鄭景昌

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司,福建 福州 350001)

隨著建筑技術(shù)的發(fā)展及建筑機(jī)械水平的提升,旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)因其施工效率高、操作簡(jiǎn)便、成孔質(zhì)量好、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。我國(guó)“一帶一路”倡議提出后,越來(lái)越多的施工企業(yè)走出國(guó)門(mén),也帶動(dòng)國(guó)內(nèi)的施工工藝、設(shè)備走向世界。本文以菲律賓馬尼拉某項(xiàng)目為例,探討中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的旋挖鉆孔灌注樁施工工藝在當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件及環(huán)境條件下的管控要點(diǎn),以期為類似項(xiàng)目提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于菲律賓首都馬尼拉市中心黃金地段,三面臨街,擬建建筑物為地下2層、地上60層的超高層建筑(圖1紅框處)。

圖1 項(xiàng)目位置圖

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,項(xiàng)目各土層由上至下分布如下:

①S1層:該層為非常松散至中密的灰色細(xì)粒砂(SM),含有少量非塑性粉土和貝殼碎片,該層厚度約為7.5m。

②S2層:該層為極軟至中等硬度,灰色,稍高塑性黏土(CL/CH),含少量砂和貝殼碎片,該層埋深7.5～20.0m。

③S3層:該層為硬至堅(jiān)硬,灰色,中高塑性黏土(CL/CH),含少量砂。該層最大埋深37m。

④B層:該層是瓜達(dá)盧佩凝灰?guī)r地層(GTF)或“土坯”。GTF層由砂巖、粉砂巖、礫巖和泥巖/黏土巖組成,所有的鉆孔都在B層終止。

該項(xiàng)目的樁基為鋼筋混凝土灌注樁,詳見(jiàn)表1。

表1 樁基工程設(shè)計(jì)概況

2 項(xiàng)目重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 地質(zhì)情況對(duì)樁基工程的影響

2.1.1 表層地質(zhì)松散

本項(xiàng)目表層松散砂層厚度約為7.5m,由于砂層整體性差,對(duì)外部擾動(dòng)反應(yīng)敏感,砂粒極易出現(xiàn)錯(cuò)位移動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生較大的變形、移位等問(wèn)題。加之,本項(xiàng)目靠近馬尼拉灣,地下水位面位于原始地表下1.5m處,在地下水豐富的地區(qū),受地下水和砂層的共同作用下,鉆孔灌注樁容易出現(xiàn)樁體失穩(wěn)、孔壁坍塌等事故[1]。

2.1.2 樁端持力層承載力低

擬建建筑物為超高層建筑,對(duì)樁基的承載力要求高,但由于地質(zhì)原因,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層,承載力低,且風(fēng)化程度不均勻,樁基承載力大部分由樁側(cè)摩阻力提供,因此,在樁基工程質(zhì)量上有很多區(qū)別于端承樁的控制點(diǎn)。

2.2 大直徑深孔灌注樁沉渣

本項(xiàng)目樁基工程孔深最大約54m,孔徑最大1.2m,且由于地質(zhì)原因,旋挖樁成孔后砂粒因自身重力易沉淀于樁底,影響樁底沉渣及清孔質(zhì)量,若清孔質(zhì)量不高,將影響樁端承載力及樁身質(zhì)量。

2.3 場(chǎng)地狹小問(wèn)題

本項(xiàng)目位于馬尼拉市區(qū)中心的黃金地段,用地緊張,北側(cè)支護(hù)樁與相鄰的建筑物(正常營(yíng)業(yè)中的酒店,淺基礎(chǔ)六層框架結(jié)構(gòu))距離僅0.6m,對(duì)施工噪聲、振動(dòng)、沉降等均極為敏感,對(duì)施工管理提出很高要求。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 埋設(shè)護(hù)筒,控制孔頂荷載

砂層結(jié)構(gòu)松散、整體性差,受施工擾動(dòng)后易失穩(wěn)導(dǎo)致孔壁坍塌,阻礙鉆進(jìn)成孔、混凝土灌注。因此,為保證工程質(zhì)量,本項(xiàng)目以埋設(shè)護(hù)筒的方法防護(hù)孔壁。根據(jù)砂層的分布情況加長(zhǎng)護(hù)筒,采用10m長(zhǎng)鋼護(hù)筒,通過(guò)履帶吊和電動(dòng)錘施工,確保鋼護(hù)筒穿透7.5m砂層,保證樁基施工效率和質(zhì)量。同時(shí),有效控制孔頂載荷,合理規(guī)劃?rùn)C(jī)械設(shè)備的布設(shè)位置,大型的機(jī)械設(shè)備停放在距離孔位較遠(yuǎn)處,防止因設(shè)備重力作用而影響到鉆孔的穩(wěn)定性,保證正常鉆進(jìn)[2]。

3.2 選擇合適的泥漿品種、泥漿比重和鉆機(jī)類型,加快成樁速度

本項(xiàng)目樁端持力層承載力低,樁基承載力大部分由樁側(cè)摩阻力提供,如何提高樁側(cè)摩阻力成為項(xiàng)目質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要工作。首先,灌注樁成孔過(guò)程中,考慮到鉆進(jìn)效率,孔內(nèi)泥漿比重不能太大,所以孔周土體不可避免會(huì)發(fā)生卸荷縮徑,卸荷縮徑導(dǎo)致的塑性位移部分無(wú)法恢復(fù),泥漿比重越小,卸荷效應(yīng)越明顯,樁極限側(cè)摩阻力也越小。因此,需要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大泥漿比重。其次,在灌注樁施工過(guò)程中,孔壁形成泥皮,這層泥皮壓縮模量小、抗剪強(qiáng)度低,構(gòu)成樁土荷載傳遞的薄弱層,削減了樁的豎向承載能力,泥皮越厚,樁極限側(cè)摩阻力越小。采用比重較低的泥漿,對(duì)減小泥皮厚度有利,因此,在滿足保證土體平衡前提下,泥漿比重不宜過(guò)大。此外,成樁時(shí)間越短,形成的泥皮就越薄,這就要求施工中盡可能在最短的時(shí)間內(nèi)成樁。再者,鉆孔灌注樁在成孔階段由于使用的成孔設(shè)備不同,或相同成孔設(shè)備在各土層中鉆進(jìn)速度不同,均會(huì)造成成孔后的孔壁粗糙度不同,而不同的孔壁粗糙度對(duì)樁的承載能力有顯著的影響,孔壁粗糙度越大,樁極限側(cè)摩阻力越大[3]。因此,選擇合適的泥漿品種、泥漿比重、鉆機(jī)類型及加快成樁速度就成為質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。

在鉆孔過(guò)程中適當(dāng)提高泥漿比重,有利于保持孔壁穩(wěn)定,但泥漿比重過(guò)大不利于清除沉渣。綜合考慮上述因素后,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試樁情況,本項(xiàng)目在鉆孔過(guò)程中泥漿比重控制在1.25～1.35,混凝土灌注前清孔至規(guī)范規(guī)定泥漿比重。在泥漿類型選擇上,對(duì)化學(xué)泥漿和膨潤(rùn)土泥漿性能進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)相關(guān)資料,化學(xué)泥漿在不同摻量下,泥漿比重范圍為1.06～1.30,無(wú)法滿足本項(xiàng)目需求。同時(shí),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),鉆孔完成后,泥漿處于靜置狀態(tài)時(shí),膨潤(rùn)土泥漿孔壁穩(wěn)定性高于化學(xué)泥漿[4]。經(jīng)綜合對(duì)比,本項(xiàng)目采用了膨潤(rùn)土泥漿;在樁機(jī)類型選擇上,經(jīng)綜合比較,工程樁部分采用徐工285型旋挖鉆機(jī),旋挖機(jī)鉆頭采用土層雙底撈砂鉆斗。對(duì)不同地層設(shè)置特定施工模式,分為標(biāo)準(zhǔn)模式、入巖模式和高效模式。根據(jù)工況需要對(duì)加壓系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),有效提高鉆機(jī)穩(wěn)定性。在確保鉆孔質(zhì)量、施工效率的前提下,孔壁有一定的粗糙度,有效提升樁側(cè)摩阻力。

3.3 泥漿循環(huán)清孔,更換孔內(nèi)泥漿

嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工,鉆孔過(guò)程中,適當(dāng)上下移動(dòng)鉆頭,以清除孔壁殘留渣土,確?？妆陧樦?并在孔壁形成有效泥皮。鉆孔完成后,通過(guò)泥漿循環(huán)清孔的方式清除孔底沉渣。該階段,由于機(jī)械擾動(dòng)作用結(jié)束,孔壁趨于穩(wěn)定,且泥漿比重過(guò)大不利于清除沉渣,可適當(dāng)降低泥漿比重,滿足平衡條件即可[5]。澆筑混凝土前采用反循環(huán)清孔工藝進(jìn)行二次清孔,通過(guò)清孔更換孔內(nèi)泥漿,減少孔內(nèi)泥漿含砂率,保證孔底沉渣符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.4 采用車(chē)載反循環(huán)鉆機(jī)

由于當(dāng)?shù)貙?duì)建筑物沒(méi)有開(kāi)窗的非臨街面無(wú)退距要求,因此本項(xiàng)目與相鄰建筑物之間只保留了最小的施工操作間距。支護(hù)樁與相鄰建筑物距離僅0.6m,容易產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比,對(duì)支護(hù)樁部分采用車(chē)載反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工,如圖2所示。該型號(hào)鉆機(jī)在施工過(guò)程中,通過(guò)鉆頭鉆進(jìn)切削土體并利用鉆機(jī)自帶泵通過(guò)中空鉆桿將切削碎的土塊吸出,自動(dòng)化程度高,機(jī)械移動(dòng)、操作、安裝操作簡(jiǎn)便,鉆進(jìn)效率高、施工速度快、無(wú)震動(dòng),單根樁施工時(shí)間明顯縮短。同時(shí),采取跳挖方式,有效降低了對(duì)相鄰建筑物的不利影響。

圖2 車(chē)載反循環(huán)鉆機(jī)

4 施工工藝

4.1 制備泥漿

本場(chǎng)地采用人工造漿的方法,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)泥漿罐(含回收泥漿罐),通過(guò)泥漿處理系統(tǒng)將施工過(guò)程產(chǎn)生的廢泥漿進(jìn)行分離處理,得到活泥漿后重復(fù)利用,渣土經(jīng)分離后及時(shí)清理運(yùn)出場(chǎng)外。

4.2 成孔前準(zhǔn)備

為了保證工程順利進(jìn)行,工程策劃階段應(yīng)做好設(shè)計(jì)施工圖紙會(huì)審、施工組織設(shè)計(jì)及技術(shù)交底,尤其要充分熟悉當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)的設(shè)計(jì)及施工規(guī)范,避免因?yàn)槔斫忮e(cuò)誤造成施工質(zhì)量問(wèn)題。施工組織設(shè)計(jì)中,除常規(guī)的技術(shù)措施及人員、材料、機(jī)械、資金等各種資源的組織外,必須在充分了解當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)定基礎(chǔ)上,制定詳細(xì)的環(huán)保、安全、文明施工保證措施及應(yīng)急預(yù)案,并對(duì)境外施工中可能涉及的當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)、宗教習(xí)俗做簡(jiǎn)明介紹。

由于當(dāng)?shù)夭牧稀⒃O(shè)備較國(guó)內(nèi)相對(duì)短缺,開(kāi)工前需要根據(jù)圖紙和項(xiàng)目資源計(jì)劃,詳細(xì)測(cè)算各種資源的需要量,并帶供應(yīng)商踏勘現(xiàn)場(chǎng),落實(shí)材料供應(yīng)問(wèn)題。

4.3 護(hù)筒埋設(shè)

樁基定位后,埋設(shè)護(hù)筒時(shí)采用十字線定位護(hù)筒中心,護(hù)筒埋設(shè)到位后嚴(yán)禁擾動(dòng),護(hù)筒周邊回填土體至護(hù)筒頂部以下200mm并夯實(shí)。

埋設(shè)護(hù)筒時(shí),先將表層影響鋼護(hù)筒施工的堅(jiān)硬石塊、混凝土塊等挖出整平,然后通過(guò)控制點(diǎn)定位放樣,利用履帶吊將鋼護(hù)筒吊起對(duì)準(zhǔn)樁位,接著采用電動(dòng)錘震動(dòng)下壓鋼護(hù)筒,震壓過(guò)程中用經(jīng)緯儀在兩個(gè)十字垂直方向測(cè)量,保證鋼護(hù)筒的垂直度(圖3)。

圖3 鋼護(hù)筒起吊、履帶吊+電動(dòng)錘下鋼護(hù)筒示意圖

4.4 成孔

施工采用旋挖樁機(jī),鉆進(jìn)過(guò)程中,定時(shí)觀察鉆桿進(jìn)入的深度,以及鉆桿是否出現(xiàn)異常振動(dòng)、聲響等。開(kāi)始鉆孔前,根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告、護(hù)筒標(biāo)高、設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高、設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)計(jì)算出要求孔深。預(yù)估達(dá)到深度要求后,采用測(cè)繩測(cè)量實(shí)際孔深,確認(rèn)持力層巖樣,并做好相關(guān)記錄。

4.5 鋼筋籠制作安裝

本項(xiàng)目采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1200mm直徑的灌注樁在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高往下22m范圍內(nèi)主筋為26根φ28鋼筋,箍筋為75根φ12鋼筋,22m以下主筋為14根φ28鋼筋,箍筋為150根φ12鋼筋。與國(guó)內(nèi)類似直徑混凝土灌注樁相比,鋼筋用量及單節(jié)鋼筋籠重量均加大很多。由于焊接量大,一個(gè)熟練的專業(yè)焊接工人焊接一根樁所有鋼筋籠的時(shí)間需要5～6h。因此,對(duì)材料、人員組織、堆放場(chǎng)地等需提早謀劃,施工過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行調(diào)配,確保工程需要。

4.6 二次清孔

鋼筋骨架、導(dǎo)管安放完畢后,由于下放鋼筋籠時(shí)對(duì)孔壁的剮蹭及下導(dǎo)管、鋼筋籠過(guò)程中孔內(nèi)懸浮沉渣的沉淀,應(yīng)采用清孔設(shè)備進(jìn)行二次清孔,以確保每根樁孔底沉渣滿足規(guī)范要求。本項(xiàng)目二次清孔采用反循環(huán)工藝。清孔過(guò)程中在反循環(huán)泵的作用下,樁底產(chǎn)生負(fù)壓,使樁底泥漿和沉渣混合物順著導(dǎo)管回流到沉淀池,經(jīng)泥漿分離器處理使泥漿凈化后再循環(huán)利用,清孔質(zhì)量高。

4.7 混凝土灌注

混凝土灌筑應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn):

①二次清孔結(jié)束后應(yīng)盡快開(kāi)始澆搗混凝土;

②灌注前應(yīng)檢查各項(xiàng)器械的完好情況,特別注意導(dǎo)管連接是否牢固;

③水下混凝土封底必須有隔水栓,隔水栓應(yīng)有良好的隔水性能并能順利排出[6];

④導(dǎo)管埋深:導(dǎo)管埋深宜為2～6m,嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面,應(yīng)設(shè)專職人員測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)外混凝土高差,確保灌注連續(xù)[7];

⑤混凝土灌注超灌量必須≥800mm,以保證在鑿去超灌部分混凝土后能夠保證樁頂標(biāo)高及設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度。

5 樁基檢測(cè)

本項(xiàng)目施工完成后,采用高應(yīng)變及低應(yīng)變檢測(cè)方法對(duì)樁基工程質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè),相關(guān)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及當(dāng)?shù)匾?guī)范要求。部分檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 樁基承載力檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

在采用菲律賓設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下,基于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件,對(duì)厚砂層、泥漿類型、泥漿比重、樁機(jī)類型、人員組織等因素采取針對(duì)性措施后,我國(guó)旋挖鉆孔灌注樁施工工藝具備充分的適用型、安全性及可靠性,為國(guó)內(nèi)建筑企業(yè)響應(yīng)國(guó)家“一帶一路”倡議,走出國(guó)門(mén),參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了借鑒和參考。