長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁的應用

劉彬 王新強 李東

(中國石油天然氣華東勘察設計研究院，山東青島 266071)

0 引言

長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁施工工藝在國內已經積累了很多經驗，隨著伊拉克油田開發逐漸進入高峰，包括中國石油在內的大批石油企業進入伊拉克進行油田開發，但該項施工技術在油田地面建設的地基項目中還是空白。

1 工程地質條件

伊拉克魯邁拉油田為超巨型油田，位居世界第六，位于伊拉克南部，隸屬巴士拉省，位于幼發拉底河與底格里斯河兩河流域下游，瀕臨波斯灣，為海相沉積平原，上部30 m范圍主要土層見表1。

表1 主要土層一覽表

2 樁基設計參數及試驗樁

該工程共布置935根工程樁，樁徑500 mm，樁長22 m，主筋為8根20 mm螺紋鋼，樁身主筋混凝土保護層厚度為75 mm，混凝土強度等級C40，坍落度180～220。在工程樁之前為了確定其在本場地的適用性，進行了4根試驗樁，測定了單樁豎向承載力特征值為750 kN，測試Q—S曲線見圖1，另外在設計荷載范圍內上拔及水平位移均滿足設計要求。

3 工程樁施工

長螺旋鉆孔灌注樁主要采用長螺旋鉆孔機、混凝土輸送泵等設備，利用螺旋鉆頭鉆入土層，樁孔內的土體一部分沿帶有螺旋葉片的鉆桿旋轉上升排出孔外。一部分附著在鉆頭、鉆桿的螺旋葉片上隨提鉆帶出。鉆至設計標高后啟動混凝土輸送泵，將混凝土沿高壓鋼管、連接在鉆桿上部的高壓軟管、鉆桿中間的芯管送入孔底，邊提鉆邊泵入混凝土，直至孔口，鉆桿、鉆頭提出后，立即將鋼筋籠對準樁孔中心垂直插入孔內。借助在鋼筋籠頂安放的振動器，將鋼筋籠下放到設計籠頂位置。其工藝流程見圖2。

圖1 豎向抗壓試驗樁Q—S曲線

圖2 工藝流程圖

1)施工準備:施工前的三通一平要保證，各作業區的臨時通道要暢通，特別是施工用電，根據各作業區的設備用電情況，配備足夠的電力電纜。施工場地要平整，以保證設備的正常施工。2)測量放線:根據業主提供的定位放線依據及基礎施工平面圖進行放線，樁位放線偏差對群樁不大于20 mm，單排樁不大于10 mm。同時對每處樁位進行場地標高抄測工作，按設計要求做好樁頂標高的控制工作。3)鉆機就位、鉆孔:本工程采用超流態螺旋鉆機成孔，根據本工程的實際情況，結合各作業區的樁徑、樁長，合理安排鉆機，可充分發揮各鉆機的施工能力。鉆孔時首先移動鉆機，對準樁位放線點，將鉆機調平、支穩，確保在開機鉆孔時不發生傾斜、移位;鉆進過程中，根據各土層的地質情況，調整鉆進速度，隨鉆進隨清理孔口虛土。成孔質量應保證孔徑不小于設計樁徑，垂直度偏差不超過樁長的1%，樁長必須滿足設計要求。混凝土攪拌、泵送、提鉆，混凝土的攪拌應均勻，不得產生分層離析現象。鉆機達到設計孔深后應立即開始泵送混凝土，當鉆具底部的閥門打開后，利用主卷揚機開始提鉆，提鉆速度與泵送混凝土的速度相協調，鉆桿要埋在混凝土內至少50 cm的長度不得脫離混凝土，嚴禁提鉆大于泵送混凝土的速度。4)鋼筋籠制作:制作時保證嚴格按設計圖紙尺寸及設計說明書進行。鋼筋籠制作時先把主筋和加強筋焊接成型后，再綁扎螺旋筋，加工綁扎時要牢固，主筋保護層嚴格按設計要求，鋼筋籠的制作偏差應符合下列規定:主筋間距±10 mm，箍筋間距 ±20 mm，鋼筋籠直徑 ±10 mm，鋼筋籠長度±100 mm。5)吊放鋼筋籠:當鉆頭提至孔口時停止泵送混凝土，將鉆頭提出，鉆具移開，安放鋼筋籠。鋼筋籠要保證居中安放，并在鋼筋籠上安裝振動器，放鋼筋籠至設計標高，通過水準儀控制鋼筋籠標高。6)成樁:成樁后做好圍護，注意保護樁頭，保證24 h內不得擾動，嚴禁車輛碾壓、碰撞樁頭，養護期滿后進行開挖破樁頭并進行檢測。

4 樁基檢測

工程樁完成后，抽取1%共10根樁進行豎向抗壓靜載試驗，抽取3根樁進行水平靜載試驗，并采用低應變法對全部935根樁進行了完整性檢測。靜載試驗按照設計單位提供的說明書進行，最大加載1 400 kN，具體加載順序見表2。單樁豎向抗壓靜載試驗Q—S曲線，如圖3，圖4所示。通過檢測結果分析，單樁承載力滿足設計要求，樁沉降不大于10 mm，滿足設計要求，具體檢測結果見表3，樁身完整性良好，除個別樁為Ⅱ類樁外均為Ⅰ類樁。

表2 工程樁豎向抗壓靜載試驗加載表

5 施工中的問題及處理

因為工程場地地層主要為軟土，地下水位較高，施工時室外溫度達55℃以上等原因，施工過程中發現不少問題，但都通過有效手段得到了解決，主要問題及解決辦法分析如下:

1)串孔。由于樁身長度范圍內主要為軟土，樁間距小于2 m，開始施工時出現串孔現象，鉆孔后，相鄰已經完成的樁，混凝土迅速下沉。發現此問題后，立即對沉降樁進行補灌混凝土至設計標高，然后對正在施工的樁緩慢停鉆灌漿。為了避免串孔，在后續的施工中采用隔打法，間隔1個～2個鉆孔進行施工，等混凝土初凝后再進行相鄰樁的施工，有效的解決了串孔問題。2)堵管。施工正值伊拉克最熱的季節，室外溫度達55℃，C40商品混凝土出廠到泵送時坍落度變化較大，非常容易堵管。施工時控制混凝土中粗骨料直徑，泵送前嚴控坍落度在180～220之間，混凝土出廠時加冰，控制混凝土溫度;混凝土加入緩凝劑控制初凝時間，這樣有效解決了堵管問題。3)鋼筋籠下沉不到位。沉放鋼筋籠到一定深度時，孔底部分粗骨料沉積，阻力較大，鋼筋籠很難放置到位。設計時，可不必通長配筋，距離孔底一段距離，沉放鋼筋籠時，連接好振動裝置、大剛度芯管及鋼筋籠。把鋼筋籠下端插入混凝土樁體中，依靠重力和振動裝置帶動大剛度芯管對鋼筋籠下端進行振動，使鋼筋籠下沉至設計深度。4)鋼筋籠偏位。鋼筋籠偏位會造成樁身局部主筋保護層厚度不足，在施工過程中也不能忽視。施工前，可預制一些中心有孔眼的圓形混凝土墊塊，加工鋼筋籠時均勻地分組穿在螺旋筋上。5)冒水。因為場地地下水位較高，施工提鉆至頂部時有冒水現象，極大影響樁上部的成樁質量。主要原因是地下水位高且提鉆速度過快，泵送混凝土量達不到，可以通過控制提鉆速度使之與泵送混凝土量匹配。

圖3 532號樁打樁豎向抗壓承載力Q—S曲線

圖4 301號樁打樁豎向抗壓承載力Q—S曲線

表3 豎向抗壓及水平靜載試驗成果表

6 結語

在伊拉克魯邁拉油田水廠打樁項目中，長螺旋鉆孔灌注樁施工時雖然容易發生較多問題，只要在施工過程中認真觀察、積極總結，充分掌握地質情況，就能從根本上找出問題的根源，采取相應的應對措施，解決以上問題，經檢測工程樁效果良好，完全滿足設計要求。長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁，無振動、噪聲低、污染低、工效高、成樁快、樁身質量好，單樁承載力高，經濟實惠，是軟土地基中優先選用的樁型。魯邁拉油田大型油罐、裝置及大荷載建(構)筑物在天然地基承載力不能滿足設計要求時，采用長螺旋鉆孔后插鋼筋籠灌注樁是良好選擇，值得推廣。

［1］張忠亭.鉆孔灌注樁設計與施工［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［2］JCJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［3］連海寧.長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插筋灌注樁的應用［J］. 山西建筑，2007，33(15)：102-103.