蔣利

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司 湖北武漢 430000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)展加快，人口在大中型城市聚集，有限的城市土地供應(yīng)，推動(dòng)了高層建筑迅猛發(fā)展。在我國(guó)城市高層結(jié)構(gòu)建設(shè)中，高層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)采用筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等，其中，采用樁基礎(chǔ)最多。在整個(gè)房建工程建設(shè)中，樁基工程所耗費(fèi)的工期、成本費(fèi)用占比較高。因此研究樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)，有利于平衡樁基質(zhì)量和成本之間關(guān)系，有利于指導(dǎo)施工作業(yè)質(zhì)量，提高施工能力，獲得更好施工效益。

1 樁基礎(chǔ)施工概述

建筑工程基礎(chǔ)質(zhì)量直接關(guān)系著整個(gè)單項(xiàng)工程的質(zhì)量。在樁基施工過(guò)程中，把握好個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)能有效保障施工正常運(yùn)行。各部位施工偏差越小，質(zhì)量越有保障。機(jī)械旋挖樁主要工序是：定樁位-埋護(hù)筒-鉆機(jī)就位、校準(zhǔn)-鉆孔-清孔-測(cè)孔深-安放鋼筋籠-導(dǎo)管安裝-檢查沉渣厚度-澆筑混凝土-截樁頭-樁檢測(cè)。

旋挖樁鉆機(jī)在國(guó)際上應(yīng)用了幾十年，近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)對(duì)該種設(shè)備認(rèn)識(shí)加深，因其具有工作效率高、工作質(zhì)量好、塵土泥漿污染少、自動(dòng)化程度高、功能多（電腦控制、自動(dòng)校準(zhǔn)鉆孔垂直度、自動(dòng)測(cè)量鉆孔深度）適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)等特點(diǎn)，通過(guò)不斷嘗試應(yīng)用，成為近年來(lái)發(fā)展最快的樁基施工方法。

旋挖鉆機(jī)通過(guò)鉆頭旋挖取土，并通過(guò)鉆桿伸縮將鉆頭提升出孔內(nèi)卸土，在鉆孔時(shí)通過(guò)泥漿護(hù)壁，利用泥漿排渣成孔，孔壁形成明顯的螺旋線。該種施工方法能克服成孔時(shí)空地沉淤泥土多、轉(zhuǎn)孔側(cè)摩擦應(yīng)力低等困難。

通過(guò)對(duì)房建項(xiàng)目機(jī)械旋挖樁施工的觀察分析，認(rèn)為機(jī)械旋挖樁施工過(guò)程中的護(hù)筒埋設(shè)、泥漿護(hù)壁施工質(zhì)量、機(jī)械設(shè)備對(duì)樁基施工具有較大的影響，通過(guò)技術(shù)研究分析和試驗(yàn)測(cè)試，形成改進(jìn)處置措施，具有較大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)成效[1]。

2 護(hù)筒埋設(shè)工藝研究

2.1 護(hù)筒埋設(shè)施工要求

一般根據(jù)護(hù)筒長(zhǎng)度采用不用厚度鋼板制作，護(hù)筒長(zhǎng)度4m以內(nèi)，采用厚8～10mm的鋼板制作，長(zhǎng)度大于4m的護(hù)筒，采用厚10～15mm鋼板制作。鋼護(hù)筒埋置較深時(shí)，采用多節(jié)鋼護(hù)筒連接使用。護(hù)筒高度要高于樁頂標(biāo)高，地平面標(biāo)高低于樁頂標(biāo)高時(shí)，鋼護(hù)筒應(yīng)高出樁頂標(biāo)高0.3m，當(dāng)?shù)仄矫娓哂跇俄敇?biāo)高時(shí)，鋼護(hù)筒應(yīng)高于地面0.3m，傾斜率應(yīng)小于1.3%，樁中心與護(hù)筒中心偏差不得大于45mm。為控制護(hù)筒安裝高度及樁頂標(biāo)高，一般在樁心外圍2.5倍孔樁半徑處選擇三個(gè)點(diǎn)，用短鋼筋固定好點(diǎn)位。先挖一個(gè)孔樁直徑大小的圓坑（留出短鋼筋的位置不挖），再把鋼護(hù)筒吊放進(jìn)孔內(nèi)，用卷尺測(cè)量，調(diào)整護(hù)筒位置，使護(hù)筒外邊緣到到三個(gè)短鋼筋頭的距離相等，此時(shí)鋼護(hù)筒中心與孔樁中心重合。同時(shí)用水平尺或線墜檢查鋼護(hù)筒垂直度，確定鋼護(hù)筒的孔口標(biāo)高，然后對(duì)稱、均勻?qū)⒆o(hù)筒外側(cè)與孔壁之間的空隙采用其周圍的渣土回填夯實(shí)。

2.2 改進(jìn)措施

根據(jù)護(hù)筒工藝可發(fā)現(xiàn)，隨著地質(zhì)條件不同、鉆孔深度不同，機(jī)械加強(qiáng)強(qiáng)度和震動(dòng)的下沉頻率時(shí)刻在變動(dòng)，在護(hù)筒埋設(shè)過(guò)程中，部分護(hù)筒中心與樁位中心很容易產(chǎn)生較大偏差。通過(guò)不同加壓和不同頻率的試驗(yàn)，得出了適用于不同地質(zhì)情況下的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以保證護(hù)筒中心與樁位中心的偏差保持在允許范圍值內(nèi)[2]。

3 泥漿護(hù)壁質(zhì)量管控研究

3.1 質(zhì)量管控要點(diǎn)

泥漿護(hù)壁主要適用于地下水位以下的粘性土、粉土、沙土、填土、碎石土及風(fēng)化巖層的轉(zhuǎn)孔灌注樁施工，屬于濕式旋挖轉(zhuǎn)孔。樁基護(hù)壁泥漿是黏土和水的混合物，一般遵循就地取材，但要考慮影響泥漿性能的因素。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和研究，泥漿的主要性能是粘度、酸堿度、含砂率、膠體率、失水率、泥皮厚度、泥漿比重等。根據(jù)記錄分析總結(jié)，泥漿的粘度16-34Pa.s，酸堿度保持堿性（PH值8-10），含砂率控制在泥漿總體積的4%以內(nèi)，失水率控制在泥漿總體積的20%以內(nèi)，泥皮厚度小于3mm，泥漿比重1.02-1.05之間。相關(guān)專業(yè)對(duì)泥漿的性能指標(biāo)也有不同的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

公路方面，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50--2011第74頁(yè)表8.7.3規(guī)定：清孔后泥漿指標(biāo)→相對(duì)密度：1.03-1.10；粘度：17-20Pa.s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%；建筑工程方面，根據(jù)《建筑工程地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2018第5章，表5.64泥漿護(hù)壁成孔灌注樁質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定，泥漿比重（黏土或砂石土）清孔后距孔底500mm處取樣測(cè)量值：1.10-1.25；含砂率小于8%；粘度：18-28s。

3.2 質(zhì)量管控難點(diǎn)

由于施工各部位、不同深度地質(zhì)、含水量、密實(shí)度等存在差異化，另外泥漿也會(huì)受季節(jié)、天氣、光照影響。保持泥漿的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵。另外需考慮經(jīng)濟(jì)成本、施工資源和工期要求因素。

3.3 控制措施

泥漿主要有加膨潤(rùn)土泥漿和聚合物泥漿兩種。膨潤(rùn)土泥漿里主要添加劑材料是膨潤(rùn)土、燒堿和純堿。首先要對(duì)原材料進(jìn)行驗(yàn)收查看是否合格過(guò)期，然后通過(guò)工地實(shí)驗(yàn)室制定不同的泥漿配方。最后，按照試驗(yàn)配合比按照工藝流程，選擇熟練操作工人制備泥漿，按照建筑工程有關(guān)規(guī)范指標(biāo)，對(duì)泥漿的比重、粘度、含砂率、膠體率和PH值進(jìn)行檢測(cè)[3]。

針對(duì)承壓水、流沙層、風(fēng)積沙地質(zhì)，容易出現(xiàn)塌孔、縮孔、沉渣較厚等情況，可以加大泥漿比重至1.2～1.3，泥漿里添加纖維素，施工時(shí)盡量縮短泥漿護(hù)壁時(shí)間。

4 塌孔處置研究

4.1 塌孔危害

鉆孔遇到不良地質(zhì)條件或者操作不當(dāng)，易出現(xiàn)塌孔情況，塌孔不及時(shí)處理，會(huì)埋鉆、堵鉆、卡鉆等事故，可能留下導(dǎo)水通道，形成質(zhì)量隱患。

4.2 塌孔成因

一是地質(zhì)影響。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)回填土深度超過(guò)5米，堆填無(wú)序、土質(zhì)松散、地下水滲透較大、回填密實(shí)度差，鉆孔過(guò)程中已發(fā)生塌孔。二是施工操作影響。在鉆孔過(guò)程中，鉆孔速度、停鉆時(shí)長(zhǎng)、鉆孔附近大型設(shè)備施工振動(dòng)影響、清孔未及時(shí)澆筑混凝土、下放鋼筋籠剮蹭等也會(huì)導(dǎo)致塌孔。

4.3 塌孔處置措施

針對(duì)地質(zhì)原因造成，常采用泥漿護(hù)壁、回填素混凝土、埋設(shè)鋼護(hù)筒等措施進(jìn)行處理。從經(jīng)濟(jì)角度講，泥漿護(hù)壁處理降級(jí)效益比較高，隨著樁基深度不同，不同地段含水率不同，就需要調(diào)整泥漿比重，通過(guò)試驗(yàn)，得出適用于不同地質(zhì)情況下的各項(xiàng)和數(shù)據(jù)，防止鉆孔坍塌。另外發(fā)生塌孔時(shí)，要結(jié)合本項(xiàng)目的地質(zhì)報(bào)告中本樁位附近的地質(zhì)條件，判斷塌孔位置，可采取回填砂和黏土沉積密實(shí)后進(jìn)行二次轉(zhuǎn)孔。

針對(duì)操作方面造成，鉆孔前對(duì)工人師傅詳細(xì)交底不同深度轉(zhuǎn)孔速度、垂直角度，并做好技術(shù)指導(dǎo)并做好記錄，根據(jù)變化及時(shí)調(diào)整鉆速、泥漿粘度等。一般鉆孔時(shí)連續(xù)作業(yè)，附近5米范圍內(nèi)盡量避免大型設(shè)備施工作業(yè)或車輛通過(guò)。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)條件，要檢查鋼絲繩磨損、牢固情況和鉆頭磨損程度，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或更換材料。

5 機(jī)械設(shè)備選擇研究

5.1 常用機(jī)械設(shè)備優(yōu)劣分析

建筑樁基礎(chǔ)工程打樁施工使用旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)三種常見(jiàn)機(jī)械設(shè)備。下面先對(duì)三種機(jī)械優(yōu)勢(shì)和不足做對(duì)比分析如下：

5.1.1 鉆挖鉆機(jī)

旋挖鉆機(jī)施工土層速度快，移位快，可以滿足工期要求較高的工程，自帶的平衡系統(tǒng)可以很好地控制、檢查成孔垂直度。但僅局限于挖取土層和強(qiáng)風(fēng)化土層成樁，而且不適用于樁徑較大的成孔，并容易造成塌孔。

5.1.2 沖擊鉆機(jī)

沖擊鉆機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，在土層和質(zhì)堅(jiān)的巖層都可以順利成樁，但整體成孔效率低，移機(jī)速度慢，影響進(jìn)度，在土層中施工易出現(xiàn)傾斜、擴(kuò)孔的狀況，導(dǎo)致混凝土超灌，增加材料成本。

5.1.3 回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

轉(zhuǎn)鉆機(jī)中無(wú)論正循環(huán)還是分循環(huán)的鉆機(jī)，均適用于粘性土、含少量礫石、卵石的土層、軟巖，不適用于大量卵石層及硬巖層。其中正循環(huán)鉆機(jī)也適用于粉砂、細(xì)中粗砂層。反循環(huán)鉆機(jī)在砂層中鉆機(jī)如果泥漿調(diào)治的指標(biāo)不夠或鉆機(jī)速度過(guò)快，可能會(huì)造成塌孔的事故。

回轉(zhuǎn)鉆機(jī)特別適用于內(nèi)陸沖積層較厚的平原、沿海地區(qū)灘涂地區(qū)的摩擦樁成孔。從成孔速度上分析，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)快于沖擊鉆機(jī)，不及旋挖鉆機(jī)。從工程造價(jià)上分析，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是三種鉆機(jī)中最經(jīng)濟(jì)的，價(jià)格最便宜的。

5.2 選擇原則

5.2.1 優(yōu)先考慮操作

沖擊鉆機(jī)也可以根據(jù)工地的實(shí)際情況自行組裝，并且具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作程序的繁簡(jiǎn)上，沖擊鉆優(yōu)于回轉(zhuǎn)和旋挖鉆機(jī)。

5.2.2 優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)成本

沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的共同的特點(diǎn)是本身設(shè)備價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)幾十年的市場(chǎng)選擇，已經(jīng)成為樁基成孔的主流機(jī)械。從工程造價(jià)上分析，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是三種鉆機(jī)中最經(jīng)濟(jì)的，價(jià)格最便宜的。

5.2.3 優(yōu)先考慮性價(jià)比

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)也逐步暴露出一些難以克服的缺點(diǎn)：一是效率低。按照正常的施工質(zhì)量要求和一般地質(zhì)地層情況，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)每天鉆孔8～lOm左右，而沖擊鉆成孔速度則更慢。二是自動(dòng)化程度低，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的自動(dòng)化程度不高，基本是露天操作，工人工作的環(huán)境惡劣，已不符合現(xiàn)在社會(huì)人性化和高度自動(dòng)化的潮流。

使用旋挖鉆機(jī)施工，干法成孔時(shí)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和周遍環(huán)境造成污染。即便采用靜態(tài)泥漿成孔時(shí)，相對(duì)于沖擊鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的污染，旋挖鉆機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生污染要少。在一般地層，旋挖鉆機(jī)成孔速度是普通鉆機(jī)的4～6倍。按照在一般地層和橋梁樁長(zhǎng)30米以內(nèi)估算，按照正常的樁基成孔的質(zhì)量控制要求，成孔一根合格的樁基，回轉(zhuǎn)鉆機(jī)大約是24～36小時(shí)。而熟練的旋挖鉆機(jī)操作手再配備技術(shù)員指導(dǎo)鉆孔，樁基成孔則只需要6-9個(gè)小時(shí)。在這方面旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)明顯。

旋挖鉆機(jī)可配備不同鉆頭，常見(jiàn)的旋挖鉆頭有螺旋鉆頭、旋挖斗，另外還有針對(duì)不同地質(zhì)情況的筒式取芯鉆頭、擴(kuò)底鉆頭、沖擊鉆頭、沖抓錐鉆頭，可用于砂層、土層巖層等不同地層的鉆孔。

旋挖鉆機(jī)靠履帶可以自行走，鉆孔前的定位非常準(zhǔn)確和方便。旋挖鉆機(jī)不僅鉆垂直樁，還可以鉆斜樁。

高度自動(dòng)化，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，工作環(huán)境舒適。旋挖鉆機(jī)是集大功率、全液壓、機(jī)電一體化、操作舒適化（人性化）于一體產(chǎn)物。

5.3 旋挖鉆機(jī)需要注意事項(xiàng)

旋挖鉆機(jī)也會(huì)受地層地質(zhì)情況的制約，在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石層時(shí)，鉆進(jìn)就變得比較困難，不更換鉆頭，易發(fā)生事故。雖然可以針對(duì)硬巖層、粒徑超過(guò)lOcm的卵石層、直徑大于20cm的漂石地層的配備筒式取芯鉆頭、沖擊鉆頭、沖抓錐鉆頭，但其實(shí)際效率和實(shí)際效果與傳統(tǒng)的沖擊鉆機(jī)相比，其效果仍然不理想。

5.4 小結(jié)

樁基施工中選擇成孔機(jī)械時(shí)，需要考慮多方面因素。選擇成孔機(jī)械時(shí)，首先考慮地層地質(zhì)情況。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，有針對(duì)性的選擇成孔的機(jī)械。其次是考慮鉆機(jī)成孔的經(jīng)濟(jì)成本、工期、環(huán)保和文明施工等因素。同時(shí)要對(duì)不同鉆機(jī)有客觀的認(rèn)識(shí)，充分認(rèn)識(shí)人為和機(jī)械設(shè)計(jì)本身缺陷，才能避免事故發(fā)生，控制樁基施工質(zhì)量。

6 研究成效

在不同地質(zhì)條件下，采用不同的樁基的施工技術(shù)，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下不僅可以同時(shí)施工，節(jié)省材料，還可節(jié)省人力成本，縮短工期。同時(shí)通過(guò)對(duì)機(jī)械旋挖樁的研究，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)施工技術(shù)在成孔率、成本控制、工期、安全、環(huán)保、自動(dòng)化方面有優(yōu)勢(shì)，此項(xiàng)技術(shù)已在孝感安置房項(xiàng)目、荊州還建房項(xiàng)目應(yīng)用，成功解決了在樁基施工中對(duì)環(huán)境噪音污染、垂直度控制、塌孔控制、孔壁緊縮等技術(shù)難題，該技術(shù)應(yīng)用保證樁基礎(chǔ)施工成孔率大大提高，樁質(zhì)量有保證，安全可靠，施工效率得以提高，同時(shí)降低了樁基施工的直接成本和樁基施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)返工、人員設(shè)備窩工、施工效率低下造成的間接成本。

7 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)正在實(shí)施“碳中和”“碳達(dá)峰”這一國(guó)家重大戰(zhàn)略，全社會(huì)、各行業(yè)將共同承擔(dān)、共同參與，必將引起新一輪產(chǎn)業(yè)和技術(shù)革命，我國(guó)作為基建大國(guó)，建筑行業(yè)是踐行“碳中和”“碳達(dá)峰”戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵領(lǐng)域和主戰(zhàn)場(chǎng)之一。建筑領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、綠色施工工藝迭代升級(jí)將會(huì)迎來(lái)更大發(fā)展機(jī)遇。樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)研究理論和實(shí)踐成果，有助于建筑企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力，主動(dòng)適應(yīng)新的建筑市場(chǎng)體系，推動(dòng)建筑施工工藝、技術(shù)的升級(jí)換代，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。