超大直徑擴底鉆孔灌注樁施工技術

□文/王稹筠 裴鴻斌

1 工程概況

于家堡站交通樞紐市政配套公用工程土建施工第三標段包括部分Z1線、B2線、社會車停車場、公交中心和地下商業開發空間，占地面積26 780 m2，總建筑面積54 167m2。B2線與社會車停車場地下2層，深16.5 m；Z1線地下3層，深31.5 m；公交中心位于地面；地下商業開發空間地下1層，深10.5 m?？蚣芗袅Y構，明挖、蓋挖相結合的施工工藝。鉆孔灌注樁設計有效樁長最長40 m，上部空鉆30 m。

地質條件見表1。

2 施工難點

1）單樁承載力大，樁直徑為2 200mm，底部擴大為3 200mm，擴大部位的幾何尺寸偏差不宜＞20mm；大深度，鉆孔深度最深達70 m。

2）地質條件差，上部淤泥質粘土層、粉土層較厚，鉆孔灌注樁施工極易造成縮徑，大直徑擴底鉆孔灌注樁施工難度大。

3）基坑開挖深度大，鉆孔樁上部空鉆最大達30 m以上，為保證基坑底部樁中心尺寸的準確，必須保證樁的垂直度偏差≤1/300，全部基樁的樁底沉渣厚度≯100mm。

4）灌注樁鋼筋籠主筋直徑大、數量多，采用孔口對接時間長，宜采用受力段全籠吊裝與上部簡易籠對接的施工措施，全籠吊裝長度最長達47.5 m，吊裝作業難度大。

3 成孔工藝選擇

該地區覆蓋層為3 m厚人工雜填土，上部約17 m為淤泥質土、下部60 m為粉砂層。按常規成孔方式施工勢必造成工期延長且易發生孔口坍塌、彎孔及掉鉆頭等事故，甚至造成工程無法進展。針對這種復雜情況，采用埋設護筒穿過人工雜填土層，先用旋挖鉆機進行等直徑孔成孔，再用專用擴底機械擴底，成功地解決了樁基成孔、擴底難題。

工藝原理為先埋護筒穿過人工雜填土層，保證上部土方不坍塌，用旋挖鉆機將等直徑樁（成孔）鉆到設計深度后，再更換全液壓擴底快換魔力鏟斗分別下降到樁的頂端、底端，由全液壓擴底快換魔力鏟斗打開擴大翼進行全液壓切削挖掘作業，擴底時使樁底端保持水平擴大。此時按設計要求預先輸入擴底數據和形狀進行操作。樁底端的深度及擴底部位的形狀、尺寸等數據和圖像通過檢測裝置顯示在操作室內的監控器上，對施工全過程進行監控，保證施工質量。

4 操作要點

4.1 放樁位線和樁機定位

1）根據樁位坐標數據放出樁位中心，做好保護及復核。

2）樁位中心點處用紅漆做出三角標志。

3）樁位放好后及時處理保護，打好十字控制樁并做好保護措施，見圖2。

圖2 樁位十字線引樁平面

4）鉆機定位時，為保證擴底旋挖鉆機的穩定性，改善施工作業場地的地質條件，采用25 cm厚鋼筋混凝土硬化地面，無硬化地面的，可在鉆機履帶下墊8 m×2.2 m×30mm鋼板2塊，增加鉆機履帶與地面的接觸面積，防止施工中土體不均勻沉降而造成鉆機不穩。

5）在鉆機履帶下墊100～150mm厚木墊塊塞住履帶，防止施工中鉆機移動。

6）利用鉆機水平裝置，調整鉆機水平度，保證鉆機鉆桿的垂直。

7）樁位定位后拉引樁十字線，將鉆桿中心與樁位十字線中心對齊，偏差≯20mm。

8）在埋設護筒前，根據鉆機自身的垂直儀調整鉆桿的垂直度后，再用經緯儀復測鉆桿垂直度，保證傾斜度在1/300范圍內。

9）鉆機在完成定位、水平度和垂直度調整后，對水平度、垂直度、中心位置進行鎖定，使樁機達到最佳狀態，從而有效地保證成孔質量。

4.2 鋼護筒埋設

1）鉆機就位后，先鉆一個比護筒直徑略大的孔，深度比護筒淺50 cm，然后將護筒吊放入孔內采用旋挖鉆機將其壓入并根據十字線，控制護筒中心位置。

2）護筒采用16～20mm鋼板制作，上部做1～2個溢漿孔，埋置深度可根據地表土質特征進行選定，護筒埋置深度≮2.5 m，以達到穩定孔口土體的目的，護筒直徑應比樁直徑大200mm。

3）埋設護筒頂應比原始地面高出200mm，以達到控制地面渣土及漿液流入孔內目的。

4）埋設護筒后，根據十字引樁復核護筒中心，其中心線與樁位中心線偏差不得＞20mm且護筒與周圍垂直，護筒周圍應采用粘土夯實。

4.3 鉆機等徑部分成孔

1）護筒埋設完畢后，用泥漿泵向孔內注入泥漿，以鉆桿、鉆斗自重并利用液壓加壓旋轉筒式鉆頭作為鉆進壓力進行原始土挖掘，當鉆斗內裝滿土后，將鉆斗提升，旋轉鉆機打開鉆頭斗門卸土到翻斗車上或卸土區內，關閉門將鉆頭旋轉至鉆進位置并將機體旋轉體的上部鎖定住，再下降鉆頭，反復循環鉆至設計深度，邊鉆進邊加注泥漿。

2）鉆進中根據不同地質條件合理調整鉆進速度，一般最快不超過10 m/h，松散地層控制在3 m/h，嚴格控制泥漿的質量，及時向孔內注入泥漿使孔內水位高出鋼護筒底部2 m以上。

3）鉆孔過程中，經常檢查鉆機本體內的垂直儀或用經緯儀雙向隨時檢測鉆機鉆桿的垂直度，當鉆孔有傾斜時，可往復進行掃孔修正，直至垂直度符合要求。

4）輕度塌孔應加大泥漿密度和提高水位；嚴重塌孔應用回填粘土，待一定時間后采用低速鉆進。

5）鉆孔時經常檢查泥漿的性能，當各項指標超過上下限時，應及時調整。

6）發生漏漿可適當加稠泥漿或倒入澎潤土、粘土，慢速鉆動；護筒周圍及底部接縫用土回填密實，適當控制孔內水頭高度，不要使壓力過大。

7）等徑部分成孔達到設計標高后，旋挖鉆機更換擴底魔力鏟斗進行擴底成孔作業。

4.4 擴底成孔作業

旋挖鉆機更換擴底魔力鏟斗進行擴底成孔作業，本工程擴底鉆孔灌注樁為φ2 200mm擴至3 200mm。擴底施工時，先在電腦上設定擴底參數，在電腦自動管理中心的指揮下進行擴底施工，通過影像監視系統及時監測擴孔情況，確保擴底成孔質量；回轉擴底魔力鏟斗在進行旋轉中，鏟斗的倒排鑲嵌鈦合金，被平均分成2份或4份進行砂礫的切削挖掘，實施水平擴孔作業，擴孔作業產生的砂礫被鏟斗所容納，收回鏟斗將砂礫帶出地面。

4.5 成孔護壁泥漿

1）旋挖擴底鉆孔灌注樁護壁采用人造泥漿，考慮本工程地質條件較差，泥漿密度應控制在1.35 kg/m3以內并有以下性能。

（1）由膨潤土、水、CMC為主要材料，可使碎屑的沉降緩慢，清孔容易。

（2）使孔壁表面在鉆孔開始、完成，鋼筋籠下放到混凝土灌注完成時保持長時間穩定。

（3）具有與混凝土相混合的特性，利用親液膠體性質，能夠被混凝土代替而排出。

（4）人造泥漿灌入孔中，在成孔過程中滲入土層中，能夠增加地基的強度，防止地下水流入孔內。

（5）由于擴底旋挖鉆機是原始土挖掘鉆進，然后灌入泥漿，屬靜態泥漿，通過澆注混凝土將孔內的泥漿排出，經過泥漿旋流凈化除砂裝置，使泥漿中分離砂礫后能重復使用。

2）泥漿配制采用膨潤土、CMC（纖維素）、燒堿、水按一定比例配制而成，一般配合比為水∶膨潤土∶CMC（纖維素）=1 000∶110∶1，燒堿根據調配后的泥漿酸堿性摻入，一般pH值控制在7～9之間。增加泥漿密度時可在泥漿中加入適量的粘土或重晶石。

3）配制泥漿的主要技術指標見表2。

表2 泥漿主要技術指標

4.6 擴底鉆頭進行一次清孔

清孔時將擴底魔力鏟斗放至孔底，通過鏟斗旋轉鉆進渣土達到清孔目的。

4.7 鋼筋籠吊放

1）采用雙機抬吊，分5～6個吊點，以150 t履帶吊為主吊，主吊點位置在上端2.5 m處，50 t抬吊，抬點位于下端3個點。

2）鋼筋籠分2節吊放，上部孔鉆段簡易鋼筋籠與下部鋼筋籠焊接連接。

4.8 安裝導管和二次清孔

1）安裝導管

（1）安裝鋼筋籠完成后，應盡快安裝導管并嚴格控制孔底沉渣。

（2）采用φ300mm導管，使用前須經過壓水試驗，試水壓力為0.6～1.0 MPa，導管接頭用螺紋連接方式并加“o”型密封圈，各接頭必須扭緊嚴防漏氣、漏水，用完后要清洗干凈，絲扣要上油。

（3）吊放導管應位置居中，穩步沉放，防止卡掛鋼筋籠，導管底距孔底300～500mm。

2）氣舉反循環清孔

氣舉反循環清孔適用于第二次清孔；氣舉反循環清孔的主要設備機具包括空氣壓縮機、出水管、送氣管、混合噴射器等，見圖3。設備機具規格一般應根據孔深、孔徑等合理選擇。出水管可利用灌注混凝土導管。

圖3 氣舉反循環

4.9 灌注混凝土

清孔結束后必須在30 min內灌注混凝土，否則必須重新清孔；水下強度等級為采用C50的混凝土，加外加劑，考慮上部插入鋼管柱的工藝要求，混凝土的初凝時間控制在36～40 h，單樁澆筑混凝土時間應控制在4 h內；混凝土初灌量不應小于計算初灌方量，必須連續灌入，嚴禁將導管拔出，嚴格檢查坍落度及和易性，坍落度一般控制在18～22 cm；灌注時，提升導管要慢并平穩提升，嚴防碰撞鋼筋籠。

5 結語

本工程地質條件復雜，單樁承載力高，采用擴底灌注樁代替傳統的等直徑灌注樁，有效地提高了樁的承載力，縮短了樁長。通過嚴格控制施工中的各工序，對質量控制要點嚴格把握，經過超聲波檢測、低應變檢測及靜載試驗檢測，擴底鉆孔灌注樁全部符合設計要求。