摘 要：旋挖成孔灌注樁具有提高地基承載力、控制地基沉降以及防止塌孔等特征，因此在建筑工程施工中廣泛應用。本文結合湖南省溆浦縣盧峰鎮(zhèn)污水處理廠的工程實例，在針對旋挖成孔灌注樁施工的預處理池基坑支護結構承載力計算的基礎上，對旋挖成孔灌注樁的施工要點與施工工藝進行闡釋，重點對旋挖成孔灌注樁施工所面臨的沉降問題進行系統(tǒng)性分析，分別針對旋挖樁底沉渣的施工控制問題提出解決措施，為解決基坑開挖引起土體作用力的相關問題提供支持。

關鍵詞：基坑支護；旋挖成孔灌注樁；沉渣控制

中圖分類號：TU 47" " 文獻標志碼：A

建筑樁基在承載力與沉降控制方面具有優(yōu)勢，因此廣泛應用于各類工程建設，其中，旋挖成孔灌注樁因其具備成孔速度快、承載力高、受力穩(wěn)定以及沉降變形幅度小等特征，適用于多數地質條件，逐漸成為國內外工程建設樁基礎施工的主要形式[1]。因此，針對污水處理廠基坑支護的施工要求，旋挖成孔灌注樁在工程建設中起著重要的作用。

1 項目介紹

溆浦縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設施及配套管網工程PPP項目-盧峰鎮(zhèn)污水處理廠為新建工程，建設地點位于溆浦縣盧峰鎮(zhèn)高田村護邑塔下溆水河邊，污水處理廠直通031縣道，交通便利，滿足施工運輸要求。廠區(qū)占地面積為33800㎡，設計污水處理規(guī)模為30000m3/d，采用A2O法結合深度處理的工藝。污水處理廠場地周邊較空曠，周邊無重要地下管線及建筑物，場地東側為溆水河，南面臨近公路邊坡，西面和北面為農田菜地。

污水處理工藝流程：城鎮(zhèn)污水提升經過粗格柵攔柵渣外運→提升泵房→提升至旋流沉砂池沉沙→A2O池→二沉池→污泥回流泵房（污泥回流至A2O池）→污泥濃縮池、調理池（污泥濃縮后外運）→高效沉淀池→絮凝沉淀池→濾布濾池→紫外線消毒池→出水渠排入河道。污水經過處理后，尾水水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。

2 灌注樁基坑支護結構的承載力計算

2.1 基坑支護結構的土壓力

在施工過程中，預處理池基坑圍護結構受到的主要載荷來源于土壓力。當計算土壓力時，除了需要考慮土體性質以外，還需要考慮基坑支護結構的位移方向與位移量，以此判斷壓力類型，主要包括靜止土壓力與主動、被動土壓力兩種[2]。在基坑開挖過程中，如果圍護結構穩(wěn)定，就保持土體靜止且平衡狀態(tài)，此時受到靜止土壓力，具體計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：E0為靜止土壓力；H為支護結構件高度；K0為靜止土壓力系數；γ為土體重度。

由于圍護結構只能承擔土體豎向自重力所產生的水平載荷，因此需要根據靜止土壓力計算靜止土壓力強度，具體計算過程如公式（2）所示。

P0=γhK0" " " " " " " " " " （2）

式中：P0為靜止土壓力強度；γ為土體重度；h為計算點土體厚度。

當圍護結構在土體以及其他載荷條件下產生移動時，土體在自身重力的作用下沿著滑動面下滑，直至平衡，此時圍護結構受力為主動土壓力。在強外力的作用下，圍護結構后方土體受擠壓而上移時產生的剪應力與主動土壓力呈反向作用力，此時圍護結構受到的最大抗力為被動土壓力，主動土壓力與被動土壓力的計算過程分別如公式（3）、公式（4）所示。

（3）

（4）

式中：Ea為主動土壓力；Ep為被動土壓力。

在實際施工過程中，如果土體與圍護結構之間接觸面光滑，就表示圍護結構的背后土體水平無斜角，需要考慮無黏性土與黏性土不同條件下的主動與被動土壓力強度。在實際施工過程中，需要考慮墻背可能出現(xiàn)傾斜、粗糙等情況。

2.2 基坑圍護結構的變形與沉降

在施工過程中，由于基坑開挖引起支護結構變形、坑外土體沉降、坑內土體隆起等，因此圍護結構變形一般分為水平位移與豎向位移兩種[3]。水平位移：當基坑開挖時，由于坑內土體被動壓力減少，導致圍護結構受到基坑外部主動土壓力作用而產生水平位移。豎向位移：當基坑開挖時，當圍護結構外側的土體向坑內移動時，在主動壓力的作用條件下，樁體會上升，豎向位移會產生對坑底隆起、地表沉降的影響。因此，圍護結構變形計算能夠有效分析基坑開挖時擋土墻與土壓力之間的載荷。具體圍護結構變形內力的計算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：d為樁身剪應力系數；a為樁的水平變形系數；Z為圍護結構的截面縱坐標；y為圍護結構的水平位移。

基坑周邊變形與沉降導致發(fā)生側向位移，會對實際施工過程帶來巨大影響，當坑外土體作用產生明顯位移時，周邊地表沉降主要集中在圍護結構的頂部位置[4]。具體沉降的計算過程參考Reck（土體損失底層位移法），如公式（6）所示。

（6）

式中：S為地面任一點的沉降值；Smax為地面最大沉降值，一般由工程測繪預測得知；x為沉降曲線中心到計算點的距離；i為沉降槽寬度；H為基坑開挖的深度。

由于旋挖成孔灌注樁旋挖樁機鉆進速度快、取土比較直接，因此孔底沉渣較多，混凝土澆筑容易造成鋼筋籠上浮缺陷，縮頸現(xiàn)象直接影響樁基礎，導致發(fā)生沉降。

3 旋挖成孔灌注樁施工技術分析

3.1 施工技術操作要點

3.1.1 旋挖鉆孔灌注樁成孔的注意事項

在實際施工中，旋挖鉆孔主要選擇鋼護筒跟孔鉆進和泥漿護壁等措施來解決成孔難題，護筒埋設時必須牢固垂直，機具就位時地面要平整，鉆桿垂直，保證樁孔成孔垂直度，控制好孔內地下水位標高，防止塌孔，當成孔時發(fā)現(xiàn)難于鉆進，應及時檢查，防止樁孔出現(xiàn)偏斜、位移，及時清理孔底沉渣，防止孔底沉渣過多。

3.1.2 方法與基本要求

旋挖鉆成孔是一種依靠伸縮式鉆桿自重與固定桅架上液壓壓力作用，使用鉆斗旋轉切削土體，鉆機伸縮鉆桿將鉆頭提出孔外卸土的工程工藝[5]。目前旋挖成孔灌注樁施工主要有3種方法：濕作業(yè)成孔、干作業(yè)成孔、全護筒護壁。在不同地質條件下，不同旋挖成孔方法有不同的適用范圍。根據該污水處理廠旋挖成孔灌注樁質量檢測與鉆孔水位測量，確定施工誤差范圍，數據見表1。

根據施工允許存在的誤差范圍，結合該污水處理廠旋挖鉆孔灌注樁的施工要求，針對場地的調查與鉆孔水位測量統(tǒng)計，確定各土層主要的物理力學指標，數據見表2。

樁基檢測規(guī)范有以下要求。1）須對樁基工程進行樁位、樁長、樁徑、樁身質量和單樁承載力進行檢驗。2）采用低應變法檢驗樁身完整性，檢測數量不小于樁總數的40%，且≥10根。3）采用靜載荷試驗對單樁豎向承載力進行檢驗，驗樁數不少于同條件總樁數的1%，且≥3根。4）工程樁應先檢驗樁身完整性檢測，再抽樣檢測單樁承載力，應在樁頂設計標高處檢測樁身完整性。

3.2 旋挖成孔灌注樁的施工工藝

旋挖鉆孔灌注樁施工工藝流程：施工準備→測量放線→護筒制作、埋設→鉆機就位→泥漿制備→鉆進成孔→成孔檢查→鋼筋籠制作→下放鋼筋籠及導管→砼灌注→成樁移位→樁頭鑿除→樁基檢測。

具體操作要點如下。1）施工準備與測量放線：地上、地下障礙物都處理完畢，達到“三通一平”。采用全站儀放樣，由現(xiàn)場施工技術員布設護樁并用砼固定，畫出護樁平面圖，并利用護樁控制護筒埋設。由旋挖鉆機自動調平并進行護筒中心對位檢測。2）制作、埋設及拔除護筒：護筒埋設安裝采用振動錘（打拔機）將鋼護筒夾起振壓向下安放到位。用厚16mm鋼板制作鋼護筒，直徑大于鉆孔樁徑20cm，護筒長度不小于6m。當埋設定位護筒時，除設計有規(guī)定外，護筒中心與樁中心的平面位置偏差應不大于50mm，護筒在豎直方向傾斜度應不大于1%。護筒按放樣點位埋設后再用全站儀復核，保證其中心軸線與樁位中心偏差不大于5cm，并嚴格保持護筒豎直。護筒口頂端高度至少高出地面0.5m，護筒內徑比樁徑大40～60cm。護筒頂面宜高出地下水位2m，并高出施工地面0.5m，其高度應滿足孔內泥漿面高度的要求。3）配制泥漿：配制泥漿選擇水化快、造漿能力強、黏度大、含砂率低的黏土或膨潤土，但盡量就地取材。在配制泥漿前要根據鉆孔的體積確定所需泥漿的數量，泥漿量必須大于鉆孔的容積。配制泥漿選取水化性能較好、造漿率高、成漿快、含砂量少的膨潤土或黏土為宜。4）鉆機就位與鉆孔：在鉆機就位前，應對主要機具及配套設備進行檢查，底架應平整穩(wěn)定，不能產生位移和沉陷。調節(jié)下部導向圈、調直鉆桿、將鉆斗導向尖與樁位對齊，保證插鉆正確，防止鉆孔偏斜。鉆機頂端應用纜風繩對稱拉緊，鉆頭、鉆桿中心與護筒中心的偏差不大于5cm。開孔孔位必須準確，孔位偏差不大于5cm，使初成孔壁豎直、圓順、堅實。當鉆孔時，孔內水位應該高于護筒底腳0.5m以上或地下水位以上1.5～2m，當鉆孔時，孔口護筒應高出地面50cm，并及時向孔內補充漿液，保持足夠的泥漿壓力。5）成孔檢查與清理：檢測標準是鉆孔傾斜度誤差不大于1%，沉淀厚度符合設計要求，樁位誤差不大于50mm。用測深繩（錘）或手提燈測量孔深及虛土厚度。虛土厚度等于鉆孔深的差值，虛土厚度不超過10cm。清孔常采用磨盤式撈渣鉆頭撈渣法，可一次或多次進行撈渣。在第一次清孔后安放鋼筋籠及導管，再次驗孔，若沉碴厚度不滿足施工技術規(guī)范要求，則須進行第二次清孔。采用導管內注泥漿循環(huán)清孔，在清孔完成后立即灌注混凝土。6）鋼筋籠加工與安裝：鋼筋籠整體制作，鋼筋籠縱向鋼筋的接頭采用搭接焊，鋼筋籠加勁筋及箍筋與縱筋點焊焊接。在骨架外側設置同標號混凝土墊塊控制保護層厚度，墊塊的間距在豎向不應大于2m，在橫向圓周設置4個。鋼筋籠采用汽車吊整體起吊安裝。根據設計鋼筋籠底標高與孔口標高，計算好鋼筋籠的吊筋或鋼筋籠頂標高，鋼筋籠頂端高程的允許誤差為±20mm。鋼筋籠安裝必須垂直吊裝，保證鋼筋籠四周保護層均勻。在鋼筋籠入孔后應準確、牢固定位，檢查鋼筋頂標高，保證鋼筋籠平面位置及高程準確，防止?jié)仓炷吝^程中發(fā)生變位。7）混凝土灌注：用汽車泵送商品砼澆注砼，在二次清孔完成后，應立即灌注水下混凝土。澆筑時須計算初灌量，加工好漏斗，漏斗底口要設置10cm×10cm鐵篦子，防止大粒徑石塊進入造成堵管形成斷樁事故，在初灌完畢且無異常情況后，既可連續(xù)灌注混凝土，中途一般不停。當灌注混凝土接近樁頂部位時，應計算混凝土的需求量，精確控制最后一次混凝土灌入量。灌注混凝土頂標高宜高出設計樁頂標高0.8m～1m，保證鑿除后的樁頭混凝土強度能達到設計要求。

3.3 旋挖成孔灌注樁施工中沉降特性

在實際施工過程中，旋挖樁基本為端承樁或者端承摩擦樁，根據本項目的巖土屬性分析，沉渣對此類樁體的沉降影響顯著。從樁基礎的載荷傳遞、樁端土與地基土共同承擔外載荷的關系分析，在樁側土體進入塑性階段后，樁側摩擦力不再增加，在樁身下半部分的側摩擦力達到極限承載力后，由樁端阻力承擔樁體載荷。

由此說明，當樁側摩擦阻力達到極限位移時，與施工所在土層性質有正向相關性，在硬黏土中位移一般為5～6mm、砂礫性土中位移一般為4～10mm。考慮土體的連續(xù)性，采用載荷傳遞方程能夠準確計算樁端處土體與開挖基坑周邊土之間的載荷關系。具體函數公式如公式（7）、公式（8）所示。

（7）

（8）

式中：U為樁截面的周長；Ap為樁的界面積；Ep為彈性模量。

將公式（7）代入公式（8），得到旋挖成孔灌注樁施工中沉降的土層彈性。

大量的巖土試驗證明，土體既不是理想彈性體，也不是塑性體，而是一種具備彈塑性屬性的變形材料，考慮樁體在不同彈性土層條件下的情況，載荷傳遞從樁體從上向下沿著樁深的方向呈逐漸遞減的趨勢，樁端持力層壓縮變形符合壓應力豎向位移的關系，因此，在施工中需要注意的是，此時樁基礎承受的載荷即是單樁豎向抗壓靜載承載力，試驗結果見表3。

由工字鋼和跳板搭成堆載平臺，采用堆載法進行試驗，上面均勻堆放

預制塊，構成加載反力系統(tǒng)，如圖1所示。

4 旋挖成孔灌注樁底沉渣施工控制的措施

4.1 旋挖沉渣

在實際施工過程中，塌孔以及孔壁泥皮出現(xiàn)掉渣的情況是造成旋挖沉渣的主要原因，因此需要注意孔壁保護來控制沉渣形成。具體措施如下。1）充分了解施工場地的土體巖層類型、深度以及分布情況，配備專業(yè)的沉渣清理設備。2）孔口護筒：一般鋼護筒選擇10mm鋼板，護筒內徑＞200mm鉆頭直徑，混凝土護筒≥150mm，混凝土強度≥C25，間距≤200mm，豎向鋼筋≥8mm，螺旋箍筋≤200mm。通常采用灌注反壓混凝土的方法控制沉渣，在旋挖開孔后，在樁塌孔的位置使用C30混凝土灌注反壓（要求反壓高度≤2m），試驗表明孔壁護壁效果良好，能夠有效控制沉渣。

4.2 旋挖沉渣清理

在清理過程中，主要考慮澆筑混凝土對沉渣上浮的作用力。當一次清孔時，將雙底清渣鉆斗提到距離孔底0.2～0.3m處，并保持空轉，將鉆渣吸出，在下鋼筋籠后、灌注混凝土前，需要檢測沉渣厚度與孔徑，若沉渣過厚，則需要二次清孔，此時一般采用高壓送風以及高壓水槍的沖擊力等清除孔底沉渣，一般要求端承樁沉渣厚度≤50mm，摩擦型樁沉渣厚度≤100mm。

5 結語

綜上所述，建筑基礎是建筑物的根基，通常建筑物的載荷一般由基礎承擔。隨著建筑基礎形式與施工技術的不斷發(fā)展，為適應大型建筑物以及構筑物對基礎承載力與沉降的控制需求，樁基基礎成為建筑物安全與使用的關鍵因素。因此，在實際施工中，基坑支護結構的旋挖成孔灌注樁施工需要考慮旋挖灌注樁的承載力，提高旋挖成孔對沉渣的處理能力，以此提高施工水平，為解決工程問題提出可行性參考。

參考文獻

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