尤文博

鉆孔灌注樁技術(shù)在現(xiàn)代基礎(chǔ)建設(shè)工程中的應(yīng)用十分普遍，適用于建筑、鐵路、公路與橋梁等各類工程。近年來，我國西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)也獲得了快速發(fā)展，而且在基礎(chǔ)建設(shè)工程數(shù)量增多、規(guī)模擴(kuò)大的情況下增加了對鉆孔灌注樁技術(shù)的應(yīng)用頻率。以沙漠地區(qū)為例，由于土層結(jié)構(gòu)本身的脆弱性，在建筑項目樁基礎(chǔ)工程中往往需要應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)來提高地基的穩(wěn)定性。

1 鉆孔灌注樁在沙漠地區(qū)的應(yīng)用難點

鉆孔灌注樁技術(shù)在理論與實踐方面已經(jīng)趨于成熟，但與非沙漠地區(qū)相比，在沙漠地區(qū)的應(yīng)用比例相對較低，積累的實踐經(jīng)驗比較少，加上沙漠地區(qū)的自然環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件與水文條件較差，因此在實際應(yīng)用該技術(shù)時仍然會存在一些難點。例如，沙漠地區(qū)的建筑工程施工場地多為砂層，土層較為松軟，會給基礎(chǔ)工程建設(shè)造成一定的困難，而且在實際成孔作業(yè)過程中，隨著施工深度的增加，也需要結(jié)合實際情況調(diào)整鉆孔灌注樁技術(shù)[1]。

在地下土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對松散的情況下，土層的地基承載力有限，此時需要將標(biāo)貫擊數(shù)控制在5 ～25，預(yù)防因擊打范圍過大造成塌孔；但當(dāng)土層結(jié)構(gòu)為細(xì)砂時則可將數(shù)值調(diào)整到40 ～100。另外，為了確保該技術(shù)的應(yīng)用效果，施工時還要避免使用單孔作業(yè)法，盡可能選擇泥漿護(hù)壁方案。

2 鉆孔灌注樁施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 施工工藝

目前，鉆孔灌注樁施工中的常見工藝主要包括長螺旋鉆孔灌注樁、沖擊成孔灌注樁、機(jī)械旋挖成孔灌注樁以及泵吸反循環(huán)成孔等，當(dāng)建筑項目樁基礎(chǔ)工程存在差異時，要選擇適配性較高的施工工藝以確保工程質(zhì)量。

長螺旋鉆孔灌注樁在小粒徑卵石層和砂層中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，能夠有效保障成孔質(zhì)量。從實踐經(jīng)驗來看，應(yīng)用該工藝時需要配置長螺旋鉆機(jī)，并按照設(shè)計圖紙中的標(biāo)高進(jìn)行鉆孔，然后借助混凝土泵將混合料壓出成樁，再通過專門振動裝置一次性插入鋼筋籠，從而完成鋼筋混凝土灌注樁的成形工作。雖然該工藝適用范圍廣，承載能力強(qiáng)，污染較小，但是電能損耗量較大，而且遇到堅硬巖層時往往會出現(xiàn)鉆進(jìn)難的問題。

沖擊成孔灌注樁工藝在軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖、漂礫層以及砂礫卵石層方面的適用性較好，特別是在地下水位以下土層中的應(yīng)用效果十分顯著。該工藝的主要設(shè)備為沖擊式鉆機(jī)，沖擊鉆頭在相應(yīng)高度內(nèi)通過重復(fù)自由落體運(yùn)動完成成樁孔的制作[2]?？紤]到?jīng)_擊時會產(chǎn)生巖屑、鉆渣等，施工人員應(yīng)結(jié)合泥漿循環(huán)與撈渣方式將其排出，以保障成孔質(zhì)量。

機(jī)械旋挖成孔灌注樁工藝在風(fēng)化巖、卵石、砂土以及粉土等方面具有明顯的優(yōu)勢，而且成孔作業(yè)時自動化程度較高，可以較好地實現(xiàn)預(yù)期成孔作業(yè)目標(biāo)。施工人員應(yīng)用時可借助機(jī)械結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)力，使用短螺旋鉆或者回轉(zhuǎn)鉆頭（由伸縮鉆桿帶動）進(jìn)行反復(fù)循環(huán)施工直至成孔，該過程通常包括旋轉(zhuǎn)、挖土、卸土等流程。目前，該工藝可以選擇干鉆進(jìn)方案，也可根據(jù)實際情況選用濕鉆進(jìn)方案，具體操作時應(yīng)以實際土層為主。由于該工藝成孔時存在木桶效應(yīng)，因此孔壁在承受負(fù)壓與出渣反復(fù)沖刷的條件下容易發(fā)生塌孔事故。

泵吸反循環(huán)成孔與長螺旋鉆孔灌注樁工藝的適用范圍基本相同，確定成孔作業(yè)所用的離心泵后，可借助抽吸、大氣壓以及孔內(nèi)液柱負(fù)壓的多重作用將沖洗液壓入孔底。當(dāng)鉆渣通過鉆桿內(nèi)腔排出、沉淀后沖洗液再以反循環(huán)方式流入孔內(nèi)，即可實現(xiàn)反循環(huán)成孔作業(yè)。其護(hù)壁效果較好，但也不適用于堅硬巖層。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

建筑項目樁基礎(chǔ)工程中應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)時，工藝較多，但無論選擇哪一種工藝，均需要結(jié)合設(shè)備、工作原理、配置設(shè)施設(shè)置以及施工管理等進(jìn)行實踐。其中，鉆孔灌注樁工藝使用時的關(guān)鍵技術(shù)如下。

首先，在設(shè)計施工一體化實踐模式下，需要根據(jù)地質(zhì)勘察報告、設(shè)計圖和施工圖等比選出性價比較高的工藝，然后根據(jù)工藝進(jìn)行設(shè)備選型、原理分析，并在此基礎(chǔ)上配置各項設(shè)施。其次，在常規(guī)的施工準(zhǔn)備、施工建設(shè)以及竣工驗收3 大階段，需要按照地質(zhì)條件分析→確定成孔工藝→施工準(zhǔn)備→樁位放樣→施工鉆孔機(jī)就位→鉆井工藝→成孔質(zhì)量檢測等基本流程進(jìn)行操作[3]。由于工藝選擇存在差異，因此在實踐中往往需要對基本流程進(jìn)行精細(xì)化處理，保障工藝流程的全面性。最后，由于現(xiàn)代建筑項目樁基礎(chǔ)工程施工與施工管理始終處于同步應(yīng)用狀態(tài)，因此要做好技術(shù)質(zhì)量控制等配套工作。

3 鉆孔灌注樁在沙漠地區(qū)建筑工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

以某建筑項目樁基礎(chǔ)工程為例，該工程所在區(qū)域?qū)儆谔烊换哪菰傮w地勢平坦，具有以下地質(zhì)特點。

（1）場地所在區(qū)域的地貌形成于第三系末期至第四系初期，其中表層素填土與沖積砂層均由第四系全新統(tǒng)沖積而成，主要成分為細(xì)砂。白堊系志丹群第3組青灰色砂巖構(gòu)成下伏基巖，上覆層與下伏基巖間為不整合接觸關(guān)系。（2）地下水位埋深較淺，由潛水與承壓水構(gòu)成，地下靜止水位埋深在0.43 ～0.77 m，水位標(biāo)高1283.06 ～1281.75 m。（3）分析勘察報告中的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化以及中風(fēng)化砂巖后，明確了三者的側(cè)摩擦阻力特征值分別為45 kPa、70 kPa、85 kPa。

3.2 成孔工藝

首先，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可將相對穩(wěn)定的中風(fēng)化砂巖層作為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的樁端持力層，并控制持力層深度在4.5 m 以上，樁的長度、直徑分別設(shè)計為19.0 m 與0.80 m?？紤]到該工程所在區(qū)域地質(zhì)和水文條件的復(fù)雜性以及土層結(jié)構(gòu)的脆弱性，施工單位結(jié)合設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了試樁檢驗，實驗過程主要按照施工場地中的A、B、C 區(qū)域?qū)螛哆M(jìn)行靜載試驗，試驗內(nèi)容包括了抗壓與抗拔靜載試驗以及水平靜載試驗。

以A 區(qū)AS4 ～AS6 樁 為 例，水 平臨界荷載值均為200 kN，位移的數(shù)值分別 為2.52 mm、6.35 mm、3.81 mm；而水平極限荷載值卻是臨界荷載值的兩倍均為400 kN，位移分別為8.76 mm、35.84 mm、34.45 mm。由此可見，可以選取200 kN 作為施工樁的水平承載力特征值。另外，對A、B、C 區(qū)域進(jìn)行同等數(shù)量的樁水平靜載試驗時，若B、C 區(qū)將設(shè)計樁徑縮小到0.60 m，則需要選擇100 kN 作為其水平承載力特征值。

其次，以工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件、水文條件、樁設(shè)計參數(shù)以及靜載試驗結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行綜合考慮后，施工單位認(rèn)為長螺旋鉆孔灌注樁工藝耗電量過大且存在鉆孔困難的問題，泵吸反循環(huán)成孔工藝比較費時費力，沖擊成孔灌注樁工藝施工速度相對較慢，需要投入大量資源且不能如期竣工，機(jī)械旋挖成孔灌注樁工藝則容易塌孔。沖擊成孔灌注樁工藝流程如圖1 所示。

圖1 沖擊成孔灌注樁工藝流程

因此，施工單位從優(yōu)勢互補(bǔ)的思路出發(fā)，利用“反循環(huán)+旋挖”聯(lián)合工藝規(guī)避不足，提升成孔質(zhì)量[4]。在常規(guī)流程基礎(chǔ)上可將其工藝流程細(xì)化為12 個具體環(huán)節(jié)：（1）準(zhǔn)備；（2）樁位放樣；（3）制備泥漿；（4）反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔；（5）旋挖鉆機(jī)鉆孔；（6）清孔；（7）安放鋼筋籠；（8）導(dǎo)管安裝；（9）二次清孔；（10）水下灌注混凝土；（11）拆卸導(dǎo)管；（12）成樁。

3.3 施工要點

第一，埋設(shè)護(hù)筒在本工程中發(fā)揮著重要作用，有利于有效預(yù)防孔口坍塌，并在水頭抬高的同時有效控制樁位。因此，按照樁的設(shè)計參數(shù)與實際施工工藝應(yīng)用中的鉆孔設(shè)備情況，將其高度控制設(shè)置為2.0 m，直徑設(shè)置為1.0 m。

第二，首先，在制備泥漿時根據(jù)工藝要求在現(xiàn)場施工區(qū)域開挖兩個同樣大小的泥漿池，泥漿池的長、寬、高尺寸分別為8.0 m、3.0 m、1.0 m。其次，制備時的材料包括水、纖維素、燒堿以及鈉基膨潤土，比重為1.3 左右，可根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。

第三，中風(fēng)化巖層鉆孔作業(yè)時根據(jù)雙工藝流程進(jìn)行操作，其中泵吸反循環(huán)成孔應(yīng)用時先檢查、啟動并試運(yùn)行離心泵，確認(rèn)無誤后進(jìn)入正常循環(huán)工作狀態(tài)；然后啟動配套的鉆機(jī)，并以實際的進(jìn)尺、排水量和出渣量為參考依據(jù)調(diào)整鉆機(jī)速度。而強(qiáng)風(fēng)化與全風(fēng)化巖層則根據(jù)實際情況應(yīng)用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)，具體操作時要求以“慢速鉆進(jìn)，適度增加泥漿比重”的原則確保成孔質(zhì)量，提鉆時應(yīng)設(shè)置靜置環(huán)節(jié)，本工程以1 min 左右作為靜置時間，有效預(yù)防了因負(fù)壓產(chǎn)生的孔壁損壞及塌孔現(xiàn)象。同時，在提升出渣過程中要求在完成一次提渣后根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行補(bǔ)漿處理等[5]。

第四，本工程中的鋼筋籠需要成孔后再進(jìn)行安放，因此鋼筋籠的制作質(zhì)量要求較高，為了防止下放鋼筋籠時出現(xiàn)碰壁、掛壁以及成孔垮塌等問題，施工單位專門設(shè)置了保護(hù)層墊塊。具體設(shè)置時以4 個為一組，每組間隔2 m 進(jìn)行布置；安放時先調(diào)整好鋼筋籠與孔的位置，確認(rèn)對準(zhǔn)后再居中下放并緩慢放入，這樣既保護(hù)了孔壁也較好地完成了鋼筋籠安放目標(biāo)。需要說明的是，鋼筋籠的制作與安放會直接影響后續(xù)的澆筑質(zhì)量，因此質(zhì)量員與監(jiān)理人員需要先對進(jìn)場鋼筋進(jìn)行分批次抽檢，確認(rèn)其質(zhì)量與施工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符合后，先簽字再入庫堆放。進(jìn)入施工階段后，應(yīng)該結(jié)合鋼筋籠的制作與安裝情況，對制作日期、樁位編號、主筋間距、箍筋規(guī)格間距、鋼筋籠直徑、鋼筋籠搭接長度偏差、焊接質(zhì)量及放置深度等因素進(jìn)行細(xì)致檢查。

第五，鋼筋籠安放作業(yè)完成后進(jìn)入水下灌注混凝土階段。本工程中主要以預(yù)拌混凝土為灌注混合料，因此當(dāng)成品混合料進(jìn)場后要求先檢驗坍落度，經(jīng)工程質(zhì)量檢測員采集樣品快速檢驗并確認(rèn)合格后，方可進(jìn)場直接使用。具體灌注時要求一次性連續(xù)灌注，初始灌注時混合料的量應(yīng)控制在導(dǎo)管埋入深度1 m以上，進(jìn)入連續(xù)灌注狀態(tài)后中途嚴(yán)禁中斷作業(yè)?；炷撩嫖恢玫臏y量由工程質(zhì)量檢測人員現(xiàn)場操作，并根據(jù)測量結(jié)果實時調(diào)整導(dǎo)管埋深。另外，為了預(yù)防鋼筋籠上浮，本工程以鋼筋籠所在位置為參照，結(jié)合孔內(nèi)混凝土與其位置距離調(diào)慢灌注進(jìn)度并在灌注后面層超過鋼筋籠底面4 m 位置時再提升導(dǎo)管，當(dāng)導(dǎo)管底口提升至鋼筋籠底面以上時則按照連續(xù)灌注時的正常速度進(jìn)行作業(yè)。

3.4 注意事項

本工程應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)時，因沙漠地區(qū)的客觀條件限定而選擇了雙工藝方案，雖然能夠滿足不同類型的砂巖鉆孔需求，但是在實際應(yīng)用時卻比較復(fù)雜，施工時涉及人、機(jī)、材、技以及施工現(xiàn)場的質(zhì)量監(jiān)督等，而且鉆孔、灌注始終處于動態(tài)狀態(tài)，任何一項要素配置不到位或出現(xiàn)差錯均可導(dǎo)致成孔質(zhì)量問題[6]。因此，本工程結(jié)合實際情況列舉了施工流程要素清單，并結(jié)合清單檢查了技術(shù)指標(biāo)。

在應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)時涉及參數(shù)檢驗問題，本工程采用樁體靜載試驗辦法，通過不同的樁徑檢驗并科學(xué)驗證了設(shè)計參數(shù)的有效性。另外，沙漠地區(qū)的施工作業(yè)條件限定性較大，一旦發(fā)生施工問題，變更的可能性較小。因此，施工人員在靜載試驗的基礎(chǔ)上利用有限元軟件分析了相關(guān)力學(xué)，同時基于BIM 技術(shù)的信息管理平臺，按照計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）設(shè)計圖與施工圖→Revit 設(shè)計模型與施工模型→Navisworks 施工模擬→Project 自動進(jìn)度表單等應(yīng)用流程進(jìn)行設(shè)計方案優(yōu)化處理與施工過程四維動畫模擬，提前預(yù)測了潛在風(fēng)險[7]。

4 結(jié)語

在沙漠地區(qū)的建筑工程中使用鉆孔灌注樁技術(shù)時仍存在一些問題，而且對于成孔工藝的要求較高。因此，應(yīng)根據(jù)實際樁基礎(chǔ)工程中的鉆孔灌注樁設(shè)計參數(shù)，合理確定施工工藝并在細(xì)化施工流程的基礎(chǔ)下按部就班地完成施工作業(yè)。尤其在設(shè)計施工一體化實踐模式下，施工單位應(yīng)配套開展全過程管理，以此增強(qiáng)該技術(shù)在沙漠地區(qū)的應(yīng)用效果。