黃志強(qiáng)

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025)

0 引言

目前，國內(nèi)基坑支護(hù)灌注樁，大都采用泥漿護(hù)壁成孔后下鋼筋籠再灌注混凝土的傳統(tǒng)成樁工藝，但傳統(tǒng)工藝造成的泥漿，不僅對環(huán)境污染大，施工速度慢，并且成本高。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁施工技術(shù)，是一種較為新型樁基施工工藝，該工藝是由長螺旋鉆機(jī)混凝土泵鋼筋籠振搗輔助設(shè)備組成的施工體系。用動(dòng)力頭帶動(dòng)的長螺旋鉆桿緩慢干鉆，鉆孔過程中周圍土體一部分被擠壓到四周，絕大部分通過螺旋鉆桿的葉片被帶至地面，當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,用混凝土泵車將混凝土通過中空鉆桿壓灌至孔底,邊灌混凝土邊提升鉆桿,直至將混凝土灌滿整個(gè)樁孔，最后通過振動(dòng)錘將鋼筋籠安放到位。該工藝近幾年來在福建省內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的工藝具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)適應(yīng)性強(qiáng)：該樁型不僅適用于填土填砂層流塑性淤泥砂層粉質(zhì)粘土層，砂卵石層，亦適用于其余軟土層流砂層及含地下水的各類土層，在不良地質(zhì)條件下的施工表現(xiàn)了較強(qiáng)的優(yōu)勢。

(2)施工速度快：省去泥漿制備及清孔環(huán)節(jié)，在鉆桿提升過程中完成混凝土的灌注，施工連續(xù)性較好。

(3)成樁質(zhì)量高：樁身混凝土從鉆桿中心壓入孔中，并在用振動(dòng)錘安放鋼筋籠時(shí)對樁身混凝土進(jìn)行了再一次振搗，使樁身混凝土進(jìn)一步密實(shí)，對樁周土體也有一定的擠密滲透作用，從而提高土體的側(cè)摩阻力，樁基的承載力和抗拔力也就相應(yīng)增強(qiáng)。

(4)經(jīng)濟(jì)環(huán)保：施工過程中，不需要泥漿護(hù)壁，不排污，施工成本比其余樁型更低。

1 工程概況

1.1 工程簡況

中鋁瑞閩股份有限公司高端電子及包裝材料項(xiàng)目，位于福清市江鏡鎮(zhèn)華僑農(nóng)場，閩臺(福州)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，場地南側(cè)緊鄰興化灣。廠房為樁基礎(chǔ)單層鋼結(jié)構(gòu)，冷軋區(qū)廠房設(shè)備基礎(chǔ)埋深4m～9m，基坑周長總和約930m。

1.2 工程與水文地質(zhì)條件

1.2.1工程地質(zhì)條件

基坑開挖影響范圍內(nèi)各巖土層的性狀特征依序分述如下：

①-1吹填砂：灰白灰黃色，主要成分為石英質(zhì)中細(xì)砂，以亞圓形為主，級配一般，含少量貝殼碎屑，為新近堆填，呈濕～飽和，松散狀態(tài)。層厚0.30m～3.50m。

④-1淤泥：深灰，灰黑色，略具臭味，飽和，流塑狀態(tài)，含少量腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，不均勻含5～10%的中粗砂。光澤反應(yīng)有光澤，搖振無反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。頂面埋深介于0.50m～3.50m，相當(dāng)于標(biāo)高0.56m～3.52m，層厚介于4.60m～16.00m。

④-3淤泥質(zhì)黏土：灰色深灰色，局部含少量的有機(jī)質(zhì)腐植物，局部夾中細(xì)砂，軟塑～流塑狀態(tài)，局部呈飽和，光澤反應(yīng)有光澤，搖振無反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。頂面埋深介于6.50m～20.80m，相當(dāng)于標(biāo)高-17.04m～-2.47m，層厚介于1.60m～7.70m。

④-2粉質(zhì)黏土：灰黃色，不均勻含少量石英砂，可塑～硬塑狀態(tài)，飽和，光澤反應(yīng)稍有光澤，搖振無反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。場地內(nèi)絕大部分鉆孔遇見該層，其頂面埋深介于8.20m～23.20m，相當(dāng)于標(biāo)高-19.44m～-3.92m，層厚介于0.80m～18.40m。

④-4中砂：褐黃色灰褐色，不均勻含10%～25%粘性土，砂的主要成份為石英，亞圓形～圓形，級配不良，含20%～25%的粘粒。很濕～飽和，稍密～中密狀態(tài)。頂面埋深介于14.50m～27.20m，相當(dāng)于標(biāo)高-22.88m～-10.19m，層厚介于0.50m～4.40m。

1.2.2水文地質(zhì)條件

場地地下水類型，分為孔隙潛水裂隙潛水和承壓水。賦存于第四系①②層中的地下水為潛水，主要受降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給，水量一般不大，水位隨季節(jié)性變化較大大；由于粉質(zhì)黏土③淤泥④-1淤泥質(zhì)黏土④-2粉質(zhì)黏土④-3 層為相對隔水層，賦存于中砂④-4 層及其以下地層中的地下水屬承壓水，主要受地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，水頭高度介于2.0～4.0m，中砂④-4 層為富水性地層，含水量較豐富。

2 支護(hù)方案

根據(jù)該場地的工程地質(zhì)水文地質(zhì)周邊環(huán)境等條件，該工程采用灌注樁+單軸攪拌樁止泥+1 道內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù)。其中，灌注樁樁徑800mm，樁長12m～20m，樁間距1000mm～1300mm。

2.1 灌注樁施工設(shè)備選型及工藝流程

支護(hù)灌注樁施工的同時(shí)，工程樁PHC管樁也在同步進(jìn)行施工，場地狹小受限制，若采用傳統(tǒng)的沖孔灌注樁或旋挖灌注樁施工，施工過程中形成的泥漿勢必會(huì)對場地造成破壞，影響工程樁及支護(hù)樁的施工進(jìn)度。經(jīng)各方研究對比，決定采用兩臺JZL90型長螺旋施工支護(hù)灌注樁，既保證了施工工期又不會(huì)影響工程樁的施工。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2.2 施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

該工程采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁作為支護(hù)樁。在施工過程中結(jié)合地層情況，對各個(gè)工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，并采取相應(yīng)措施保證成樁質(zhì)量。

2.2.1成孔

長螺旋在淤泥層施工時(shí)容易發(fā)生竄孔現(xiàn)象，特別在工程最小樁間距僅1000mm，因此，該工程針對間距1000mm的樁，采用跳二打一的順序，分3次施工完一排樁；針對1200mm及1300mm間距的樁，采用跳一打一的順序，分兩次施工完一排樁。為了保證鋼筋籠插入的質(zhì)量，成孔深度大于設(shè)計(jì)深度300mm～500mm。

2.2.2泵送混凝土及提鉆

當(dāng)鉆頭鉆到預(yù)定標(biāo)高時(shí)，應(yīng)先泵送混凝土，混凝土塌落度控制在180mm～220mm，石子粒徑控制在5mm～20mm，并摻入泵送劑或減水劑。先泵送混凝土，使管內(nèi)的空氣從動(dòng)力頭底部的空氣閥排出，待輸送泵軟管，鐵管及鉆桿內(nèi)混凝土連續(xù)時(shí)方提鉆。在樁機(jī)鉆桿附近，設(shè)置專人指揮混凝土的泵送，與泵送工密切配合，提鉆速度控制在2.0～3.5m/min，并保證鉆頭埋入混凝土的深度在1.0m左右[1]。

泵送混凝土?xí)r，料斗內(nèi)混凝土的高度不低于400mm，避免泵送時(shí)吸入空氣造成堵管。泵工作壓力值一般控制在3～4MPa[1-2]，鉆頭提到孔口時(shí)，適當(dāng)埋入一定深度，確保樁頭部位超灌高度和樁徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，待混凝土溢出時(shí)再提出鉆具。

2.2.3鋼筋籠制作與安放

長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁的鋼筋籠加工，與傳統(tǒng)的灌注樁鋼筋籠不同，要求鋼筋籠底部采用合龍焊接成錐形結(jié)構(gòu)，且在鋼筋籠尖頭錐形內(nèi)加焊一個(gè)十字導(dǎo)向鋼筋，并在錐尖外用箍筋加強(qiáng)焊接牢固，以便在安放鋼筋籠時(shí)，避免震動(dòng)時(shí)鋼筋籠錐尖頭散開，造成鋼筋籠無法安放，如圖2所示。

圖2 鋼筋籠底部大樣

鋼筋籠的安放，是施工過程中較難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)。為保證鋼筋籠能全部插入至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在混凝土灌注完后立馬進(jìn)行鋼筋籠的安放。鋼筋籠起吊點(diǎn)位置，設(shè)置在籠兩端的1/4處，以防鋼筋籠起吊變形過大；在鋼筋籠兩側(cè)對稱位置設(shè)置吊繩，以保證起吊后的垂直度；振動(dòng)棒插于鋼筋籠錐尖中心處，如圖3所示。先依靠自重緩慢插入混凝土，待插入困難時(shí)開啟振動(dòng)棒，插入速度控制在1.2～1.5m/min[1]，插入過程中，必須保證吊繩處于緊繃狀態(tài)，并結(jié)合儀器保證鋼筋籠插入的垂直度。當(dāng)鋼筋籠到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，摘下吊繩，并提升振動(dòng)錘。為保證混凝土的密實(shí)性，提升過程中保持振動(dòng)錘處于開啟狀態(tài)。

圖3 鋼筋籠安放

3 成樁缺陷及防治措施

在施工前結(jié)合地層情況，項(xiàng)目部分析了施工過程中可能會(huì)遇到的情況，并制定了相應(yīng)的防治措施，確保了工程的順利行進(jìn)。

3.1 鉆孔偏斜

發(fā)生鉆孔偏斜，一般是以下原因造成：①樁身垂直度不夠；②鉆桿連接不在一條直線；③施工過程中因場地表面較軟導(dǎo)致樁機(jī)傾斜[3-4]。

防治措施：①每根樁施工前，反復(fù)校正樁身垂直度，將樁機(jī)前部及側(cè)部的垂直度校正器均調(diào)至居中后開鉆；②經(jīng)常檢查并調(diào)整鉆桿接頭；③施工前場地平整并壓實(shí)，必要時(shí)鋪設(shè)鋼板或磚渣。

3.2 竄孔

該工程淤泥較厚且處于軟塑～流塑狀態(tài)，因此很容易發(fā)生竄孔現(xiàn)象，故在施工前項(xiàng)目部研究決定，對于間距1000mm的樁采用跳二打一的順序，分3次施工完一排樁；對于1200mm及1300mm間距的樁采用跳一打一的順序，分兩次施工完一排樁。

3.3 斷樁

發(fā)生斷樁，一般是以下原因造成：

(1)提鉆速度過快，鉆頭未埋入混凝土；

(2)發(fā)生堵管時(shí)間過長，導(dǎo)致混凝土灌注中斷；

(3)機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障或混凝土供應(yīng)不及時(shí)；

(4)承壓水頭過大或混凝土供應(yīng)不及時(shí)。

防治措施：

①嚴(yán)格控制提鉆速度在2.0～3.5m/min，并保證鉆頭埋入混凝土；②嚴(yán)格控制混凝土塌落度，對于不滿足要求的混凝土退回處理，發(fā)生堵管時(shí)迅速處理，若超過混凝土初凝時(shí)間需重新鉆孔施工；③施工前檢查各個(gè)設(shè)備，確保沒問題后方可開鉆，并在提鉆前備足混凝土，保證一次成樁；④對于承壓水頭過大的地層，可適當(dāng)減少混凝土塌落度，減慢提鉆速度，并保證混凝土連續(xù)灌注。

4 灌注樁檢測

該工程支護(hù)樁總樁數(shù)841根，施工完后對169根支護(hù)樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測，檢測率20%，經(jīng)檢測均為Ⅰ類樁。

5 結(jié)語

該工程采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠的工藝施工灌注樁，在支護(hù)樁施工的同時(shí)，工程樁的施工并未受影響，這是其余樁機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的，為今后類似土層條件下的工程施工提供參考。該項(xiàng)目較好地說明了長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁不僅適應(yīng)性強(qiáng)成樁速度快，而且還具有成樁質(zhì)量高環(huán)境污染小造價(jià)低等特點(diǎn)，在基坑支護(hù)的工程中推廣價(jià)值高。對于強(qiáng)度高于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化的地層，長螺旋在樁機(jī)性能鉆進(jìn)技術(shù)及施工工藝方面，還有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。