陀螺儀和自動(dòng)測斜儀，儀器先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，可適時(shí)監(jiān)控、調(diào)整施工孔深、垂直度、混凝土流量、提升速率等施工優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)地勘報(bào)告，本項(xiàng)目自地面以下22m深度范圍內(nèi)主要為粉土、粉砂層，飽和、稍密～中密狀，砂土以下為2～3m淤泥質(zhì)軟土及下伏可塑狀粘性土層。該地層適宜采用長螺旋鉆機(jī)直接鉆孔施工，無需外加水或泥漿即可快速成樁。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基坑支護(hù)需要采用鉆孔灌注樁。整個(gè)工程建設(shè)對(duì)工期要求比較高，需要涉及大量的施工工序，整個(gè)施工場地的作業(yè)面比較小，存在多個(gè)交叉作業(yè)，所以不能使用大型機(jī)械來進(jìn)行施工。支護(hù)灌注樁均需要在基坑內(nèi)施工操作，基坑內(nèi)地基軟弱，混凝土罐車無法到達(dá)坑內(nèi)進(jìn)行澆灌，不能滿足施工需要。所以工程擬采用長螺旋鉆機(jī)成孔施工工藝，在基坑邊泵送混凝土成樁，插入鋼筋籠做支護(hù)灌注樁。該項(xiàng)技術(shù)所應(yīng)用的混凝土具備良好流動(dòng)性，摩擦系數(shù)低，抗分散性能強(qiáng)，石子可在混凝土內(nèi)懸浮。螺旋鉆機(jī)不僅可以鉆孔，還可以壓灌混凝土，整個(gè)的操作流程相對(duì)簡單，不僅提升混凝土灌注速度，還可以對(duì)成樁的質(zhì)量進(jìn)行加強(qiáng)，整體工程造價(jià)比較低。

長螺旋鉆孔灌注樁技術(shù)是利用長螺旋鉆孔機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度，采用鉆頭活門，將流態(tài)混凝土連續(xù)泵注到孔內(nèi)，直到到達(dá)樁頂，之后插入鋼筋籠形成樁體。該技術(shù)工藝屬于新型樁基礎(chǔ)施工方法，可以廣泛應(yīng)用流態(tài)混凝土灌注樁，不會(huì)受到地下水影響?；炷辆邆漭^強(qiáng)的流動(dòng)性，螺旋鉆機(jī)可以壓灌混凝土，整個(gè)操作比較簡單，可以提升灌注速度，施工成本比較低。通過長螺旋鉆機(jī)鉆孔，可以確保流態(tài)混凝土灌注樁到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高，在停止鉆孔之后，可以利用混凝土孔進(jìn)行提鉆護(hù)理。將混凝土澆灌到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)當(dāng)將斷桿移開，同時(shí)將鋼筋籠壓入到樁體內(nèi)。混凝土灌注應(yīng)當(dāng)高于樁頂50cm，以此確保樁頂混凝土強(qiáng)度。

結(jié)合樁基與圍護(hù)樁施工工期，本項(xiàng)目圍護(hù)灌注樁采用長螺旋施工時(shí)，具有以下優(yōu)勢：

長螺旋施工圍護(hù)灌注樁時(shí)，單日成樁量可保證10根;一臺(tái)長螺旋灌注樁日工作量相當(dāng)于10臺(tái)泥漿循環(huán)鉆孔灌注樁的工作量，且施工空間小于10臺(tái)泥漿循環(huán)灌注樁同時(shí)施工的空間。本圍護(hù)工程灌注樁共420根，采用泥漿循環(huán)鉆孔灌注樁施工工期約40d（多臺(tái)樁機(jī)每天同時(shí)施工），采用2臺(tái)長螺旋灌注樁機(jī)同時(shí)施工時(shí)，工期約26d，節(jié)約工期約14d，進(jìn)度提升約35%。

本場地主要為砂土、粉土場地，由于長螺旋灌注樁施工時(shí)樁孔內(nèi)無空洞、混凝土壓灌技術(shù)，因此不會(huì)產(chǎn)生坍孔、縮徑，同時(shí)有效防治砂土地層泥漿護(hù)壁灌注樁施工露筋等通病問題。因此，施工質(zhì)量比傳統(tǒng)泥漿循環(huán)灌注樁工藝高，成樁質(zhì)量更可靠。

同時(shí)，充分利用混凝土流量計(jì)、提升速度計(jì)、瞬態(tài)充盈系數(shù)等自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備，通過調(diào)整提鉆速率，使混凝土壓灌量等于鉆頭提升后的臨時(shí)空間體積相，確保瞬態(tài)樁身充盈系數(shù)在合理范圍內(nèi)，可有效控制斷樁、縮徑或擴(kuò)孔等現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而提高成樁質(zhì)量。

本圍護(hù)工程，傳統(tǒng)工藝是先施工三軸止水?dāng)嚢铇?，待攪拌樁成樁約3d后再施工鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁施工進(jìn)度受止水?dāng)嚢铇队绊憽２捎瞄L螺旋灌注樁施工時(shí)，由于其成樁無坍孔，因此樁身混凝土外擴(kuò)很少，不占擠攪拌樁樁位，因此可優(yōu)于三軸止水?dāng)嚢铇断仁┕?，或與三軸攪拌樁穿插施工，故更有利于工期節(jié)約。

本場地地下水豐富，因此長螺旋灌注樁施工時(shí)，可直接鉆孔成樁，因此施工過程中無泥漿排放，故一方面可節(jié)約泥漿排放或固化成本，另一面可減低泥漿外運(yùn)受環(huán)境保護(hù)要進(jìn)行交通限制的影響，環(huán)保、高效。

長螺旋灌注樁鉆孔、壓灌混凝土過程中，噪音低，且低于多臺(tái)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁同時(shí)施工的噪音，適宜于場地環(huán)境保護(hù)、噪音控制要求高的條件。

本次工程建設(shè)采用的是長螺旋鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，此種支護(hù)結(jié)構(gòu)具備多項(xiàng)優(yōu)勢：第一，施工建設(shè)期間，不需要應(yīng)用泥漿護(hù)壁，可以有效處理施工污染問題，確保整個(gè)施工場地的整潔度，同時(shí)還能夠減少水泥漿材料采購成本，相應(yīng)降低該環(huán)節(jié)施工成本。第二，成樁效率高。相比于其他施工工藝來說，此種支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工速度比較快，可以明顯提升建設(shè)進(jìn)度。第三，成樁質(zhì)量穩(wěn)定。在具體施工過程中，該結(jié)構(gòu)可以有效穿透厚砂層和硬土層，不會(huì)出現(xiàn)縮徑等問題，有效避免地表隆起。第四，施工經(jīng)濟(jì)性高。該類支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，有長螺旋鉆機(jī)和鋼筋插入裝置，便于操作與維護(hù)，所以整體施工成本比較低，具備較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，長螺旋鉆機(jī)可以應(yīng)用于多個(gè)地段中。

長螺旋鉆孔壓灌樁施工順序。此次工程設(shè)計(jì)單排壓灌樁擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)裝間距設(shè)計(jì)為1m，施工期間采用兩工序跳樁施工法，相隔兩個(gè)鉆孔施工。

第一，主要施工設(shè)備選型。此次工程建設(shè)所需施工設(shè)備選項(xiàng)如表1所示。

長螺旋鉆機(jī)主要應(yīng)用履帶式和步履式，鉆桿中間為無縫鋼管，螺旋葉片與樁孔直徑相等，葉片螺距一般為（0.6-0.7）D，中心管底部設(shè)置混凝土出口，出口位置具有兩片活瓣，該活瓣可以閉合。鉆機(jī)鉆削土體之前閉合活瓣，以免水和沙土進(jìn)入到中心管內(nèi)，混凝土泵輸送時(shí)需要打開活瓣。混凝土泵采用液壓活塞式，最大泵送包括每小時(shí)30m、60m、80m。輸送管道連接長螺旋鉆機(jī)中心管，不僅便于移動(dòng)轉(zhuǎn)機(jī)，也能夠確保攪拌后臺(tái)位置穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)位移問題，全面滿足工程建設(shè)需求。在工程實(shí)踐中，送料管道直徑必須小于鉆桿內(nèi)徑，起重機(jī)選用大噸位吊車，當(dāng)遭遇軟土地基時(shí)，必須將鋼板墊在在起重機(jī)下方，以免導(dǎo)致起重機(jī)傾覆。在施工過程中，必須對(duì)長螺旋灌注成裝鉆桿的提鉆速度、混凝土泵送量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，防止產(chǎn)生終身缺陷與斷狀問題。

第二，鋼筋籠振動(dòng)送籠器。（1）振動(dòng)送容器組成包括吊桿裝置、導(dǎo)向桿、振動(dòng)器。（2）導(dǎo)向桿的剛性比較大，將其插入到長鋼筋籠內(nèi)，可以確?；\體與混凝土垂直對(duì)準(zhǔn)。（3）利用導(dǎo)向桿可以使籠體受力狀態(tài)改變，將孔口向下壓力改變?yōu)榛\底端向下拉力。（4）由于導(dǎo)向桿的剛度大，截面比較小，容易插入到混凝土中?；\體下沉期間，導(dǎo)向桿可以對(duì)其變形情況進(jìn)行約束。在導(dǎo)向桿上端安裝平板振動(dòng)器，通過振動(dòng)器可以確保鋼筋籠到達(dá)設(shè)計(jì)位置。（5）向上撥振動(dòng)送籠器，可以使其與籠體脫鉤。將送籠器開啟，可以有效振搗籠體內(nèi)混凝土，確保密實(shí)效果。

第三，技術(shù)指標(biāo)。（1）將外加劑、粉煤灰添加到混凝土中，確保每方混凝土的粉煤灰添加量為80kg。（2）混凝土粗骨料可以選用碎石或卵石，粗骨料粒徑必須控制在30mm以內(nèi)。（3）混凝土塌落度設(shè)置為170mm-210mm;提鉆速度設(shè)置為每分鐘1.1m-1.4m;壓灌樁充盈系數(shù)為1-1.2。樁頂混凝土超灌高度應(yīng)當(dāng)高于0.5m;鋼筋籠插入速度控制為每分鐘1.1m-1.4m。

第一，施工質(zhì)量控制措施。在長螺旋鉆孔灌注樁施工過程中，必須嚴(yán)格控制質(zhì)量安全，可以通過工作分解結(jié)構(gòu)開展控制管理。此種結(jié)構(gòu)方法屬于現(xiàn)代工程管理的有效方法，屬于工程控制與方案計(jì)劃的基礎(chǔ)。應(yīng)用工作分解結(jié)構(gòu)方法可以有效管理工程項(xiàng)目，全面提升管理效率與效益。工作分解結(jié)構(gòu)能夠高效完成項(xiàng)目目標(biāo)，制定活動(dòng)集合，工作結(jié)構(gòu)分解可通過結(jié)構(gòu)圖表現(xiàn)出管理方式，利用樹形結(jié)構(gòu)分解工作，對(duì)項(xiàng)目所有工作進(jìn)行確定。在項(xiàng)目信息溝通過程中，工作分解結(jié)構(gòu)屬于重要基礎(chǔ)，屬于系統(tǒng)控制管理的重點(diǎn)對(duì)象，也是一項(xiàng)合理的項(xiàng)目管理方式。納入項(xiàng)目管理元素，可以全面滿足工作分解結(jié)構(gòu)的覆蓋要求，全面覆蓋項(xiàng)目所有工作內(nèi)容和管理要求，以此擴(kuò)大工作分解結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。

采用工作結(jié)構(gòu)分解法管理工程項(xiàng)目時(shí)，必須將項(xiàng)目目標(biāo)體系作為主導(dǎo)，將技術(shù)系統(tǒng)范圍與項(xiàng)目任務(wù)作為基礎(chǔ)依據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)方法進(jìn)行分解，以此形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。工作結(jié)構(gòu)分解法可通過分解原理，制作長螺旋鉆孔灌注樁質(zhì)量控制圖，具體見圖1。通過該質(zhì)量控制圖，可以將工程質(zhì)量劃分為事前控制、事中控制、事后控制。在不同控制環(huán)節(jié)劃分出具體管理要素，合理管控每一個(gè)要素，以此提升樁基施工質(zhì)量控制管理效果。通過實(shí)踐應(yīng)用可知，工作結(jié)構(gòu)分解法具備可行性，可以對(duì)現(xiàn)場管理施工工作進(jìn)行簡化，能夠滿足樁基質(zhì)量控制要求。

第二，成樁質(zhì)量控制。成樁質(zhì)量控制主要包括鉆孔、混凝土灌注、鋼筋籠制作、吊放等控制環(huán)節(jié)。對(duì)于成孔質(zhì)量控制來說，控制內(nèi)容如下：（1）孔深與孔徑。利用鋼卷尺對(duì)鉆桿下鉆深度進(jìn)行檢查，確保其滿足孔深要求，使樁身長符合設(shè)計(jì)要求?？讖娇刂苿t需要確保鉆頭直徑滿足設(shè)計(jì)要求。（2）垂直度。在整個(gè)施工過程中，必須確保施工作業(yè)面的平整度和壓實(shí)效果，鉆機(jī)穩(wěn)固性高。在鉆孔施工期間，利用鉆機(jī)鉛錘系統(tǒng)確保鉆桿垂直度。對(duì)于混凝土灌注質(zhì)量控制來說，主要包括以下內(nèi)容：（1）坍落度。在施工過程中，必須使用專業(yè)儀器測量坍落度，以此確?；炷梁鸵仔?。（2）充盈系數(shù)。在施工期間，當(dāng)成孔偏差大于設(shè)計(jì)尺寸、土壤密實(shí)度較差，極易導(dǎo)致實(shí)際灌注量高于理論計(jì)算值。為了確保成樁質(zhì)量滿足要求，必須確保實(shí)際灌注量和計(jì)算值比值處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。對(duì)于高金龍安裝位置來說，質(zhì)量控制內(nèi)容如下：（1）在鋼筋籠吊放入孔時(shí)，必須確保垂直對(duì)準(zhǔn)孔位，防止對(duì)孔壁造成碰撞影響。（2）鋼筋籠吊點(diǎn)位置必須滿足不變性要求，保證整個(gè)吊裝過程的穩(wěn)固性，可以將沙桿綁在吊頂位置。為了避免鋼筋籠位置偏差過大，需要將鋼筋保護(hù)層支架設(shè)置在鋼筋籠主筋上，確保鋼筋籠居中，滿足設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)施工過程中，必須詳細(xì)記錄質(zhì)量控制情況。確保設(shè)計(jì)滿足地質(zhì)情況要求。

第三，施工過程控制。（1）長螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)設(shè)計(jì)深度后，泵送攪拌后的混凝土，將混凝土泵管與鉆桿高壓軟管相連接，泵壓為剛停機(jī)鉆桿頂部。螺旋鉆桿中空內(nèi)灌滿混凝土后進(jìn)行提鉆，混凝土沖開鉆頭活動(dòng)小門，壓灌到成孔內(nèi)時(shí)，混凝土淹沒鉆頭與成孔，直到確保鉆桿提離地面。（2）混凝土初凝過程中，需要派遣專人將送籠器安裝在鋼筋籠內(nèi)，確保鋼筋籠與孔內(nèi)混凝土垂直對(duì)準(zhǔn)。開啟振動(dòng)送籠器，利用導(dǎo)向桿將鋼筋籠插入到設(shè)計(jì)深度，到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，吊起振動(dòng)送籠器。

第四，質(zhì)量缺陷與控制技術(shù)。（1）導(dǎo)管堵塞。當(dāng)混凝土坍落度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，導(dǎo)管會(huì)出現(xiàn)彎折問題。在控制時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)確?；炷僚浜媳?、骨料粒徑、坍落度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。灌注管路不能出現(xiàn)明顯彎折，在拆卸導(dǎo)管時(shí)，必須做好清潔處理。在整個(gè)施工過程中，應(yīng)當(dāng)注重施工管理，確保各道工序的緊密配合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并予以處理。（2）偏樁問題。一般來說，樁平移偏差、垂直度超標(biāo)的原因比較多，導(dǎo)致該項(xiàng)問題的成因多為樁基對(duì)位不準(zhǔn)、場地不平整、地層復(fù)雜等。在控制期間，實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)將地下障礙物清除，對(duì)場地進(jìn)行平整處理，以免鉆機(jī)偏斜。工作人員必須仔細(xì)檢查樁位，避免出現(xiàn)誤差。在開鉆之前，必須檢查樁基垂直度和水平度。（3）夾層與斷樁。在施工過程中，如果提鉆速度比較快，泵送混凝土與提鉆速度時(shí)間差比較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致夾層與斷樁問題。在控制處理期間，應(yīng)當(dāng)確?；炷脸掷m(xù)灌注，適當(dāng)增加混凝土泵送量。其次，對(duì)提鉆速度進(jìn)行控制，避免灌注停滯時(shí)間過長。（4）樁身混凝土強(qiáng)度不足。灌注樁會(huì)受到泵送混凝土、后插鋼筋技術(shù)影響，所以必須確保坍落度控制在18cm-220cm，以此確保和易性。在混凝土配料中添加粉煤灰，會(huì)降低混凝土前期強(qiáng)度，粗骨料的粒徑比較小，若沒有合理控制用水量，將會(huì)降低混凝土強(qiáng)度。在控制處理期間，必須對(duì)粗骨料級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，合理選擇外加劑。在選用粉煤灰時(shí)，必須通過配比試驗(yàn)，合理控制添加量。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場施工條件、外部環(huán)境保護(hù)要求，在開展圍護(hù)灌注樁施工時(shí)，應(yīng)用長螺旋鉆機(jī)施工，可以加快施工速度，同時(shí)質(zhì)量安全性與可靠性得到提高，此外還可以有效控制工程成本，節(jié)約工期，因此該技術(shù)值得推廣應(yīng)用。

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With the development of modern construction technology， a large number of new pile foundation construction technologies have appeared， the most representative of which is the large diameter long spiral cast-in-place pile. Through this construction method， not only the drilling construction but also the concrete pressure irrigation construction can be carried out， avoiding the cross construction of multiple specialties and equipment， so as to improve the concrete pouring speed and the pile forming quality. This study， combined with actual engineering cases， analyzes the application of large-diameter and long-screw cast-in-place piles in foundation pit support， and at the same time proposes construction quality control measures in order to provide reference value for relevant personnel.

Large diameter long spiral cast-in-place pile;Foundation pit support;Technology;QC