胡發(fā)憲，胡發(fā)虎

（1.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，中國(guó)云南650041;2.云南地礦地質(zhì)工程有限公司，云南昆明 650041）

隨著建筑工程建設(shè)規(guī)模的增大，樁基施工工藝在不斷改善，鉆孔灌注樁因具備優(yōu)良的技術(shù)性能而在建筑工程中十分常見(jiàn)。然而鉆孔灌注樁施工普遍面臨施工工藝復(fù)雜、樁基質(zhì)量控制直觀(guān)性差等問(wèn)題，在施工過(guò)程中普遍存在樁身混凝土離析、斷樁、縮徑、樁端沉渣過(guò)厚等質(zhì)量問(wèn)題。軟土地區(qū)大直徑超長(zhǎng)灌注樁除面臨上述問(wèn)題外，還存在成孔難度大、孔斜難控制、孔壁塌陷、鉆進(jìn)困難等問(wèn)題。為此，必須結(jié)合工程特殊的水文地質(zhì)條件，采取有效措施應(yīng)對(duì)施工過(guò)程中面臨的技術(shù)難題。

1 工程背景

某擬建超高層建筑所處地區(qū)為軟土地區(qū)，項(xiàng)目主副塔基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁形式，為進(jìn)行鉆孔灌注樁施工過(guò)程及質(zhì)量控制，必須進(jìn)行成樁試驗(yàn)和檢測(cè)。鉆孔灌注樁試驗(yàn)樁樁型為?1000mm，試樁長(zhǎng)85m，靜載試驗(yàn)加載量最大值為25000kN。根據(jù)鉆探揭露深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及成因類(lèi)型，場(chǎng)地地層屬于多層型結(jié)構(gòu)，地表為短期內(nèi)形成的人工填土層，地表以下則為粘性土、泥炭質(zhì)土和粉土層為主的第四系湖沼相、沖湖積相地層。根據(jù)成因類(lèi)型、土層分類(lèi)及工程特性，按地層結(jié)構(gòu)及代號(hào)順序從上至下將場(chǎng)內(nèi)地層分為若干個(gè)大層和相應(yīng)亞層，樁尖持力層為⑥1泥炭質(zhì)土層，地質(zhì)條件情況具體如表1所示。為保證大直徑超長(zhǎng)灌注樁施工質(zhì)量，采用樁身預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計(jì)測(cè)試內(nèi)力，并進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，樁身預(yù)埋沉降桿測(cè)試樁身及樁端沉降、成孔檢測(cè)、超聲波及低應(yīng)變檢測(cè)、樁身完整性取芯檢測(cè)、樁端取樣注漿效果檢測(cè)[1]等。

表1 施工場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)條件

勘察期間在所有鉆孔中均見(jiàn)到穩(wěn)定的地下水，對(duì)已完成鉆孔進(jìn)行觀(guān)測(cè)，地下水穩(wěn)定水位0.1～2.0m之間，水位高程介于1884.8～1886.9m之間。地下水類(lèi)型主要為賦存于表部松散層中的上層滯水，其下粉土及粉砂層中的第四系孔隙型潛水。

2 技術(shù)難點(diǎn)

通過(guò)分析該項(xiàng)目地勘資料及相關(guān)報(bào)告，其所揭示的場(chǎng)內(nèi)水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，樁基成孔深度范圍內(nèi)大量分布有圓礫、粉砂、粉土等軟弱地層，在成孔施工過(guò)程中還面臨地下水及施工擾動(dòng)所致孔壁塌陷、沉渣層厚度過(guò)大、鉆進(jìn)難度大等困難。為加強(qiáng)軟弱土層處理并減小承壓水對(duì)灌注樁施工的不利影響，按照國(guó)家高程基準(zhǔn)即1889.0m確定樁基施工面標(biāo)高，造成灌注樁存在較長(zhǎng)的空樁段，空樁段長(zhǎng)度普遍在18.0～22.5m之間，十分不利于樁基成孔施工精度控制。此外，該超高層建筑項(xiàng)目位于所在主城區(qū)核心位置，施工期間環(huán)保及工程進(jìn)度要求較高。

3 樁基試驗(yàn)

軟土地區(qū)大直徑超長(zhǎng)灌注樁基較為少見(jiàn)，可供參考的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)也十分有限，為進(jìn)行樁基參數(shù)確定，必須在正式施工前試樁。試樁數(shù)共為15根，按照四錨一的形式分為三組，壓漿水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.5～0.6，注漿開(kāi)始時(shí)水灰比可按照0.6～0.7確定，待壓力正常后逐漸調(diào)整為0.5～0.55，水泥漿液攪拌時(shí)間應(yīng)至少為2min；單樁水泥漿液壓注量4.9t，壓漿壓力控制在3.0MPa，終壓應(yīng)為5.0MPa，持荷時(shí)間應(yīng)控制在5min，壓漿流量應(yīng)不超出75L/min。初步樁基參數(shù)取值見(jiàn)表2，其中D為設(shè)計(jì)樁徑，L為設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。按照表中所列技術(shù)參數(shù)試樁后檢查灌注樁施工工藝的可行性及施工效果。

表2 初步樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

試樁過(guò)程中，1#樁成樁時(shí)間為2020年12月28日，實(shí)測(cè)孔徑1070mm，實(shí)際入土深76.2m，樁底沉渣厚度實(shí)際為5cm，混凝土實(shí)際用量68.79m3，充盈系數(shù)1.15；6#樁成樁時(shí)間為2021年1月3日，實(shí)測(cè)孔徑1100mm，實(shí)際入土深73.4m，樁底沉渣厚度實(shí)際為3cm，混凝土實(shí)際用量71.35m3，充盈系數(shù)1.24；11#樁成樁時(shí)間2020年12月25日，實(shí)測(cè)孔徑1130mm，實(shí)際入土深75.5m，樁底沉渣厚度實(shí)際為6cm，混凝土實(shí)際用量74.68m3，充盈系數(shù)1.26。試樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果也顯示，樁基在豎向荷載作用下，沉降小，穩(wěn)定速度快，單樁承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；樁底反射清晰，樁長(zhǎng)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)要求相符，樁身混凝土質(zhì)量及樁身完整性較好，且不存在離析、縮徑。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

本工程施工工藝同一般灌注樁，結(jié)合樁基試驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)、實(shí)際情況及施工質(zhì)量和工期控制方面的要求，為保證該軟土地區(qū)大直徑超長(zhǎng)灌注樁施工質(zhì)量，必須保證施工工序科學(xué)合理，并同時(shí)加強(qiáng)間隔時(shí)間控制，并在軟土壓應(yīng)力消失前在軟土壓應(yīng)力影響范圍外新開(kāi)設(shè)樁孔，有效防止軟土壓力對(duì)混凝土樁灌注施工產(chǎn)生擠壓，引發(fā)縮徑等問(wèn)題；鄰樁間隔施工時(shí)間應(yīng)按6d控制。與此同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)成孔垂直度控制，采用聯(lián)合成孔技術(shù)，加強(qiáng)護(hù)壁泥漿循環(huán)使用及終漿處理，強(qiáng)化樁端沉渣控制，并做好鋼筋籠轉(zhuǎn)場(chǎng)及對(duì)接處理。

4.1 控制成孔垂直度

施工場(chǎng)地自然標(biāo)高和樁基施工標(biāo)高分別為1893.0m和1889.0m，為加強(qiáng)空樁段垂直度控制，保證成孔施工精度，必須確保樁基施工作業(yè)面的承載力和平整度。為此，通過(guò)250mm厚的單層配筋+C25混凝土地坪的方式進(jìn)行樁基施工工作面硬化處理。

主塔范圍內(nèi)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度在20.0～24.0m之間，且主要為⑤2泥炭質(zhì)土和⑤3粘土，會(huì)使鋼護(hù)筒沉設(shè)阻力增大。若采用常規(guī)的使用履帶吊單吊點(diǎn)懸掛振動(dòng)錘進(jìn)行鋼護(hù)筒沉設(shè)，則施工工效低、安全性差，成孔垂直度無(wú)法保證。為此，該項(xiàng)目主要采用三軸深層攪拌長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)樁架+ICE振動(dòng)錘施工平臺(tái)[2]，并在導(dǎo)軌下部安裝鋼質(zhì)抱箍，以提升對(duì)接及轉(zhuǎn)場(chǎng)速，確保施工安全并加強(qiáng)成孔垂直度控制。通過(guò)ICE振動(dòng)錘施工平臺(tái)進(jìn)行鋼護(hù)筒沉放時(shí)，應(yīng)將兩臺(tái)經(jīng)緯儀按照90°角交匯架設(shè)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼護(hù)筒沉放垂直度，出現(xiàn)偏移后隨機(jī)糾正。待鋼護(hù)筒沉放至設(shè)計(jì)深度后再改用旋挖成孔設(shè)備鉆進(jìn)至鋼護(hù)筒底部2.0m以上，此后再將護(hù)壁泥漿加入鋼護(hù)筒內(nèi)，并結(jié)合超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)樁孔垂直度。

本工程采用回旋鉆機(jī)和旋挖樁機(jī)相結(jié)合的聯(lián)合成孔工藝，60.0m以上的成孔作業(yè)通過(guò)旋挖樁機(jī)進(jìn)行，并通過(guò)控制鉆速、鉆壓等施工參數(shù)，保證成孔垂直度；60.0m以下至設(shè)計(jì)樁端持力層深度范圍內(nèi)的成孔作業(yè)則采用三翼雙腰帶刮刀鉆頭，鉆頭錐尖角120°，直徑1000～1020mm，為增強(qiáng)鉆頭導(dǎo)正效果，其鉆頭按照一字型前導(dǎo)設(shè)計(jì)，前導(dǎo)段500mm寬，同時(shí)將上下腰帶間距及上腰帶寬度分別增加至1.3m和400mm，使鉆頭防傾斜效果增大。成孔后隨即通過(guò)超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)成孔垂直度，并通過(guò)C15混凝土回填樁孔，待12h后再次成孔。

4.2 聯(lián)合成孔

結(jié)合地質(zhì)勘探情況及試樁效果，對(duì)于③泥炭質(zhì)土、⑤2泥炭質(zhì)土、⑥1泥炭質(zhì)土層，易糊鉆，回旋鉆機(jī)成孔效率低，為保證施工效率，該項(xiàng)目采用旋挖樁機(jī)與氣舉反循環(huán)回旋鉆機(jī)相結(jié)合的聯(lián)合成孔技術(shù)，以縮短成孔時(shí)間，提升施工工效。

4.3 泥漿配置及循環(huán)利用

鉆孔過(guò)程中所配備的護(hù)壁泥漿性能參數(shù)具體見(jiàn)表3；循環(huán)使用的泥漿將攜帶越來(lái)越多的鉆渣，達(dá)到一定飽和狀態(tài)后泥漿便失去繼續(xù)攜帶鉆渣及護(hù)壁的性能，必須廢棄，廢棄泥漿比重大于1.2g/cm3，失水量大于0.025L，膠體率大于95%，pH＞10.5。

表3 護(hù)壁泥漿性能要求

工程位于所在城市主城區(qū)核心位置，對(duì)環(huán)境保護(hù)有較高要求，灌注樁樁基泥漿護(hù)壁成孔施工工藝必將產(chǎn)生大量泥漿，為此，必須采取有效措施減少護(hù)壁泥漿外排。結(jié)合工程水文地質(zhì)條件及類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，在所確定出的護(hù)壁泥漿配合比基礎(chǔ)上，還應(yīng)按照以下要求摻加外加劑，即純堿3.0～5.0kg/m3，鈉基膨潤(rùn)土60.0kg/m3，30%水解度的聚丙烯酰胺0.5kg/m3；此外，還應(yīng)加強(qiáng)施工過(guò)程中循環(huán)泥漿的收集與重復(fù)利用，即將收集到的循環(huán)泥漿沉淀、機(jī)械除砂并脫泥，再摻加純堿、纖維素等改良劑，使改良后的泥漿粘稠度不低于20s，比重不大于1.2，含砂量在4%以?xún)?nèi)[3]。對(duì)于多次循環(huán)使用的護(hù)壁泥漿，應(yīng)按1.0g/L的量摻加絮凝劑使其固液分離，再將上層清水抽除后摻加10.0g/L的生石灰等固化劑?；厥蘸蟮那逅捎糜谑┕ぼ?chē)輛沖洗和施工現(xiàn)場(chǎng)降塵，固化處理后的鉆渣則與現(xiàn)場(chǎng)土方拌和后外運(yùn)處理，最終實(shí)現(xiàn)護(hù)壁泥漿零排放。

4.4 樁端成渣控制

采用混凝土澆筑導(dǎo)管接頭清孔后配備?125mm彎管和?50mm鍍鋅風(fēng)管。風(fēng)管節(jié)段按照6.0m長(zhǎng)度控制，并通過(guò)螺絲扣連接風(fēng)管節(jié)段；風(fēng)管與起吊點(diǎn)通過(guò)焊接方式連接。在通過(guò)氣舉反循環(huán)方式二次清孔時(shí)，以額定壓力1.2MPa以上、送風(fēng)量12.0m3/min的空氣壓縮機(jī)為主要?jiǎng)恿υ础馀e反循環(huán)二次清孔工藝能顯著提升樁基清孔工效和質(zhì)量，且可避免對(duì)聲測(cè)管及鋼筋籠的不利影響。

為保證灌注樁地基土承載力，有效控制沉降，本工程還采用樁端后注漿工藝，且工程樁基設(shè)計(jì)承載力較大，樁端后注漿操作方式能顯著改善樁端持力層力學(xué)性質(zhì)，保證樁基沉降控制效果。

4.5 鋼筋籠轉(zhuǎn)場(chǎng)及對(duì)接

工程樁基數(shù)量較大，為控制樁基施工對(duì)基礎(chǔ)工程工期的不利影響，將其中450根樁施工標(biāo)高均調(diào)整為第二道內(nèi)支撐底標(biāo)高1881.1m，從而實(shí)現(xiàn)了樁基施工與土方、基坑支護(hù)等工序的流水作業(yè)。此外，土方工程及基坑支護(hù)工程開(kāi)始后工程施工工作面變得狹窄，施工效率會(huì)因此降低，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)增大。為提升鋼筋籠場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)效率以及孔口對(duì)接、下放效率，將一臺(tái)大型塔吊增設(shè)在樁基中心位置，以實(shí)現(xiàn)鋼筋籠轉(zhuǎn)運(yùn)、對(duì)接及下放。

5 結(jié)論

綜上，該工程通過(guò)設(shè)置三軸攪拌長(zhǎng)螺旋鉆孔樁機(jī)機(jī)架液壓振動(dòng)錘移動(dòng)施工平臺(tái)，使鋼護(hù)筒對(duì)接速度、轉(zhuǎn)場(chǎng)速度及工效顯著提升；高性能護(hù)壁泥漿的使用能有效提升孔壁穩(wěn)定性，并方便護(hù)壁泥漿回收處理，保證對(duì)工程施工環(huán)保方面的要求；氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)的應(yīng)用使清孔質(zhì)量、設(shè)備材料周轉(zhuǎn)率及施工工效均顯著提升。總之，該軟土地區(qū)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁施工工藝的改進(jìn)及優(yōu)化為百米級(jí)樁長(zhǎng)的灌注樁施工提供了成功經(jīng)驗(yàn)。