鉆孔灌注樁施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用分析

文／王志鴻 長沙市美的房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 湖南長沙 410000

引言：

鉆孔灌注樁是一種提高地基承載力的高效方法，其豎向承載力受樁身尺寸、樁身材料、樁周土性質(zhì)、成樁施工方法等因素的影響。近年來，鉆孔灌注樁施工面臨諸多復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，由于其施工工程無法直接觀察，也不能開挖檢查成樁質(zhì)量，導(dǎo)致鉆孔灌注樁基易出現(xiàn)質(zhì)量問題，對此加強鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用研究具有重要意義。

1、鉆孔灌注樁概述

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，超高層建筑及大型橋梁的建設(shè)蓬勃發(fā)展，鉆孔灌注樁作為其主要基礎(chǔ)形式得到廣泛應(yīng)用，使用量逐年增加。鉆孔灌注樁由于其特殊工藝更易制成超大樁徑、超長直徑的樁體，故單樁承載力較大；在承受相同的樁頂荷載下，鉆孔灌注樁布樁的數(shù)量更少，單樁間距更大，群樁效應(yīng)相應(yīng)減少，更利于建筑結(jié)構(gòu)整體安全性；樁徑增加也致使樁體剛度增加，樁體可承受較大的水平荷載，抗滑作用顯著；鉆孔灌注樁施工過程中對樁周土體擾動與破壞較小，對周邊既有建筑結(jié)構(gòu)破壞較小，且施工時噪聲低、震動小，特別在人群集中區(qū)域內(nèi)，優(yōu)勢明顯；鉆孔灌注樁受地層因素影響較小，樁體可穿越各類復(fù)雜地層，樁端既可放置于彈性模量較大的低壓縮地層上，也可以把樁體嵌入巖石層當(dāng)中；鉆孔灌注樁為原地澆筑成樁，無需搬運吊裝，可降低運輸?shù)跹b費用；鉆孔灌注樁施工過程中無需承受錘擊，故可選用較低配筋率的鋼筋籠，也可根據(jù)實際情況沿樁土深度做變截面配筋或只在樁體上部安放鋼筋籠。

除上述優(yōu)點外，鉆孔灌注樁仍有不少缺點需要重視。由于應(yīng)用時間較短、現(xiàn)場施工難度較大，樁身缺陷普遍存在，比如：泥皮過厚、沉渣過厚、樁身擴徑與縮徑等。樁身缺陷會對樁基承載能力的發(fā)揮產(chǎn)生一定的抑制作用，進(jìn)一步地成為影響上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的潛在因素，因此合理選擇鉆孔灌注樁施工防范，加強施工過程控制，對于保證鉆孔灌注樁承載特性、提高建筑結(jié)構(gòu)安全性具有重要意義。

2、鉆孔灌注樁施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用要點

2.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔灌注樁施工前要組織施工圖紙交底，做好施工記錄交底和鉆孔樁施工方案交底。同時，在正式施工前要做好前期的準(zhǔn)備工作，如主要設(shè)備調(diào)試、施工材料準(zhǔn)備、臨時設(shè)施等。

2.2 成孔作業(yè)

成孔階段主要工作包括施工設(shè)備選擇、樁身成孔垂直度控制、樁位與鉆孔深度控制、進(jìn)度控制、泥漿質(zhì)量控制和清孔等內(nèi)容。隨著技術(shù)進(jìn)步，在建筑領(lǐng)域旋挖成孔灌注樁工藝逐步取代安全隱患大、施工進(jìn)度緩慢的人工挖孔樁工藝，大大節(jié)省了勞動力，有利于現(xiàn)場施工的安全控制。旋挖成孔灌注樁適用于高回填且地質(zhì)條件復(fù)雜的工程，且旋轉(zhuǎn)鉆孔灌注樁采用的是液壓驅(qū)動、電腦控制的模式，可以快速、精準(zhǔn)確定鉆孔位置，并對鉆孔的垂直度進(jìn)行自動矯正，自動測量鉆孔深度，提高施工效率、確保鉆孔質(zhì)量。鉆孔清孔采用兩次清孔模式，第一次在終孔后，第二次在吊鋼筋籠后。第一次清孔要求返回的泥漿中不含粘土碎片，第二次清孔要防止塌落洞。

2.3 鋼筋籠制作和吊裝

鋼筋籠要在標(biāo)高位置固定好，防止上浮。同時根據(jù)要求進(jìn)行鋼筋籠聲探測管固定，做好端口保護(hù)，為后期樁基測試做好準(zhǔn)備。

2.4 灌注混凝土

鉆孔灌注樁混凝土工作關(guān)鍵包括：一是保障原材料質(zhì)量。按照要求做好原材料質(zhì)量檢驗檢測工作，保障原材料質(zhì)量符合要求，嚴(yán)謹(jǐn)使用不合格的原材料；二是做好混凝土導(dǎo)管防水測試。在進(jìn)行導(dǎo)管安裝前要做好防水測試工作，防止混凝土澆筑時產(chǎn)生混凝土離析等問題；三是注意混凝土坍落度與混凝土攪拌時間的控制；四是灌注開始后，應(yīng)連續(xù)地進(jìn)行，準(zhǔn)備好導(dǎo)管拆卸機具，縮短拆除導(dǎo)管的時間間隔，控制最后一次混凝土灌注量，在泥漿全部排除后超灌混凝土高度宜為0.8 ～1.0m，保證鑿除浮漿后暴露的樁頂混凝土強度滿足設(shè)計要求。

3、案例分析

3.1 項目背景

某建筑工程主體為框架結(jié)構(gòu)，長76m，寬42m，地上兩層，地下一層，建筑高度為24m?；A(chǔ)為樁基礎(chǔ) +防水板式基礎(chǔ)。本工程樁基采用鉆孔灌注樁（端承樁），樁身直徑為800mm，縱筋為20C22mm；箍筋為C8m @200（@100）；加勁箍筋為C20mm@2000，樁身混凝土等級為C35。根據(jù)工程樁設(shè)計圖紙，樁長為2 ～7.8m 不等，其中嵌巖段長度為0.8 ～4.8m 不等。

3.2 地質(zhì)水文情況

3.2.1 地質(zhì)情況

將勘察深度范圍內(nèi)揭露的巖土體根據(jù)相關(guān)規(guī)范劃分為4 個工程地質(zhì)層，各層具體分述如下：

①-1 層雜填土：雜色，松散，以建筑垃圾為主，堆填時間小于1年。

①-2 層素填土：灰黃色，可塑狀態(tài)為主，填積時間大于10年。

③層粉質(zhì)粘土：黃褐色，硬塑狀態(tài)為主，強度韌性中等。

④層卵礫石層：灰黃色、黃褐色，成分復(fù)雜，卵石礫徑20 ～200mm，由粉質(zhì)黏土充填，局部含中粗砂，鉆進(jìn)時孔壁易坍塌。

⑤-1 層強風(fēng)化含礫砂巖：棕紅色，強烈風(fēng)化呈碎塊狀，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

⑤-2 層中風(fēng)化含礫砂巖：棕紅色，塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為 IV 級。

3.2.2 水文情況

孔隙型潛水主要賦存于場地①-1 層雜填土以及①-2 層素填土中。③層粉質(zhì)黏土為相對隔水層?？碧綔y得穩(wěn)定水位埋深為0.63 ～1.73m。承壓水主要賦存于④層卵礫石、⑤-1 層強風(fēng)化含礫砂巖風(fēng)化裂隙和節(jié)理裂隙中。

3.3 鉆孔灌注樁施工要點

3.3.1 施工工藝選擇

旋挖成孔灌注樁宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層，應(yīng)根據(jù)不同的地層情況、地下水位埋深及其他周邊環(huán)境情況，采用干作業(yè)成孔或泥漿護(hù)壁成孔工藝。本工程施工場地極為狹小，無法提供泥漿護(hù)壁成孔工藝所需的泥漿池；且由于周邊環(huán)境的影響，需保證場區(qū)內(nèi)的文明施工。因此采用干作業(yè)成孔工藝，施工工序為：樁位放樣→鉆機就位→埋設(shè)護(hù)筒→鉆孔至設(shè)計深度→空轉(zhuǎn)鉆頭清孔→吊放鋼筋籠→灌注混凝土。

3.3.2 施工技術(shù)要點

灌注樁施工過程中除常規(guī)做法外，需特別注意以下幾點：

（1）鉆頭需選用帶保徑裝置的鉆頭。

（2）鉆進(jìn)過程應(yīng)隨時檢查鉆桿的垂直度，若發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)立即調(diào)整；鉆進(jìn)過程中遇軟硬土層交界面或傾斜巖面，應(yīng)保持低速、低鉆壓鉆進(jìn)，確保鉆桿的垂直度滿足要求。

（3）鉆進(jìn)至持力層巖面時，需勘探人員進(jìn)行判巖后再繼續(xù)鉆進(jìn)，確保嵌巖深度滿足設(shè)計要求。

（4）鉆孔結(jié)束后與吊放鋼筋籠之前若間隔較長時間，必須嚴(yán)格執(zhí)行清孔工序。

3.4 鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測與處理措施

3.4.1 質(zhì)量檢測

（1）檢測項目。為保證樁基檢測結(jié)果的合理性，應(yīng)采用兩種或兩種以上的檢測方法對照檢測結(jié)果。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本工程樁基檢測項目、檢測方法及數(shù)量如表1所示。

表1 樁基檢測項目及數(shù)量

（2）檢測結(jié)果。經(jīng)第三方檢測，受檢樁中單樁豎向抗壓靜載試驗（3 根）及聲波透射法檢測（11 根）的14根樁滿足設(shè)計要求，采用低應(yīng)變法檢測的60 根樁中，有兩根樁檢測結(jié)果異常，檢測結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 低應(yīng)變樁基完整性檢測附圖（34 號樁）

圖2 低應(yīng)變樁基完整性檢測附圖（95 號樁）

檢測人員懷疑樁底沉渣過厚，后續(xù)通過鉆芯法驗證，實際鉆芯結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 實際鉆芯結(jié)果（34 號樁）

圖4 實際鉆芯結(jié)果（95 號樁）

3.4.2 質(zhì)量缺陷修復(fù)

根據(jù)該質(zhì)量問題，項目部立即組織召開專家論證會議研究處理方式，專家提出可根據(jù)灌注樁后注漿施工技術(shù)機理，通過后開孔注漿的方法，嘗試加強樁底沉渣承載能力，后續(xù)再通過檢測結(jié)果判斷加強處理后的樁是否滿足設(shè)計要求。

注漿處理主要施工方法如下：

（1）鉆孔。在樁頂彈線確定鉆孔位置，先固定鉆孔機械，調(diào)整鉆桿垂直度，并在施鉆時控制鉆桿垂直度，避免破壞樁身鋼筋，以低應(yīng)變檢測樁身長度作為參考，鉆進(jìn)過程中持續(xù)連接鉆桿，直到鉆頭鉆入到樁底沉渣與中風(fēng)化巖石交界處。

（2）清孔。當(dāng)鉆孔鉆入深度達(dá)到要求后，選一個鉆孔（后鉆孔）為高壓注水孔，另一個孔（取芯孔）為排污孔，將高壓注水管插入孔底，壓強控制在1.0 ～1.5MPa 范圍內(nèi)。持續(xù)注入清水沖洗，清洗部分軟弱沉渣，直至排污孔處冒出的泥漿完全變?yōu)榍逅?/p>

（3）注漿。清孔結(jié)束后，在后鉆孔孔口預(yù)埋套管，套管外側(cè)與孔壁內(nèi)側(cè)的環(huán)形空間采用水泥砂漿填充，待水泥砂漿固結(jié)后再進(jìn)行注漿施工。采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥配置水泥漿，水泥漿的水灰比應(yīng)與原混凝土的水灰比相同，內(nèi)摻水泥用量12%的膨脹劑，以此降低水化熱，減少收縮。用注漿泵持續(xù)逐級加壓注入配制好的水泥漿，最大壓強控制在2.0MPa 左右，直到取芯孔孔口返出純水泥漿。這時采用栓塞封閉取芯孔，同時保持注漿壓力穩(wěn)定。待進(jìn)漿量很小時，樁底清水清洗后剩余頑固沉渣的空隙中已充滿水泥漿液。

（4）骨料填充。注漿完成后，提升起后鉆孔內(nèi)的注漿設(shè)備及取芯孔內(nèi)的栓塞，為了保證注漿孔內(nèi)的注漿體強度，在已灌滿水泥漿的鉆孔內(nèi)投入小粒徑的碎石（粒徑約20mm）進(jìn)行填充，碎石量參考樁身混凝土骨料比例。

（5）孔口封堵。填充完后，用與孔徑相匹配的等強度混凝土塊堵住孔口，最后用水泥砂漿封死。

3.4.3 修復(fù)后再檢測

待達(dá)到28d 齡期后，對注漿處理的兩根樁重新進(jìn)行低應(yīng)變檢測，檢測結(jié)果合格，可進(jìn)行后續(xù)施工，檢測結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 低應(yīng)變再檢測附圖（34 號樁）

圖6 低應(yīng)變再檢測附圖（95 號樁）

結(jié)語：

綜上所述，雖然鉆孔灌注樁施工技術(shù)在我國已經(jīng)越來越成熟，但是到了具體的施工過程中還是會出現(xiàn)諸多施工質(zhì)量問題。鉆孔灌注樁工程質(zhì)量問題的出現(xiàn)原因多種多樣，例如施工中鉆孔的深度和直徑、泥漿護(hù)壁是否符合要求、使用護(hù)筒的方式，機械設(shè)備的鉆進(jìn)速率以及與鉆孔孔壁的碰撞，機手對于機械的操作，地層特征，巖土體工程特性，地下水等。對此，應(yīng)結(jié)合實際施工要求，選擇適宜的鉆進(jìn)方式以及鉆進(jìn)設(shè)備，制定出專項可行的施工方案，減少施工過程中鉆孔塌陷等質(zhì)量病害的出現(xiàn)，同時需對成樁位置復(fù)核、鋼筋籠安裝檢查、沉渣厚度檢查等符合要求后方可進(jìn)入下一工序，提高施工質(zhì)量，方能到達(dá)加快工期、降低費用的效果。