李 帥

（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

隨著科技進(jìn)步，高層住宅樓和超高層建筑逐漸成為現(xiàn)代城市建筑的主體。大型建筑物通常對(duì)基礎(chǔ)深度有一定要求，但箱形和板形基礎(chǔ)往往不能符合其承載力要求，此時(shí)出現(xiàn)了具有高承載力特點(diǎn)的樁基[1]。上部構(gòu)筑物用樁基將荷載傳遞給樁基周圍的土體和樁端的土層，有效減少樁體變形，符合建筑物在使用過程中的抗震要求，使結(jié)構(gòu)能夠正常和安全使用。

目前，市場(chǎng)內(nèi)廣泛使用的樁基礎(chǔ)施工方法為鉆孔灌注樁施工，采用該技術(shù)施工時(shí)，重點(diǎn)是控制護(hù)壁泥漿的質(zhì)量，由于在實(shí)際施工中，很難操作，因此容易造成塌孔和縮徑等工程質(zhì)量問題，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致斷樁和廢樁等，對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染，工程質(zhì)量問題也會(huì)影響施工進(jìn)度，對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益造成負(fù)面影響[2]。為解決該問題，提高樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，該文將以某建筑工程項(xiàng)目為例，從旋挖灌注樁基礎(chǔ)施工入手，對(duì)施工過程中的質(zhì)量控制進(jìn)行詳細(xì)研究，以延長建筑工程項(xiàng)目的使用壽命。

1 項(xiàng)目實(shí)例

該建筑工程項(xiàng)目位于市中心，與火車站距離約10km，步行至最近的地鐵站與公交站只需要10min，該工程的交通十分便利[3]。根據(jù)相關(guān)工作，結(jié)合工程方提供的項(xiàng)目建設(shè)資料可知，該工程項(xiàng)目對(duì)應(yīng)±0m的絕對(duì)高程對(duì)應(yīng)值為99.3m[4]。施工前，由設(shè)計(jì)方對(duì)樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定該施工共涉及1670根穿越砂層的樁基結(jié)構(gòu)，其中約670根的基礎(chǔ)樁為工程樁，穿過的地質(zhì)環(huán)境條件較為惡劣，該部分基礎(chǔ)樁數(shù)量約占總樁數(shù)的40%。

2 建筑工程旋挖灌注樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量與技術(shù)控制

2.1 選取與控制鉆機(jī)施工參數(shù)

當(dāng)旋挖灌注樁基礎(chǔ)施工時(shí)，成孔質(zhì)量會(huì)直接影響樁基施工是否合格，因此該環(huán)節(jié)十分重要。針對(duì)該工程項(xiàng)目，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選定額定功率為295kW的旋挖鉆機(jī)，用該設(shè)備完成樁孔挖設(shè)[5]。根據(jù)不同鉆進(jìn)深度和鉆斗的升降速度，對(duì)應(yīng)的孔壁坍塌率不同，見表1。

表1 不同鉆進(jìn)深度和鉆斗的升降速度對(duì)應(yīng)孔壁坍塌率

由表1數(shù)據(jù)可知，在使用過程中，鉆機(jī)鉆進(jìn)深度與鉆斗升降速度影響孔壁坍塌率。當(dāng)鉆機(jī)每次鉆進(jìn)深度小于0.4m且鉆斗的升降速度不超過0.3m/s時(shí)，施工中的樁基挖空塌孔率最低。因此，鉆機(jī)應(yīng)每次鉆進(jìn)深度0.4m，同時(shí)鉆斗的升降速度約0.03m/s，保證孔壁的坍塌率最低，保證施工效果。

2.2 泥漿配置與循環(huán)控制

砂層穩(wěn)定性差，在旋挖擴(kuò)孔灌注樁的施工過程中，一定要控制泥漿的質(zhì)量。由于砂土層中的內(nèi)聚力較弱，因此當(dāng)人工造漿時(shí)，以膨潤土作為主要原料，添加適量的純堿及羥基甲基纖維素，提高膨潤土的膠體率和黏度等[6]。膨潤土是泥漿的主要材料，主體含量為蒙脫石，具有吸水性強(qiáng)的特點(diǎn)，遇水發(fā)生水化，體積可以膨脹數(shù)十倍。工業(yè)村建可以將泥漿的酸堿度控制在9～11，酸堿度越高，膨潤土顆粒分散越快，水化作用越強(qiáng)，泥漿膠體率更高，穩(wěn)定性更好。纖維素能在旋挖灌注樁基孔壁砂土層表面形成薄膜，提高砂層表面黏度[7]。在膨潤土的基礎(chǔ)上，添加工業(yè)純堿可以提升泥漿的酸堿度到9～11。通過增加酸堿度能使膨潤土的顆粒分散更快，水化作用更強(qiáng)，提升泥漿膠體率和提高穩(wěn)定性。結(jié)合類似工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，工業(yè)用純堿添加量為膨潤土添加量的0.3%～0.5%。在泥漿材料中還可加入適量的羥甲基纖維素，在樁基孔壁砂土層表面形成一層致密薄膜，可以有效防止孔壁剝落。同時(shí)，薄膜能有效減少失水量，提升砂層表面黏度。羥甲基纖維素的添加量通常應(yīng)設(shè)置為膨潤土添加量的0.05%～0.1%。

因?yàn)樵谛阢@孔的過程中，旋挖鉆的鉆進(jìn)速率比泥漿流進(jìn)的速率高，所以，當(dāng)準(zhǔn)備泥漿時(shí)，要準(zhǔn)備1.5倍體積的泥漿，才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工作業(yè)。須對(duì)配合比中摻加劑的加入量進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)配合比后的泥漿進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[8]。泥漿的各項(xiàng)性能參數(shù)見表2。

表2 泥漿性能指標(biāo)記錄表

分析膨潤土在泥漿中的含量對(duì)旋挖灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性影響，得到曲線圖結(jié)果如圖1所示。

圖1 泥漿配制中膨潤土含量與樁基類型關(guān)系圖

根據(jù)圖1，I類樁的比例會(huì)隨著泥漿中膨潤土含量增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律。為保證I類樁（樁身完整的樁結(jié)構(gòu)）的比例能高于98%，泥漿中膨潤土的含量約7.5%。按照上述分析，繪制泥漿中純堿含量與樁基類型的關(guān)系和纖維素含量與樁基類型的關(guān)系，如圖2和圖3所示。

圖2 泥漿配制中純堿含量與樁基類型關(guān)系圖

圖3 泥漿配制中纖維素含量與樁基類型關(guān)系圖

根據(jù)上述分析，當(dāng)泥漿配制時(shí)，確定純堿含量應(yīng)取0.35%，纖維素含量應(yīng)取0.05%，I類樁比例可以超過98%，符合經(jīng)濟(jì)成本要求。

2.3 鋼筋籠安裝與控制

在一次清孔后，應(yīng)正確放置鋼筋籠。若鋼筋籠下入的時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致孔底沉渣量過多，使鋼筋籠下入深度達(dá)不到要求，造成樁孔塌陷、鋼筋籠被埋沒等重大事故。因此，應(yīng)該盡可能地縮短鋼筋籠的連接和安裝時(shí)間，提高鉆孔灌注樁的質(zhì)量，以減少施工中出現(xiàn)的事故。為在特厚沙土地層中快速制作和安裝鋼筋籠，開發(fā)一種連接鋼筋籠的定位裝置。

當(dāng)采用銜接定位裝置加工的鋼筋籠時(shí)，要分節(jié)編號(hào)，保證鋼筋籠節(jié)與節(jié)間準(zhǔn)確銜接，有效控制各節(jié)鋼筋籠銜接時(shí)縱筋的位置、長度等產(chǎn)生的偏差。按照鋼筋籠的水平環(huán)位，在鋼板上打桿位孔，將長30cm的套管放入鉆桿孔口后焊接。當(dāng)穿板時(shí)，在板的兩邊均勻地排列套筒的焊點(diǎn)。將2顆螺釘固定在每個(gè)套管上，并分布在鋼板兩邊的套筒上，為便于銜接和定位鋼筋籠，將鋼板垂直安裝并固定在底座上。在安裝聲波測(cè)量管的過程中，一根鋼框架用于焊接，其余框架都預(yù)先固定好。在旋挖灌注樁施工的過程中，可以采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁技術(shù)，用旋挖鉆機(jī)完成砂層取土。在旋挖鉆機(jī)設(shè)備鉆孔的過程中，可以利用鉆桿和鉆頭的自重切入土層。在鉆頭回轉(zhuǎn)的過程中，斜向斗齒切下土塊并向鉆頭內(nèi)推進(jìn)，完成鉆頭取土。在過程中必須要嚴(yán)格檢測(cè)以及清理沉渣，當(dāng)鉆頭鉆入的深度超過20cm時(shí)，擴(kuò)孔施工需要更換專用的擴(kuò)大頭鉆頭，采用專用的孔徑測(cè)定裝置檢測(cè)擴(kuò)孔的質(zhì)量以及沉渣的具體厚度。

3 施工效果分析

3.1 試驗(yàn)方案

完成施工后，對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行靜荷載測(cè)試。按照試樁的預(yù)估承載能力，對(duì)分級(jí)加載的最大承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)與控制，每級(jí)荷載按預(yù)估最大承載力的10%加載，并采用逐級(jí)等量加載的方式試驗(yàn)（例如預(yù)估試驗(yàn)樁的最大承載力為100kN，首次加載的荷載力應(yīng)為10kN，在加載過程中，持續(xù)加載的荷載作用力保持不變）。施加荷載后，分別在5min、15min、30min和60min統(tǒng)計(jì)與觀測(cè)樁頂沉降值。

當(dāng)卸載樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，應(yīng)采用分步的方式，按等量逐級(jí)卸載。在卸載的過程中，每級(jí)都要對(duì)樁徑位移進(jìn)行記錄，當(dāng)卸載到0時(shí)，每30min須測(cè)讀樁徑的剩余沉降量。

3.2 試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)整理

記錄試驗(yàn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)后，為更精準(zhǔn)地掌握施工后樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力情況，需要在完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后計(jì)算承載力。按照Hooke定律，計(jì)算基礎(chǔ)樁對(duì)應(yīng)樁身的軸力大小，如公式（1）所示。

式中：σ為基礎(chǔ)樁對(duì)應(yīng)樁身的軸力大??；E為應(yīng)力應(yīng)變；ε為土體對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施加的外界作用力。

根據(jù)公式（1）計(jì)算樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，第i個(gè)截面的受力情況，如公式（2）所示。

式中：Ggij為樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，第i個(gè)截面、第j級(jí)荷載條件、第g根樁基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的受力；σgij為第i個(gè)截面、第j級(jí)荷載條件、第g根樁基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的軸力大??；Ag為第g根樁基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的鋼筋面積；εgij為第i個(gè)截面、第j級(jí)荷載條件、第g根樁基礎(chǔ)受到的土體作用力；Eg為第g根樁基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變情況。計(jì)算εgij如公式（3）所示。

式中：f為樁身橫截面的變形情況。

完成計(jì)算后，根據(jù)基礎(chǔ)樁結(jié)構(gòu)在工程項(xiàng)目中的協(xié)調(diào)性原理，計(jì)算基礎(chǔ)樁結(jié)構(gòu)的最大承載力，如公式（4）所示。

式中：Qij為第i個(gè)截面、第j級(jí)荷載條件下，基礎(chǔ)樁結(jié)構(gòu)的最大承載力；n為樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的鋼筋數(shù)量。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)工程施工提出的施工標(biāo)準(zhǔn)可知，工程項(xiàng)目施工完成后，基礎(chǔ)樁對(duì)應(yīng)的最大承載力（極限承載力）應(yīng)滿足＞1000kN，根據(jù)靜荷載測(cè)試結(jié)果，樁基礎(chǔ)極限承載力滿足上述條件，說明采用的施工技術(shù)與工程控制質(zhì)量的方法可以達(dá)到預(yù)期，如果靜荷載測(cè)試結(jié)果顯示樁基礎(chǔ)極限承載力無法滿足上述條件，就說明對(duì)應(yīng)的施工技術(shù)與工程質(zhì)量控制方法無法達(dá)到預(yù)期，需要對(duì)工程施工方案進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果，見表3。

表3 樁基礎(chǔ)最大承載力（極限承載力）試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.4 工程施工經(jīng)濟(jì)效益分析

完成樁基礎(chǔ)最大承載力（極限承載力）試驗(yàn)后，對(duì)工程項(xiàng)目施工所產(chǎn)生的效益進(jìn)行分析。

該文研究的建筑工程項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的樁基，屬于泥漿護(hù)壁鉆孔擴(kuò)底混凝土灌注樁，根據(jù)施工方的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)可知，樁基數(shù)量超過1600根，樁基直徑為800mm與1400mm，對(duì)應(yīng)樁基長度在24m～45m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查與實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目所在地區(qū)主要的地質(zhì)構(gòu)造為強(qiáng)風(fēng)化泥巖等，平緩路段上發(fā)育大量的粉砂層。

在項(xiàng)目建設(shè)的過程中，按照該文設(shè)計(jì)的方法對(duì)砂層中的工程樁進(jìn)行施工，早期施工中極易發(fā)生的塌孔、夾砂、斷樁、鋼筋籠插不進(jìn)樁孔和混凝土不能連續(xù)澆筑等工程質(zhì)量事故發(fā)生率都不超過10%，而同類地質(zhì)條件下樁體施工中出現(xiàn)的不良工程樁施工事故發(fā)生率在30%以上，由此說明，按照該文提出的方法施工，可以避免施工中鋼筋籠被埋和重新灌注等事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)過技術(shù)人員估算，與傳統(tǒng)工法相比，按照該文設(shè)計(jì)的工法，可以避免超過300萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，為工程項(xiàng)目施工方節(jié)約大量的成本。

4 結(jié)語

通過上述研究，得到以下結(jié)論：根據(jù)表3樁基礎(chǔ)最大承載力（極限承載力）試驗(yàn)結(jié)果可知，所選的試驗(yàn)樁標(biāo)號(hào)#1～#10，試驗(yàn)后對(duì)應(yīng)的最大承載力（極限承載力）均符合＞1000kN的標(biāo)準(zhǔn)，說明設(shè)計(jì)的施工技術(shù)方案在實(shí)際應(yīng)用中綜合效果較好，樁基礎(chǔ)施工可以按照標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到預(yù)期的工程效果。因此，可以在后續(xù)施工中，結(jié)合工程項(xiàng)目施工的具體需求，在試點(diǎn)工程項(xiàng)目中推廣與使用該方法，為建筑工程中樁基礎(chǔ)施工提供全面的技術(shù)指導(dǎo)與幫助。