旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工法與工程應(yīng)用★

張宏博 方光秀* 南 元 趙世范

(1.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002； 2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司延吉卷煙廠設(shè)備工程處，吉林 延吉 133000；3.延吉市大星基礎(chǔ)工程公司，吉林 延吉 133002)

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旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工法與工程應(yīng)用★

張宏博1方光秀1*南 元2趙世范3

(1.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002； 2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司延吉卷煙廠設(shè)備工程處，吉林 延吉 133000；3.延吉市大星基礎(chǔ)工程公司，吉林 延吉 133002)

介紹了旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁的特點(diǎn)，提出了適合遼西地區(qū)的施工工法，并結(jié)合工程案例，闡述了旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁的施工條件與工藝、加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)措施以及控制樁體質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，并通過基樁樁身質(zhì)量完整性與單樁豎向承載力檢驗(yàn)，確定其設(shè)計(jì)與施工的可行性，為類似工程提供借鑒。

旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁，鋼筋籠，基樁，單樁豎向承載力

0 引言

人工挖孔樁工藝有被濫用的趨勢(shì)，樁越挖越深、直徑越挖越大，安全措施不到位等。人工挖孔成樁效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大的弊端日益明顯[1]，部分省市已開始限制人工挖孔樁的使用。新型旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁通過大扭矩動(dòng)力鉆頭在巖土層直接進(jìn)行擠擴(kuò)并澆筑混凝土，后置鋼筋籠形成的現(xiàn)澆混凝土灌注樁[2]。旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁具有以下特點(diǎn)[3]：鉆具護(hù)壁，不塌孔，不取土，施工安全；工法簡單，成孔成樁一次性完成；施工高效，用材節(jié)約；承載力高、沉降小；無泥漿、無噪聲、無振動(dòng)。山東省早已提出DBJ 14—091—2012旋轉(zhuǎn)擠土灌注樁技術(shù)規(guī)程，河南省也已提出DBJ 41/T 132—2014雙向旋轉(zhuǎn)擠土灌注樁技術(shù)規(guī)程，重慶市也已把DBJ 50/T—207—2014旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁技術(shù)規(guī)程作為本地區(qū)工程建設(shè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)。本文參考上述地方性技術(shù)規(guī)程，提出適合遼西地區(qū)的施工工法，并結(jié)合大成國際花園一期工程，闡述旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁的施工條件、施工工藝、加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)措施、控制樁體質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，為類似工程施工提供借鑒。

1 旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工條件

1.1 施工設(shè)備和材料條件

1)螺桿樁機(jī)。

旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁對(duì)設(shè)備要求相對(duì)較高，螺旋樁機(jī)是其專用成樁設(shè)備。常用螺旋樁機(jī)重量為70 t左右，樁架高30 m左右，鉆桿長度20 m～35 m。混凝土泵機(jī)宜選用60泵，額定直流輸出扭矩不小于200 kN/m。旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁由兩部分組成，樁的上部分為圓柱體，下部分為擴(kuò)大頭椎體，擴(kuò)大頭椎體直徑是圓柱體直徑的1倍～2倍。旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁常用樁徑為350 mm～800 mm。螺桿樁機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2)材料條件。

水泥：選用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5級(jí)普通硅酸水泥。

粗骨料：選用級(jí)配良好的卵石或碎石，其最大粒徑控制在5 mm～15 mm。

粉煤灰：粉煤灰摻量控制在70 kg/m3～90 kg/m3。

其他外加劑可根據(jù)不同的使用要求適量摻入。

1.2 施工場(chǎng)地條件

1)施工場(chǎng)地應(yīng)進(jìn)行平整處理，地面坡度小于3%，地面承載力滿足施工樁機(jī)接地壓力要求，天然地基承載力不小于150 kPa。

2)臨近邊坡的樁基在完成邊坡支護(hù)后施工。

3)旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁軸線的控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在不受施工影響的地方。開工前，經(jīng)復(fù)核后妥善保護(hù)，施工中進(jìn)行復(fù)測(cè)。

1.3 施工工藝參數(shù)試驗(yàn)

1)根據(jù)本工程設(shè)計(jì)要求的數(shù)量、位置打試樁，試樁的樁徑和長度要具有場(chǎng)地代表性。

2)成孔試驗(yàn)。

檢查成孔深度和成孔時(shí)間，結(jié)合混凝土供應(yīng)情況確定混凝土緩凝時(shí)間指標(biāo)，將鉆進(jìn)過程中的電流值整理成表，與巖土工程勘察報(bào)告中的地層性質(zhì)對(duì)比，將電流統(tǒng)計(jì)值作為本工程的收樁依據(jù)，并對(duì)樁頂和地面土體的豎向和水平位移進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè)。

3)成樁試驗(yàn)。

確定混凝土澆筑參數(shù)和鉆桿提鉆參數(shù)，計(jì)算出本工程的充盈系數(shù)，對(duì)擠土敏感土層、易竄孔土層根據(jù)不同施工間距的成樁試驗(yàn)結(jié)果，確定合理施工間距。

4)根據(jù)試樁參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，依據(jù)試樁的試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整施工方案設(shè)計(jì)。

2 旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工法

2.1 施工工法原理與特點(diǎn)

2.1.1 施工工法原理[4]

旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁是采用專用成樁設(shè)備，通過鉆具護(hù)壁并以微取土方式旋轉(zhuǎn)擠壓土體成孔，而后經(jīng)鉆桿芯管連續(xù)泵送混凝土形成樁體，最后采用后插籠工藝將鋼筋籠沉入樁體中而形成的新型灌注樁。

2.1.2 施工工法特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁與傳統(tǒng)的長螺旋灌注樁相比，其施工工法具有如下特點(diǎn)：

1)旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁成孔成樁過程中，不取土、不塌孔、一次性完成、且施工安全，杜絕因孔壁塌方造成的安全事故。

2)在同等條件下，與其他樁型相比縮短了樁長、減小了樁徑，節(jié)約工期，降低工程造價(jià)。

3)旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁成孔時(shí)無需泥漿、無泥皮和沉渣，可消除傳統(tǒng)灌注樁三大負(fù)效應(yīng)[6](樁身和樁端土體的松弛效應(yīng)、泥皮效應(yīng)和沉渣效應(yīng))，具有三大正效應(yīng)(擠密效應(yīng)、護(hù)壁效應(yīng)、膠結(jié)效應(yīng))，可有效提高樁側(cè)阻力的作用，并充分發(fā)揮樁端阻力。

4)施工無噪聲，無振動(dòng)，同時(shí)體現(xiàn)出環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

2.2 施工工藝流程圖與質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

針對(duì)旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工藝中存在孔深、孔徑以及樁身承載力不滿足設(shè)計(jì)要求、機(jī)樁軸線控制點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)有偏差、鉆桿雙向垂直度與鋼筋籠垂直度存有偏差等質(zhì)量通病，本文根據(jù)遼西地區(qū)的工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了如下施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)：

1)檢查成孔、成樁試驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求；

2)檢查樁位基準(zhǔn)點(diǎn)是否合格；

3)檢查鉆桿是否鉆至設(shè)計(jì)深度；

4)檢查鉆桿頭部是否被混凝土包裹；

5)檢查鋼筋籠垂直度是否合格；

6)檢查樁基承載力是否合格。

適合遼西地區(qū)的旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，如圖2所示。

2.3 施工工法

1)施工鉆機(jī)就位后，進(jìn)行樁位復(fù)查，旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁鉆頭與樁位點(diǎn)偏差不大于15 mm。同時(shí)，測(cè)量、檢查機(jī)樁軸線的控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)。

2)鉆機(jī)上設(shè)置控制深度和垂直度的儀表[5]，保證樁機(jī)就位后平整穩(wěn)固，確保在成樁過程中不發(fā)生傾斜和偏移。

3)鉆機(jī)開始下鉆速度應(yīng)緩慢，鉆頭采用正向旋轉(zhuǎn)，在鉆機(jī)施加扭矩的同時(shí)施加豎向壓力。

4)鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鉆頭停止旋轉(zhuǎn)，將混凝土泵入鉆桿內(nèi)的空心管道，啟動(dòng)鉆桿正向旋轉(zhuǎn)，并提升鉆具，提升速度與混凝土泵送量相匹配。

5)樁端進(jìn)入堅(jiān)硬、硬塑的粘性土、中密以上粉土、砂土，圓礫、風(fēng)化頁巖、風(fēng)化巖時(shí)以電流為主，控制樁長為輔。

6)終孔標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合工程地質(zhì)情況、單樁豎向承載力、入土深度、樁端持力層性狀等因素綜合考慮，通過靜載試驗(yàn)或試樁試驗(yàn)確定。

7)混凝土粗骨料的粒徑控制在5 mm～15 mm，砂選用河砂或機(jī)制砂，坍落度控制在180 mm～200 mm。

8)混凝土泵料斗內(nèi)的混凝土連續(xù)攪拌，且泵送壓灌應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，料斗內(nèi)混凝土的高度不低于400 mm，樁頂混凝土超灌高度不小于0.5 m。

9)混凝土輸送泵管應(yīng)減少彎道，且保持水平，泵管下面墊實(shí)，保證泵管穩(wěn)定。

10)氣溫高于30 ℃時(shí)，在輸送管上覆蓋隔熱材料，每隔一段時(shí)間灑水降溫。冬季施工時(shí)，在輸送泵管周圍包裹保溫材料。做好自檢、互檢、專檢等“三檢制”和驗(yàn)收工序。

3 旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)措施

1)在旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工過程中，宜先施工長樁，后施工短樁；宜先施工大直徑樁，后施工小直徑樁；宜先施工主樓(高層)樁；后施工裙房(低層)樁；宜先施工密柱樁，后施工疏柱樁。

2)為保證混凝土的連續(xù)泵送，在灌注混凝土前將混凝土高速攪拌3 min～5 min。提鉆速度與泵送混凝土速度可根據(jù)式(1)計(jì)算。

VP=vnμ/γAP

(1)

式中:VP——提鉆速度，m/min；μ——混凝土泵填充系數(shù)，一般可取0.7～0.8；n——泵送速度，一般8泵/min～12泵/min；γ——充盈系數(shù)；AP——樁橫截面積，m2。

提鉆速度要滿足表1要求。

表1 最大提鉆速度取值指標(biāo)

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況與地質(zhì)條件

大成國際花園工程建筑面積為6 657.56 m2，11層框剪結(jié)構(gòu)，基樁型式為旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁，基樁總數(shù)為116根，基樁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25。

根據(jù)遼寧遼西工程勘察院提供的勘探報(bào)告，該工程地質(zhì)概況如表2所示。

表2 工程地質(zhì)概況

4.2 主要施工工法

4.2.1 旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁鋼筋籠制作

鋼筋籠的長度為12 m，直徑為400 mm，制作允許偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定。

表3 鋼筋籠制作允許偏差 mm

鋼筋籠設(shè)置為8根Φ18 mm的通長主筋，保護(hù)層厚為50 mm，四側(cè)主筋每隔5 m設(shè)置耳環(huán)，上下節(jié)主筋采用電渣壓力焊連接；主筋內(nèi)側(cè)每隔2 m加設(shè)一道Φ14 mm的加強(qiáng)箍，與主筋焊接組成骨架，便于吊運(yùn)安裝。

4.2.2 旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁鋼筋籠安裝

鋼筋籠使用吊車進(jìn)行安裝，平板振動(dòng)器上焊接大剛度鋼管，鋼管從鋼筋籠內(nèi)部伸入，將平板振動(dòng)器上的振動(dòng)力傳遞至鋼筋籠底部，將鋼筋籠壓入樁體。

4.3 樁身質(zhì)量完整性與單樁豎向承載力檢驗(yàn)

4.3.1 基樁樁身質(zhì)量完整性檢驗(yàn)

依據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 106—2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[7]及遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)DB21/T 1450—2015建筑基樁及復(fù)合地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[8]要求，利用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁身質(zhì)量完整性。

1)樁身混凝土質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)：

Ⅰ類：樁身完整，波形規(guī)則，波速正常。Ⅱ類：樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。Ⅲ類：樁身有明顯缺陷(縮徑或離析)，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。

2)本工程檢測(cè)中利用放置在樁頭的拾振器接收脈沖初始信號(hào)及樁身反射信號(hào)，通過樁基動(dòng)測(cè)儀記錄并將波形存儲(chǔ)在磁盤上，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理打印波形結(jié)果。根據(jù)整理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，本工程樁身混凝土平均波速為3 580 m/s，確定本工程樁身混凝土質(zhì)量為Ⅰ類，滿足工程要求。

4.3.2 基樁承載力檢驗(yàn)

1)檢測(cè)原理：試驗(yàn)采用試驗(yàn)樁錨固和配重，構(gòu)成加載反力系統(tǒng)。加載采用一個(gè)5 000 kN油壓千斤頂，通過電動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)加載，千斤頂?shù)暮狭νㄟ^試樁中心。壓力值由標(biāo)定的壓力傳感器給出，試樁的沉降變形通過對(duì)稱布置于樁頭的量程為50 mm百分表測(cè)量，百分表均用磁性表座固定在具有一定剛度的基準(zhǔn)梁上。

2)檢測(cè)設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備如表4所示。

表4 檢測(cè)設(shè)備

3)加載方式：依據(jù)JGJ 106—2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，基樁單樁豎向承載力檢驗(yàn)中，基樁抽取3根。試驗(yàn)加載采用快速維持荷載法，逐級(jí)加載。第一級(jí)按2倍加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載。

4)檢測(cè)結(jié)果：檢測(cè)結(jié)果一覽表如表5所示。

表5 檢測(cè)結(jié)果

由檢測(cè)結(jié)果分析可知：1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)試樁，均表現(xiàn)為沉降量不大，而且Q—S曲線平緩，無明顯陡降段。由此可以確定，基樁單樁豎向承載力檢驗(yàn)中，試點(diǎn)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

1)本文結(jié)合山東和重慶等地方的旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，提出了適合遼西地區(qū)的旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工法，并結(jié)合工程案例闡述了旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁的施工條件與施工方法以及加強(qiáng)質(zhì)量的技術(shù)措施。最終，通過基樁樁身質(zhì)量完整性與單樁豎向承載力檢驗(yàn)，均符合設(shè)計(jì)要求。

2)本文根據(jù)遼西地區(qū)的工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁施工工藝流程圖，并針對(duì)施工中存在孔深、孔徑以及樁身承載力不滿足設(shè)計(jì)要求、機(jī)樁軸線控制點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)有偏差、鉆桿雙向垂直度與鋼筋籠垂直度存有偏差等質(zhì)量通病，提出了6項(xiàng)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)工程檢測(cè)，均滿足驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn),為類似工程施工提供借鑒。

[1] 延晉陽.長螺旋鉆孔灌注樁樁基施工工藝質(zhì)量監(jiān)理[J].山西建筑,2013,39(15):40-42.

[2] 邢朝陽.旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁新技術(shù)探討[J].土工基礎(chǔ),2014(2):99-101.

[3] 沈保漢.樁基礎(chǔ)施工新技術(shù)專題講座(二十七)旋轉(zhuǎn)擠壓灌注樁(上)[J].工程機(jī)械與維修,2013(3):104-107.

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[5] 鄧金燕.高層建筑螺桿灌注樁工程施工工藝探究[J].科學(xué)與財(cái)富,2015(26):354.

[6] 陳超鋆,譚燕姬,邵 兵,等.螺桿樁技術(shù)——一種消除擠土負(fù)效應(yīng)的擠土樁及其施工工法[J].地基處理,2009(4):23-27.

[7] JGJ 106—2014,建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[8] DB 21/T 1450—2015,建筑基樁及復(fù)合地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

Construction method and engineering application of rotary extrusion cast-in-place pile★

Zhang Hongbo1Fang Guangxiu1*Nan Yuan2Zhao Shifan3

(1.Institute of Technology of Yanbian University, Yanji 133002, China; 2.Equipment Engineering Department, Yanji Cigarette Factory, Jilin Tobacco Industrial Co., Ltd, Yanji 133000, China; 3.The Yanbian Daxing City Basic Engineering Company, Yanji 133002, China)

The characteristics of rotary extrasion cast-in-place pile are introduced. This paper puts forward the construction method suitable for western Liaoning province. Combined with the engineering case, the paper expounds the construction conditions and technology of the rotary extrusion pile, the key points of strengthening the quality technical measures and controlling the quality of the pile body. The feasibility of the design and construction of the pile body is determined by the test of the quality of the pile body and the vertical bearing capacity of the single pile. Which can provide reference for similar projects.

rotary extrusion cast-in-place pile, reinforcement cage, bored pile, vertical bearing capacity of single pile

1009-6825(2017)16-0067-04

2017-03-08★：吉林省科技廳科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20170204032SF)

張宏博(1991- ),男,在讀碩士

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU473.14

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