吳 輝
(湖南星海項(xiàng)目管理有限公司,湖南 株洲 412000)
目前,旋挖鉆孔灌注樁施工工藝已廣泛應(yīng)用于建筑工程樁基施工,其中采用長護(hù)筒旋挖灌注樁干作業(yè)成孔施工具有低噪音、低振動(dòng)、扭矩大、成孔速度快、不易塌孔、縮孔、工期短、成本低、無泥漿循環(huán)、有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于城區(qū)作業(yè)環(huán)境及覆土層較厚的樁基礎(chǔ)施工。但干作業(yè)旋挖鉆法成孔在潮濕多雨季節(jié)和地下水發(fā)育等環(huán)境施工時(shí)往往容易出現(xiàn)孔底沉渣厚度難以控制、樁身夾泥等質(zhì)量問題,需在施工過程中嚴(yán)格控制。本文結(jié)合實(shí)際案例,對其適用性及施工控制要點(diǎn)進(jìn)行分析。
該項(xiàng)目位于西南地區(qū)、地處湘江流域,屬季風(fēng)氣候的中、北亞熱帶濕潤氣候,雨量較豐沛,年平均降水量1361.6mm,雨季大部分集中于4~9月份。擬建場地地貌為低矮山丘夾山間洼地,東南地勢較高,北西地勢低洼,場地標(biāo)高70.00~72.00m,周邊為工業(yè)廠房及市政道路。場地地層按成份、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)及成因自上而下劃分為第四系素填土、硬塑狀粉質(zhì)黏土和白堊系強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。場地主要由開挖平整堆填而成,回填覆土層厚度達(dá)5~11m,呈紅褐、黃褐色、松散-稍密,以黏性土、泥質(zhì)粉砂巖塊石為主,伴有少量建筑垃圾,堆填時(shí)間小于5年,未完成自重固結(jié)?;A(chǔ)形式設(shè)計(jì)采用旋挖灌注樁基礎(chǔ),樁徑(800~900mm),施工樁長(10~25m),以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為樁持力層,樁端阻力特征值qpa為2800kPa,要求混凝土澆筑前孔底沉渣厚度不超過50~100mm。
鉆機(jī)采用中聯(lián)重科B-280 型旋挖鉆機(jī)1 臺(tái)、山河智能B-300H型旋挖鉆機(jī)1臺(tái)、挖機(jī)4臺(tái)、20t汽車吊車1臺(tái)、25t履帶伸縮臂吊車一臺(tái)、泵車一臺(tái)、鋼筋加工機(jī)械1套,電焊機(jī)5臺(tái)等。護(hù)筒用12mm厚的鋼板制作,筒內(nèi)徑比孔徑大200mm,頂端焊兩個(gè)吊環(huán)便于吊放,護(hù)筒頂端同時(shí)正交刻四道槽,以便掛十字線,以便矯正樁位、驗(yàn)孔之用,在其上部開設(shè)2個(gè)溢漿孔,便于泥漿溢出,進(jìn)行回收和循環(huán)利用。
鑒于該項(xiàng)目場地覆土層太厚,未經(jīng)過夯實(shí)碾壓,又正值雨季施工,場地長期積水浸泡潮濕松軟,設(shè)備進(jìn)出、材料轉(zhuǎn)運(yùn)都很困難,故采用路基箱鋪設(shè)臨時(shí)道路和墊于旋挖機(jī)下方作為操作平臺(tái)。采用路基箱的優(yōu)點(diǎn),一是不受場地和天氣限制、雨天、積水不會(huì)下沉、施工安全;二是可重復(fù)利用、靈活方便,根據(jù)現(xiàn)場需要隨時(shí)調(diào)整。
3.1.1 選定樁位
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該項(xiàng)目首先采用泥漿護(hù)壁成孔法進(jìn)行試鉆,以確定該施工方法的可行性。選用護(hù)筒長度2m,每臺(tái)旋挖鉆機(jī)各試鉆一個(gè)樁孔,分別按不同覆土層厚度選定孔位(SK2;SK4),其中SK2 樁位覆土層厚度12.8m,SK4覆土層厚度4.8m。由于擬建場地巖層中有軟弱夾層發(fā)育,為探明樁端下3倍樁徑且不小于5m范圍內(nèi)有無軟弱夾層和保證樁端持力層厚度,在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為樁端持力層的部位,分別進(jìn)行超前鉆巖土工程勘查。
3.1.2 泥漿制備及控制參數(shù)
因場地填土為素填土、硬塑狀粉質(zhì)黏土并含有少量建筑垃圾,不適宜制備泥漿,故外購膨潤土造漿施工,泥漿比重控制在1.05~1.15t/m3之間,泥漿黏度控制在18~22Pa·s,泥漿pH值控制在7~9之間。
3.1.3 施工工藝流程
施工準(zhǔn)備—測量放線定樁位—振動(dòng)錘埋設(shè)鋼護(hù)筒—鉆機(jī)就位—鉆孔—一次清孔—吊放鋼筋籠—安放導(dǎo)管—二次清孔—混凝土灌注—提拔導(dǎo)管—振動(dòng)錘起拔護(hù)筒—成樁保護(hù)—樁基檢測,放線定位的同時(shí)開挖泥漿池制備泥漿。
根據(jù)上述工藝流程,在兩個(gè)樁位鉆進(jìn)過程中,多次出現(xiàn)塌孔、縮孔,甚至一直將泥漿濃度提高到1.2~1.5t/m3,依然無法控制,多次回填鉆進(jìn),仍然難以成孔。分析認(rèn)為,因場地地處低洼地段,且覆土層較厚,加之正值雨季施工,場地積水難以排出,場地事先未進(jìn)行強(qiáng)夯振壓密實(shí),就算勉強(qiáng)鉆至設(shè)計(jì)孔深,一旦拔出鉆頭、鉆桿停止轉(zhuǎn)動(dòng),孔壁周圍含水較大的松軟土體并同時(shí)向孔內(nèi)擠壓,單靠提高泥漿濃度來穩(wěn)定十多米深的自重固結(jié)回填土不塌孔非常困難,故該項(xiàng)目排除了采用泥漿護(hù)壁成孔方法施工。
該項(xiàng)目為工業(yè)廠房,地處城市工業(yè)園區(qū),若采用“注漿加固法”或“反壓混凝土法”,一是工期長、二是泥漿的制備和排放運(yùn)輸會(huì)造成環(huán)境污染,很不利于項(xiàng)目施工作業(yè)和進(jìn)度推進(jìn)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件說明“鉆孔時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對于塌孔采用泥漿護(hù)壁、機(jī)械干作業(yè)成孔、振動(dòng)錘下鋼護(hù)筒護(hù)壁等方法處理”。經(jīng)五方責(zé)任主體共同商議,最終決定采取埋設(shè)長鋼護(hù)筒干作業(yè)旋挖鉆法施工。
長護(hù)筒干作業(yè)成孔法鉆孔成樁施工工藝流程:場地平整、定位→旋挖鉆孔至孔深1~2m→振動(dòng)錘下埋長鋼護(hù)筒→正常成孔至樁底標(biāo)高(終孔)→清孔驗(yàn)孔→(二次清孔)鋼筋籠安裝→灌注混凝土→拆除鋼護(hù)筒→回填土體→樁體保護(hù)。
測量定位,采用挖機(jī)進(jìn)行場地平整、鋪設(shè)路基箱,路基箱要鋪設(shè)大致水平,并利用挖機(jī)自重在其上面反復(fù)行走壓實(shí)。旋挖鉆機(jī)就位后,調(diào)平鉆機(jī),保持鉆機(jī)垂直穩(wěn)固,鉆頭中心與樁位中心誤差控制在10mm內(nèi),在回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)不應(yīng)有障礙物。開鉆前將鉆頭著地,進(jìn)尺深度調(diào)整為零,鉆進(jìn)時(shí)原地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開孔,然后以鉆斗自重、鉆桿自重加以液壓力作為鉆進(jìn)壓力,初鉆壓力控制在90k Pa左右,鉆速先慢后快,鉆至1~2mm,停止鉆進(jìn),移開鉆桿及鉆頭,埋設(shè)長鋼護(hù)筒。
根據(jù)前面采用泥漿護(hù)壁成孔得出的有關(guān)數(shù)據(jù),塌孔均出現(xiàn)在回填黏土層和軟弱夾層厚約4~15m 范圍內(nèi)。鋼護(hù)筒長度按最不利地質(zhì)條件控制,護(hù)筒長約5~15m,鋼護(hù)筒壁厚δ=12.5mm的鋼板,在廠家用機(jī)械集中卷制加工制作,焊縫全部為雙面坡口。實(shí)際施工時(shí)參照地勘資料和回填土層厚度,先正常旋挖鉆進(jìn)至孔深1~2m位置處,采用550系列振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒打入土層,直至穿過塌孔位置并進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層50~100cm左右,筒口離地面預(yù)留30~50cm左右。為保證埋設(shè)鋼護(hù)筒的垂直度和護(hù)筒中心與樁位中心的偏移量,鋼護(hù)筒的埋設(shè)選擇在白天進(jìn)行,便于發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理和校正。同時(shí)現(xiàn)場專人指揮,指揮及作業(yè)人員必須遠(yuǎn)離振動(dòng)機(jī)械作業(yè)范圍,防止出現(xiàn)鉗口松動(dòng)護(hù)筒脫落傾倒的安全事故。
通常不同地質(zhì)條件要采取不同類別的旋挖鉆機(jī)鉆頭進(jìn)行施工:細(xì)砂、中砂、礫砂、角礫土、圓礫土及強(qiáng)風(fēng)化層可采用筒式鉆頭;對于強(qiáng)度不均勻地質(zhì)、易偏孔地質(zhì)以及風(fēng)化、中風(fēng)化巖層采用短螺旋嵌巖鉆頭,巖層軟硬不均、存在孤石及抗壓強(qiáng)度較高的巖石地質(zhì)采用筒式嵌巖鉆頭。
因該項(xiàng)目地質(zhì)構(gòu)成主要為素填土、粉質(zhì)黏土,以及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖構(gòu)成,故施工過程中主要采用短螺旋嵌巖鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn),因該鉆頭出渣能力有限,出渣時(shí)換用筒式鉆頭。鉆進(jìn)過程中每進(jìn)尺5m左右深度對樁位重新校核,并根據(jù)地勘超前鉆孔成果,對每根樁進(jìn)入中風(fēng)化巖層標(biāo)高,進(jìn)入砂巖標(biāo)高,巖層厚度等指標(biāo)分別進(jìn)行了記錄,以指導(dǎo)鉆孔時(shí)確定孔底標(biāo)高,標(biāo)高均以絕對高程控制。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后用帶有活門的筒形鉆(平底鉆頭)清理沉渣,即一次清孔。清孔后提出鉆頭,由質(zhì)量員和工程監(jiān)理進(jìn)行孔徑、孔深、垂直度、孔底沉渣檢測驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后,移走鉆機(jī),蓋好蓋板,進(jìn)行下道工序施工。
4.4.1 鋼筋籠制作
該工程鋼筋籠采用現(xiàn)場制作,現(xiàn)場制作垂直運(yùn)輸距離短,極大地減少了鋼筋籠的變形。由于樁長度較大,采取分節(jié)制作,分節(jié)長度為鋼筋直條原材料長度9m,接頭處錯(cuò)開設(shè)置,根據(jù)各樁的總深度與9m鋼筋籠的整倍數(shù)相減后,剩余長度的鋼筋籠單獨(dú)制作。鋼筋籠接長采用焊接連接,主筋接頭在同一截面內(nèi)的鋼筋接頭數(shù)按不得多于主筋總數(shù)的50%進(jìn)行控制,相鄰兩個(gè)接頭間的距離不小于主筋直徑的35倍,且不小于500mm,主筋點(diǎn)焊綁扎搭接長度根據(jù)設(shè)計(jì)要求不小于主筋直徑的35倍,箍筋的搭接采用綁扎,綁扎長度根據(jù)設(shè)計(jì)要求不小于300mm。
4.4.2 二次清孔安放鋼筋籠
因采用干作業(yè)成孔,無泥漿循環(huán),所以在鋼筋籠吊運(yùn)到位后,再次利用平底鉆頭進(jìn)行二次清孔并檢測孔底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求后立即下放鋼筋籠。鋼筋籠采用大噸位起重機(jī)分節(jié)吊裝,吊入孔時(shí)應(yīng)慢慢下放,嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁。將第一節(jié)鋼筋籠臨時(shí)支撐于護(hù)筒口,再起吊第二節(jié)鋼筋籠,使上下兩節(jié)骨架位于同直線上進(jìn)行焊接。焊接完成后經(jīng)監(jiān)理工程師或業(yè)主現(xiàn)場代表對連接、焊接質(zhì)量及該段箍筋綁扎情況進(jìn)行檢查,驗(yàn)收合格后再將第二節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)。
該工程混凝土導(dǎo)管采用直徑250mm無縫鋼管導(dǎo)管,連接方式采用法蘭連接,最下端一節(jié)導(dǎo)管底部未設(shè)法蘭盤,以鋼板套圈在外圍加固,導(dǎo)管連結(jié)處設(shè)置“○”型密封橡膠圈,以保證導(dǎo)管密封性良好。導(dǎo)管底部距孔底(孔底沉渣面)高度,以能放出隔水塞及首批混凝土為度,實(shí)際控制在300~500mm,導(dǎo)管頂部設(shè)置漏斗,漏斗與儲(chǔ)料斗用4~6mm鋼板制作,不漏漿及掛漿,漏泄順暢徹底。儲(chǔ)料斗容量(即初存量)根據(jù)樁徑大小確定,初灌量必須保證能將導(dǎo)管一次埋入混凝土內(nèi)1.0m以上。
4.6.1 混凝土配合比
該工程施工過程中混凝土嚴(yán)格按配合比報(bào)告進(jìn)行配料,選用商品混凝土,設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30自密實(shí)水下混凝土,為保證施工質(zhì)量,實(shí)際提高一個(gè)強(qiáng)度等級按C35進(jìn)行灌注。設(shè)計(jì)坍落度為180~220mm,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測,坍落度均在200~210mm左右,滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
4.6.2 混凝土灌注
確認(rèn)初灌量,按首批灌注混凝土數(shù)量能滿足導(dǎo)管埋入混凝土中至少1.0m 以上備足后,迅速提出料斗口堵板,灌入首批混凝土。首批混凝土灌注正常后,泵車連續(xù)供料,連續(xù)灌注,中途無長時(shí)間間隔停工。每根樁的灌注時(shí)間均按初盤混凝土的初凝時(shí)間進(jìn)行控制,混凝土灌注的上升速度不小于2m/h。該工程因采用12.5mm厚鋼護(hù)筒成孔,所以延米體積相應(yīng)增加,考慮鋼護(hù)筒拆除過程中對水下灌注樁混凝土的影響,其混凝土充盈系數(shù)按1.35倍進(jìn)行計(jì)算。最后一次混凝土灌注量嚴(yán)格按超灌高度為0.8~1.0m控制,為減少鑿出浮漿的工作量,在混凝土凝固前安排專人將混凝土上部的浮漿清除,清除浮漿后混凝土的高度高于樁頂標(biāo)高約50cm左右。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,樁基工程應(yīng)進(jìn)行樁身完整性檢測和豎向承載力檢測,每根樁應(yīng)進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測,樁身檢測低應(yīng)變100%,鉆芯法檢測數(shù)不得少于總樁數(shù)的10%,且不少于10根,承載力檢測1%,不少于3根。
檢測報(bào)告顯示:17 號(hào)樁豎向承載力檢測合格,低應(yīng)變檢測合格,樁身端部局部夾泥,混凝土離析分散,鉆頭穿過樁身呈急速下落15cm左右進(jìn)入持力層(說明孔底沉渣約15cm厚,不符合設(shè)計(jì)要求)。根據(jù)《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)[1]初步判定該樁為Ⅳ類樁。再結(jié)合本規(guī)范第3.4.4條有關(guān)規(guī)定:“單孔鉆芯檢測發(fā)現(xiàn)樁身混凝土存在質(zhì)量問題時(shí),宜在同一基樁增加鉆孔驗(yàn)證,并根據(jù)前、后鉆芯結(jié)果對受檢樁重新評價(jià)。”于是對該樁另一部位重新進(jìn)行了二次抽芯檢測,抽芯結(jié)果顯示,樁身完整,未出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象,說明該樁只存在局部位置夾泥、混凝土離析(見圖1),經(jīng)檢測單位和設(shè)計(jì)單位一致認(rèn)定,重新判定為Ⅲ類樁。
圖1 17號(hào)樁第一次抽芯
5.2.1 氣候、場地、及清孔影響
該項(xiàng)目場地地處低洼地段,覆土層較厚,加之雨季施工,地表積水嚴(yán)重,雖然采用長護(hù)筒有效防止了塌孔、縮孔及成孔后孔壁砂石泥塊墜落,但未植入長護(hù)筒的強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖孔段,由于大量地表和地下水的滲入沖刷,在清孔完畢下放鋼筋籠、安放導(dǎo)管以及等待混凝土進(jìn)場的過程中,孔內(nèi)仍沉積了大量泥漿和細(xì)顆粒狀砂石。由于是采用干作業(yè)成孔且樁孔直徑較小,下放鋼筋籠之后未再次檢查清孔,直接灌注混凝土。(若要再次采用鉆頭清孔,必須將鋼筋籠拔出,工序相對繁瑣,施工中忽略了這一過程)。
因此,雨季施工場地積水滲漏,孔底沉渣未清理干凈并直接澆灌混凝土是造成沉渣過厚的主要原因之一。
5.2.2 導(dǎo)管內(nèi)未設(shè)置防水塞或滑閥
因地表滲水嚴(yán)重,雖然是干作業(yè)成孔,實(shí)則鉆進(jìn)和清孔過程中由于鉆頭的反復(fù)攪動(dòng),孔內(nèi)已形成了3~4m深的泥漿和孔底沉渣,單靠鉆頭清孔根本不能將泥漿排出,特別是安放導(dǎo)管時(shí)只在漏斗口設(shè)置了堵板未設(shè)置防水塞,導(dǎo)致首盤混凝土澆灌時(shí),孔內(nèi)泥水直接與混凝土混合,從而導(dǎo)致樁身下部位置出現(xiàn)夾泥、離析、沉渣過厚等質(zhì)量問題。
鑒于樁豎向承載力全部合格,樁身局部夾泥,二次抽芯樁身完整,根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(GB50202-2018)[2]第5.1.5條有關(guān)規(guī)定,“對不滿足要求的工程樁,可采取補(bǔ)強(qiáng)或補(bǔ)樁措施。樁身完整性應(yīng)至少滿足II類樁的評價(jià)要求,II類樁的分類原則為樁身有輕微缺陷,不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮?!苯?jīng)設(shè)計(jì)、勘查部門現(xiàn)場勘查和五方責(zé)任主體一致同意,最終采取注漿加固方案對樁身進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、孔底沉渣進(jìn)行清孔注漿處理。注漿處理后再次抽芯檢測,結(jié)果達(dá)到了Ⅱ類樁的質(zhì)量要求,見圖2(注:圖片來源于該工程樁基檢測報(bào)告)。
圖2 17號(hào)樁注漿加固后抽芯
綜上所述,在覆土層較厚的松軟底層采用長護(hù)筒旋挖法施工,能有效防止塌孔、縮孔等施工質(zhì)量問題,即使在潮濕多雨的季節(jié)施工,也能順利成孔。特別是城區(qū)房屋建筑工程樁基施工,由于樁位較密,場地有限,環(huán)境保護(hù)要求高,泥漿制備運(yùn)輸及易污染施工場地,采用加長護(hù)筒施工能很好地提高工作效率、縮短工期、保護(hù)環(huán)境。但若在雨季和地表水發(fā)育的低洼地層施工時(shí),鉆頭攪動(dòng)孔內(nèi)地表水形成比重較大的泥漿和孔底沉渣清理仍然是施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn),一旦施工過程控制不嚴(yán)、處理不當(dāng),極易造成樁身夾泥和孔底沉渣過厚等質(zhì)量問題。在此,結(jié)合本文工程案例,提出如下建議以供參考:
(1)對于覆土層較厚的松軟地層若采用干作業(yè)旋挖法施工,采用加長護(hù)筒直接穿過覆土層可以有效控制塌孔、縮孔等施工常見質(zhì)量問題。
(2)在雨季或地下水發(fā)育的潮濕地區(qū)用干作業(yè)法施工,僅靠鉆機(jī)自帶的平底鉆頭清孔很難保證達(dá)到理想狀態(tài),應(yīng)采用專用工具進(jìn)行孔底沉渣清理或采用吸泥泵將泥漿排出,也可根據(jù)鉆頭形狀自行加工清渣鉆頭進(jìn)行清理。
(3)灌注混凝土?xí)r,導(dǎo)管內(nèi)務(wù)必設(shè)置球形隔水塞或滑閥,可有效防止混凝土進(jìn)入導(dǎo)管后與導(dǎo)管中的泥水混合,造成樁身夾泥、混凝土離析等質(zhì)量問題。
(4)吊放鋼筋籠之前和之后應(yīng)采用專用設(shè)備和規(guī)范操作檢查孔底沉渣厚度,不能僅依靠重錘觸底人為手感的常見錯(cuò)誤操作進(jìn)行判斷。如果發(fā)現(xiàn)沉渣厚度大于設(shè)計(jì)要求,在無專用工具時(shí),必須把鋼筋籠吊裝出樁孔,重新機(jī)械清孔至合格為止。在灌注首批混凝土之前最好配制約0.1~0.3m3水泥砂漿放入滑閥(隔水塞)以上的導(dǎo)管和漏斗中,然后再放入混凝土。
(5)對于樁端局部樁身夾泥和孔底沉渣過厚質(zhì)量問題,可根據(jù)二次抽芯結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際采取注漿加固進(jìn)行處理,以減小補(bǔ)樁帶來的工期延長和經(jīng)濟(jì)損失。
(6)進(jìn)行樁身完整性檢測時(shí),為確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)盡量采取兩種以上方法進(jìn)行驗(yàn)證。