劉春吉

(中電建建筑集團有限公司，北京 100120)

0 引 言

對于深長灌注樁的施工，現(xiàn)在多采用旋挖成孔灌注樁。這種成樁方法適用范圍廣，可以應用于多種土層，如粉土、淤泥質(zhì)土、密實砂土和含部分碎石等地質(zhì)條件，成孔速度快，成樁質(zhì)量高[1]。

1 項目概況

1.1 大型土工離心機試驗室建設項目

本項目為位于北京市延慶區(qū)康莊鎮(zhèn)西康路48號大型土工離心機升級改造及試驗研究平臺工程，建筑面積6 626 m2，距北京市區(qū)約80 km。臨近京藏高速，交通便利。基地北側(cè)為康莊大道，東、南面均與相鄰單位用圍墻隔開，西側(cè)為規(guī)劃路(玉龍路)，基地入口設在北側(cè)。試驗室主要由大型離心機和高速離心機艙室組成，兩個離心機室對基礎樁承載要求較高，且本工程地質(zhì)多為砂卵石層，基坑平面近長方形，東西長約76 m，南北寬約56 m，基坑周長約256 m，基礎樁的施工較其他傳統(tǒng)實驗樓類建筑工程較為特殊，見圖1。

圖1 現(xiàn)場混凝土灌注樁施工

1.2 水文地質(zhì)情況

場地勘察深度范圍內(nèi)有1層地下水，穩(wěn)定水位埋深41.6～42.3 m，相應標高500.03～500.57 m。地下水類型為第四系孔隙潛水，在場地內(nèi)普遍分布，通過蒸發(fā)、徑流和人工開采等方式排泄。經(jīng)調(diào)查收集場地相關(guān)資料，歷年最高水位接近自然地表。本工程基坑施工過程中無地下水影響。

場地內(nèi)鉆探揭露地層主要為第四系人工堆積層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)及薊縣系(Zjw4)角礫狀白云巖風化層。

1.3 施工重難點

(1)基礎樁總計103根，標高多樣，從-2.90～-15.40 m，變化較大，場地狹小，施工受場地制約影響大，容易造成窩工。

(2)在地面施工的基礎樁鋼筋籠較長，最長達32.0 m，鋼筋孔吊放時容易變形，特別是在起吊過程中容易導致鋼筋孔變形，吊裝難度大。

(3)旋挖鉆機在施工過程中遇大粒徑卵石及入巖，基礎樁質(zhì)量控制難度大。

2 施工方案設計與優(yōu)化

2.1 基礎樁主要參數(shù)

基礎樁為混凝土灌注樁，強度等級C30，水灰比不大于0.45，抗?jié)B等級P8。大離心機基礎下采用32根群樁，樁距3.6 m正三角形布置。高速離心機基礎下采用31根群樁，樁距3.0 m正三角形布置。主樓框架柱下采用一柱一樁，框架柱下樁端伸入6層卵石層長度不小于1倍樁徑，樁長滿足圖紙最小樁長，樁頂嵌入筏板內(nèi)長度100 mm。筏板混凝土保護層厚度為50 mm，樁基礎為50 mm。

為保證在業(yè)主要求工期范圍內(nèi)完成施工任務，需合理安排施工順序，由于本工程與基坑工程交叉作業(yè)，為保證交叉施工順利進行，將灌注樁施工分為-2.4 m和-12.4 m兩個施工作業(yè)面施工。在-2.5 m施工平臺上施工完成全部深基坑外基礎樁，同時施工支護護坡樁，在-2.5 m平臺位置投入2臺樁機加快施工進度，待支護及土方施工至-12.5 m 時，采用2臺樁機施工剩余的全部基坑內(nèi)基礎樁。

2.2 混凝土灌注樁質(zhì)量標準和檢測要求

混凝土灌注樁質(zhì)量標準如表1所示，質(zhì)量檢測要求如下。

(1)樁身完整性檢測：采用低應變動測法檢測樁身完整性，檢測樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的20%，且不少于10根。

(2)樁身強度檢測：每臺班的試驗數(shù)量不應少于1組。若臺班澆筑量超過50 m3混凝土，應不少于2組，以此類推。

(3)基礎樁單樁承載力檢測：當符合下列條件之一時，應采用單樁豎向抗壓靜載試驗進行承載力驗收檢測。檢測數(shù)量不應少于同一條件下樁基分項工程總樁數(shù)的1%，且不應少于3根；當總樁數(shù)小于50根時，檢測數(shù)量不應少于2根。

表1 混凝土灌注樁質(zhì)量標準

2.3 旋挖成孔灌注樁

基礎樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁?；A樁樁身范圍內(nèi)以粘性土層、砂層和卵石層為主，局部樁端進入基巖，適合于濕作業(yè)成孔工藝，能充分發(fā)揮出泥漿護壁的優(yōu)勢，不會產(chǎn)生塌孔等不良影響[2]。結(jié)合本工程水文地質(zhì)、土層條件和樁的參數(shù)(樁徑、樁長)考慮，選用旋挖鉆機作為成孔機械，成樁工藝為泥漿護壁濕作業(yè)成孔[3]。

2.4 泥漿性能指標及測試方法

采用膨潤土泥漿進行護壁。泥漿比重參數(shù)為1.1～1.25，膠體率不小于95%，同時控制含砂率不大于8%。泥漿性能指標及測試方法如表2所示，泥漿的選擇標準如表3所示。

表2 泥漿性能指標及測試方法

現(xiàn)場制備的泥漿需要靜置24 h，經(jīng)過測試，各項指標合格后方可應用。對孔內(nèi)泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1 m處各取一次試樣測試。若達不到標準規(guī)定，要及時調(diào)整泥漿性能。旋挖斗提升出地面時要及時補漿，以保持孔內(nèi)泥漿面高度。在清孔結(jié)束后測一次粘度和比重，澆筑混凝土前再測一次，并做好原始記錄。

表3 泥漿的選擇標準

3 砂卵石土層下深長混凝土灌注樁施工質(zhì)量控制

3.1 提高樁基承載力及減少樁基沉降

本工程中抗壓樁為超長、大直徑鉆孔灌注樁。為控制成樁質(zhì)量，在施工中采取以下各種有效措施，以彌補超大型灌注樁的缺陷，達到提高樁基的承載力、減少樁基沉降的目的。

(1)改善及消除泥皮

灌注樁泥皮影響樁的承載能力，在灌注過程中樁周泥皮會越來越厚。在本工程中采取以下措施改善泥皮對樁的不利影響。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)水文情況，合理安排機械，調(diào)整泥漿比重，縮短灌注樁成孔時間，減少泥皮厚度，提高樁載力。保證所用泥漿質(zhì)量，嚴格按照標準配備泥漿，針對部分土層，做好人工造漿，同時及時清理泥漿池[4]。

(2)解決沉渣問題

樁底沉渣壓縮性大，承載力低，工程力學性質(zhì)差，當樁頂受壓時，其存在將直接影響樁端承載力的正常發(fā)揮，使樁產(chǎn)生較大的沉降變形，甚至樁端發(fā)生刺入破壞，影響上部結(jié)構(gòu)的安全和使用。結(jié)合本工程中基礎樁的長度和深入土層條件，以30 m為界限，采用不同的清孔工藝。基礎樁深小于30 m時，以泵吸旋挖清孔的方式；樁深大于30 m時，以泵吸旋挖、氣舉旋挖組合工藝清孔，根據(jù)調(diào)研，能夠達到較為理想的效果，有效降低樁底沉渣累積厚度[5-7]。

3.2 針對基礎樁特點采取的施工技術(shù)措施

本工程中基礎樁的部分，基礎樁打樁工作面距離樁頂標高為3.0 m，增大了鉆孔的深度，其基礎樁的垂直偏差控制采取以下措施。為了確保鉆機正對開鉆和護筒方向，在基礎樁上端設置大于4 m的導向護筒。當鉆進至樁頂設計標高時，再次檢測鉆桿垂直度。發(fā)現(xiàn)偏差，及時調(diào)整。在鉆機鉆進過程中，需嚴格控制鉆進的速度，以免遇到堅硬地層導致鉆頭偏向邊側(cè)。

3.3 鋼筋籠標高控制及抗浮措施

利用專用定位裝置進行控制，在鋼筋端部焊接卡具，鋼筋籠吊放時，利用兩根定位裝置卡住鋼筋籠頂部架力筋，當鋼筋籠標高調(diào)整至設計位置時，在定位裝置露出地面的部位插入鋼管固定，使得鋼筋籠停在設計位置，見圖2。進行混凝土灌注成樁時，觀測到定位裝置向上浮動，就需要調(diào)整鋼筋籠的位置，使鋼筋籠恢復到原有的設計位置[8-10]。

圖2 現(xiàn)場吊裝鋼筋籠

3.4 旋挖鉆機入巖判定方法

離心機樁基礎施工過程中，部分需入巖，如何判斷入巖情況是本項目卵石地基混凝土灌注樁施工技術(shù)處理難點之一。

遇到大粒徑卵石時，小于40 cm的大粒徑卵石，使用筒鉆將卵石提出。在鉆進時遇到大于40 cm的卵石，需要改變施工工藝。通過一邊鉆進一邊拋黏土的工藝提升泥漿比重至1.6，增強泥漿護壁能力。在鉆進過程中將黏土擠入卵石層，增加卵石的黏結(jié)力，放慢旋挖速度且并用360破碎巖石功能，破碎卵石后旋挖清渣，確保成孔、成樁的施工質(zhì)量。

一般可以通過鉆進速度、振動和出孔口的巖石碎渣特征對巖石進行初步判定。但鉆機速度和振動只能對巖層堅硬程度進行區(qū)分，不同地層的巖石碎渣有相似的可能。根據(jù)相關(guān)文獻，在施工過程中依據(jù)旋挖鉆機鉆進參數(shù)隨鉆檢測與控制系統(tǒng)，基于旋挖鉆機鉆進工況的特性分析，采用地層比功預測模型，把地質(zhì)條件和鉆機的工況參數(shù)聯(lián)系起來，實現(xiàn)對地層的自動識別與歸類[7]。

4 總 結(jié)

以砂卵石土層下深長混凝土灌注樁為實例，可以得出以下結(jié)論。

(1)砂卵石土層深長樁適用旋挖成孔灌注樁，充分發(fā)揮出泥漿護壁的優(yōu)勢。

(2)改善消除泥皮,減少沉渣，規(guī)范水下混凝土灌注能夠有效提高樁基承載力及減少樁基沉降。

(3)控制樁的垂直偏差和鋼筋籠標高有利于保證樁的質(zhì)量。

(4)旋挖鉆機入巖判定采用地層比功預測模型，實現(xiàn)對地層的自動識別與歸類。