流塑狀淤泥130m超深大直徑灌注樁施工技術

周貞勇

摘要：本文通過沖孔灌注樁成孔控制工藝、樁孔垂直度控制、樁底沉渣檢測方法、鋼筋籠吊運安裝、水下超大塌落度混凝土施工和樁基檢測技術的改進，解決這種流塑狀淤泥地質條件130m超深超大灌注樁的施工，總結形成了施工技術，為流塑狀淤泥地質條件下房屋建筑工程超深樁基工程施工提供借鑒經驗。

Abstract： This article through the bored pile hole forming control technology， pile verticality control， detection method of pile bottom sediment， reinforcing cage hoisting and installation， large slump concrete construction under water as well as improvement of pile testing technology， solves the construction of 130m super deep and large pile under the geological conditions of the plastic flow of silt. It sums up and forms the construction technology， which has provided reference for building engineering super deep pile foundation construction under under geological conditions of plastic flow of silt.

關鍵詞：流塑狀淤泥；130m超深；超大直徑；灌注樁施工技術

Key words： flowing plastic silt；130m super deep；super large diameter；cast-in-place pile construction technology

中圖分類號：U443.15+4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0123-04

0 引言

隨著城市現代化的發展，建筑用地越來越少，超高層建筑成為了各大城市建筑的主流，高層和超高層建筑的樁基荷載不斷加大，灌注樁的長度也就越來越長，直徑也就越來越大，加大了灌注樁的施工難度。特別在流塑狀淤泥地質條件下，以常規灌注樁的施工工藝難以滿足這種超深大直徑灌注樁的質量要求，且目前房屋建筑工程中，還沒有流塑狀淤泥130m超深大直徑灌注樁施工案例可借鑒。為此，我們成立了流塑狀淤泥130m超深大直徑灌注樁施工技術攻關小組，對沖孔灌注樁成孔控制工藝、樁孔垂直度控制、樁底沉渣檢測方法、鋼筋籠吊運安裝、水下超大塌落度混凝土施工和樁基檢測技術的改進和實驗，解決這種流塑狀淤泥地質條件130m超深超大灌注樁的施工，總結形成了施工技術，為流塑狀淤泥地質條件下房屋建筑工程超深樁基的發展提供了借鑒。

1 技術特點

①采用回填片石或磚渣的措施解決了超深大直徑灌注樁在流塑狀淤泥地質成孔難的問題，施工工藝簡單、易操作，便于施工質量控制；②在不同地質層調整沖錘的沖程和沖擊速度及換用不同型號沖擊錘的措施，來控制超深大直徑灌注樁成孔的垂直度，保證槽壁穩定，避免徑縮現象，成孔質量好；③采用定型模具加工的雙排鋼筋籠，分段吊裝，在孔口使用長套筒直螺紋絲扣連接，鋼筋籠安裝速度快，節省工期，且鋼筋籠整體剛度高，減小了鋼筋籠安裝變形；④采用超大坍落度的水下混凝土澆灌樁身混凝土，良好的流動性確保樁身混凝土施工成型質量。

2 工藝原理

流塑狀淤泥130m超深大直徑灌注樁通過采用回填片石或磚渣擠壓密實塑狀淤泥質土層孔壁的措施，使用卷揚機帶動一定重量的沖錘沖擊成孔，通過改進正循環清孔方法、鋼筋籠結構制作安裝連接方法（分段安裝定型模具加工雙排鋼筋籠，長套筒直螺紋原位連接施工）和調整使用超大坍落度（22～25cm）的水下混凝土，采用導管反頂法連續灌注施工水下混凝土，實現了流塑狀淤泥130m超深大直徑灌注樁的施工。

3 施工技術要點

3.1 施工工藝流程

3.2 施工技術要點

3.2.1 埋設護筒

選用十字交叉法定位、校正護筒。以樁位為中心，以大于樁徑20cm為直徑，劃一圓作邊界開挖至素土。護筒埋深至少1m，筒口應高出硬地坪10cm，周邊應用素土填實，確保穩固。護筒中心線與樁位中心允許偏差應不超過20mm。

3.2.2 樁機定位、調較、對中

樁機基臺塔腿中心線與軌道上樁位標記對準。基臺墊高，使滾輪脫離軌道，基臺兩端用平整的基臺木墊平墊穩，樁機轉盤中心與樁位中心偏差不大于20mm。校正連接鉆頭的主動鉆桿在自由懸吊狀態下位于轉盤中心，保證鉆架天車、樁錘中心、護筒中心在同一鉛垂線上，做到“三點一線”。

3.2.3 沖孔

①沖孔。護筒埋完畢后加入壓力水即可進行沖孔。沖孔開始后必須連續作業，不得隨意停機。開始沖進時，采用低錘（小沖程）密擊，并及時加塊石與黏土泥漿護壁，使孔壁擠壓密實，直到孔深達護筒下3～4m后，加快速度，采用大沖程，將錘提高2～3m，進入強度較高的土層，難以沖進時，要及時換錘，采用大錘連續沖擊。為防止卡錘，除控制落錘高度避免翻錘外，采用控制泥漿相對密度不大于1.7。

沖擊淤泥層的過程中回填片石或磚渣，反復沖進，將石塊沖到孔外，從而形成良好的護壁層，直到穿過淤泥層為止。填石或填磚具有諸多良好效果，不僅包括改善沖進效果，避免吸錘，還具有避免流塑、軟塑狀態的淤泥擠向孔內引起縮頸和坍孔事故的作用。但需要注意的是為了避免影響到鋼筋籠安裝及樁身強度，應盡量保證填石塊直徑小于20cm。淤泥層沖進用的沖錘，四角焊成倒錐型，通過沖擊石塊，把石塊擠向四周孔壁，使碎石塊牢固地擠入軟塑、流塑狀的孔壁內，形成堅實的護壁層。endprint

②泥漿制備及性能調整。在施工時，若孔底沉積了大量沉渣，那么勢必會影響到成孔效率，因此，合理控制和調整泥漿的性能至關重要。黏度及比重是泥漿性能的主要體現方面，黏度過高或過低都不利于施工質量，因此，為了保證施工質量，成孔的泥漿按照粘性土地質條件下配置泥漿的粘度和比重，增加泥漿護壁能力和懸浮沉渣能力，保證槽壁穩定，避免徑縮現象。各類土層中的沖程和泥漿密度選用以及泥漿性能指標在表1中表示。

③泥漿使用：1）采用正循環沖進，成孔時泥漿密度為1.3～1.40，粘度為16～22s，含砂率4～8%，膠體化率大于96%。在軟土層中鉆進時，泥漿密度為1.3～1.5，粘度為19～28s，含砂率4～8%，膠體化率大于96%。開孔沖進時，泥漿應適當加稠，密度宜為1.3～1.50。2）清孔應清除孔底沉渣不大于50mm，清孔后泥漿性能指標：泥漿密度宜為1.15～1.25，粘度宜為17～25s，含砂率小于8%，膠體化率大于95%，比重小于1.20，漏斗粘度不大于28s。

3.2.4 清孔 孔到位后進行第一次清孔。對于130m超深灌注樁，采用氣舉反循環換漿清孔。該系統通過在導管內使高壓空氣與泥漿混合形成氣泡，在氣管下方形成負壓段，由于該段下部泥漿不斷補充，孔底沉渣在泥漿帶動下進入導管。為了滿足實際施工需要，配備150kW空壓機、濾砂機、泥漿泵形成泥漿循環系統。通過反循環系統帶出來的泥漿排入泥漿池，經濾砂機處理后泥漿泵入樁孔，同時加入護壁料等，防坍孔。

鋼筋籠安裝到位后，進行第二次清孔。兩次清孔采用灌注混凝土的導管配？準5cm的無縫高壓氣管，通過空壓縮機輸送壓縮空氣，排除孔底高濃度泥漿及安裝鋼筋籠時坍塌物，沖散孔底沉淀層，使之呈懸浮狀態，第二次清孔后，應滿足泥漿相對比重為1.5～2，粘度16s，含砂率3%，沉渣層厚度小于50mm的要求。

3.2.5 鋼筋籠制作與吊運

①鋼筋籠制作：鋼筋籠采用定型模具加工，每段鋼筋籠內外排主筋采用螺旋形加勁箍筋點焊連接。

鋼筋籠主筋接頭應互相錯開，同一截面內的接頭數目不多于主筋總根數的50%，兩個接頭的間距應大于50cm，螺旋加強筋與兩排主筋間、箍筋與主筋間采用點焊連接方法。

鋼筋籠鋼筋預拼連接套筒旋轉擰合的安裝方法，一端螺紋為全絲，一端螺紋為半絲，先把套筒全部旋轉至全絲一端，安裝時把另一端鋼筋端頭對準，用管鉗轉動螺套到后接一端盡頭，兩端鋼筋就會自然擰緊，且兩端鋼筋在套筒中各占1/2。

②鋼筋籠吊運：雙排鋼筋籠分段安裝。為了防止超長鋼筋籠如孔觸碰孔壁，導致鋼筋扭曲等無法達到設計深度，鋼筋籠采用分段吊裝，每節吊裝長度為12m。鋼筋籠安裝用大型吊車起吊，對準樁孔中心放入孔內。安放鋼筋籠時防止碰撞孔壁。安裝完畢后，經有關人員對鋼筋籠的位置、垂直度、焊縫質量、箍筋點焊質量等全面進行檢查驗收，合格后才能下導管灌注混凝土。

鋼筋籠吊放時，應確保樁孔和鋼筋籠的同心度。鋼筋籠孔口連接時下節籠上端露出操作平臺高度宜在1m左右，上下節籠各主筋位置應對正，且上下籠均處于垂直狀態時方可擰接套筒。連接完畢后，補足連接部位的箍筋。為防止灌注混凝土時鋼筋籠移位及上浮現象發生，鋼筋籠下到設計位置后必須固定好，以確保鋼筋籠保護層偏差為±20mm，籠頂、底標高偏差在±50mm之間。

3.2.6 安裝導管

①超長樁灌注水下混凝土，選用不小于Φ300mm灌漿導管，導管須內平、筆直；底管長度大于4m，標準節長度2.5m。導管連接應平直可靠，密封性好。新導管應經0.6MPa壓力檢驗無漏氣現象方可使用。導管的壁厚、連接部位絲扣、內壁光潔應定期檢查，并作及時處理。導管長度按實際孔深而定；孔口連接時，在絲扣處涂抹機油，便于擰卸；嚴禁使用鐵錘打擊導管，防止變形。②導管隔水塞。當灌注漏斗容積達不到初灌量要求時，應采用混凝土隔水塞；當使用預拌混凝土時，可采用球膽。③用導管進行二次清孔替漿。通過空壓機輸送壓縮空氣氣舉法二次進行清空。逐步稀釋泥漿，使泥漿粘度達到18～20s密度達到1.20～1.25g/cm3或以下。

3.2.7 超大坍落度混凝土澆筑

考慮超深超大直徑灌注樁水下澆筑混凝土不僅要滿足設計強度要求，還要有良好的和易性和合適的坍落度，這樣可以使混凝土在孔內高流動性擴散，有利于形成密實的樁結構。根據試驗樁的情況，預拌混凝土的配合比通過設計院、商品混凝土攪拌站多次試配試驗，使用220～250mm的大塌落度混凝土才能滿足超深超大直徑灌注樁水下混凝土施工要求，運輸過程中不得有離析現象，在半小時內塌落度不宜損失3cm以上。

澆筑時采用機架安裝導管進行，具體操作示意圖如圖5。

①正式開始灌注混凝土前，應先計算和控制首批封底混凝土數量，保證其能夠在下落期間具有一定的沖擊能量，從導管中排出泥漿，同時將導管下口埋入混凝土1～3m深，具體的埋深深度可依據樁身的實際情況進行調整，適當放大或縮小。沖擊能量足夠的情況下，樁底沉渣會被沖開，如此不僅樁底沉渣得到了有效控制，還縮減了工后沉降環節。采用罐車運輸配合導管灌注，其中導管的直徑選為25～30cm。要求在灌注期間必須合理控制導管埋深，使其在2～6m之間，此外，為了防止導管進水，還必須嚴格控制水灰比、灌注數量。簡球、拔栓或開閥，把首批混凝土灌入孔底，之后馬上測探孔內混凝土面高度，只有計算結果顯示符合相關規范標準，才能開始正常灌注。

②開始灌注后，應保證連續灌注，期間禁止停歇。在灌注期間，為了確保探測結果的精確度，應采取措施避免混凝土拌合物從漏斗外掉入孔底或者從漏斗頂溢出，因為一旦泥漿中含有水泥，其密度必定會加大，導致泥漿變稠凝結，影響探測結果。注意在灌注期間觀察各項參數，包括管內混凝土下降和孔內水位升降情況、孔內混凝土面高度等，嚴格依照相關規范步驟進行導管的提升和拆除。endprint

③盡量縮短拆除導管時間，將每根樁的澆筑時間控制在八小時內完成。管節被拆下后，應及時清理干凈，整齊堆放。灌注期間若導管內混凝土未滿，存在空氣的情況下，之后混凝土應慢慢灌入，否則過快的灌入容易在導管內形成高壓氣囊，將管節間的橡皮墊擠出，造成導管漏水。

④為保證樁頂質量，灌注時在滿足裝頂設計標高的基礎上，應適當加灌一定高度，最好不小于0.8m，如此完成灌注操作后，可清除出此段混凝土。

⑤接近灌注結束時，由于導管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大，而導管內混凝土柱高減小，超壓力降低，為避免樁頂沉淀的泥漿擠入導管下形成泥心，應注意在拔出最后一段長導管時，盡量減低拔管速度。

4 質量保證措施

4.1 樁孔垂直度控制

用測錘沿周邊測量，放錘到底，觸碰到底端為止，多測量幾次，對比長度，若從相差過大，則垂直度控制需要調整。

4.2 沉渣厚度檢測

用一端綁有40cm長、直徑32cm的鋼筋在二次清孔之后進行測厚，測桿下放到孔底之后提升至20～30cm放下，如果鋼筋底端觸碰到孔底傳來聲音是清脆的，探桿觸碰到巖面，沉渣厚度小，清孔滿足要求；如果探桿底端傳來觸碰到軟淤泥的效果，測量此段長度估計為沉渣厚度。

4.3 終孔檢查

檢查沖孔記錄、測繩量測與用等樁徑檢孔器全深檢查，確保孔深≥設計孔深、孔徑≥設計樁徑、傾斜度≤0.5%。

4.4 鋼筋籠的制作安裝質量保證措施

①所有的鋼筋原材料均按質量驗收標準見證復檢合格后才能用于工程上。②鋼筋端頭切平壓圓：檢查被加工鋼筋是否符合要求，然后將鋼筋放在砂輪切割機上切頭約0.5～10mm，達到端部平整。③鋼筋滾絲螺紋：根據鋼筋規格選取相應的滾絲輪，裝在專用的滾絲機上，將已壓圓端頭的鋼筋由尾座卡盤的通孔中插入至滾絲輪的引導部分并夾緊鋼筋，然后開動電動機，在電動機旋轉的驅動下，鋼筋軸向自動進給，即可滾壓出螺紋來。④分段制作的鋼筋籠，其接頭采用直螺紋套筒連接，鋼筋分段吊裝連接時，以長套筒直螺紋連接為主，焊接為輔。

4.5 水下混凝土澆筑的質量保證措施

①灌注樁混凝土采用商品混凝土，為了滿足130m大直徑超深灌注樁要求，使用坍落度高250mm混凝土，超出規范值160～220mm。混凝土配合比要按照設計預先進行試驗，經過試驗檢查合格后方可使用。運輸過程中不得有離析現象，在半小時內塌落度不宜損失3cm以上。由于混凝土灌注為水下作業，在施工過程中加入了緩凝劑，以延長混凝土凝結時間，以保證樁身質量。

②混凝土自由傾落高度不宜超過2m。首批灌注混凝土的數量必須滿足導管首次埋置深度和填充導管底部的需要。樁身混凝土灌注一旦開始后，必須連續灌注完成，如無特殊原因不得無故終止灌注。如灌注中途出現混凝土供應不及時，應不斷活動導管。當灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部1.0m左右時，降低混凝土的灌注速度；當混凝土拌和物上升到骨架底口4.0m以上時，提升導管，使其底口高于骨架底部2.0m以上，即可恢復正常的灌注速度。

4.6 樁基檢測

對于工程樁，靜載試驗要達2倍單樁設計承載力。目前國內有報道的靜載試驗荷載為5000t。直徑為2.8m工程樁設計單樁承載力為73450kN，靜載需要146900kN，遠遠超出了靜載試驗的極限荷載。因此，對于承載力要求較高的大直徑超深灌注樁，采用聲波檢測和抽芯檢測。聲波檢測管采用鋼質波紋沿鋼筋籠均勻分布與鋼筋籠點焊固定并一混凝土澆筑，聲測管比混凝土面高1000mm。

5 施工注意事項

5.1 灌注樁孔防護措施

樁孔樁要用護欄圍起，并用較醒目的標記，以防人員和機械掉進樁孔中。未完成的樁孔施工應時刻注意交通安全，設置標識牌和指示牌，必須按規定擺放，夜間施工要設指示燈。樁基混凝土澆筑完成后，要及時回填樁孔。

5.2 鋼筋籠吊裝的安全措施

①起重安裝作業前須嚴格檢查起重設備各部件的可靠性和安全性，并進行試運行；鋼絲繩的安全系數應符合規定。②起吊鋼筋籠時，要根據它的長度和起吊高度設扁擔梁。焊接時注意電纜線不得接觸水面以防漏電。直吊時，有專人指揮。注意起吊范圍內的高低壓電線及其它空中障礙物。

6 總結

①在進行這類型的樁基礎施工時，要結合基坑支護的情況，綜合考慮樁基的檢測試驗。如果樁基的抽芯管預埋在基坑內支撐梁下面，由于高度空間不能滿足抽芯檢測機械的要求，需要從內支撐梁板上定位開孔后才能進行檢測，增加檢測的難度和檢測費用。②在進行抽芯管和超聲波檢測管預埋時，要采取有效的保護措施，同時要對埋設的樁位進行標識，在進行樁頭混凝土破除時，對作業人員進行交底和旁站督促，避免對預埋的檢測管進行破壞，造成樁頭混凝土渣或泥土、垃圾等堵塞檢測管，增加在檢測時進行通管難度。③在工程基坑的地質條件為流塑狀淤泥的情況下，由于使用這種超深超大直徑的灌注樁的工程基坑均比較深，樁基的靜載檢測需要在原始地面進行，不能因為考慮把檢測樁施工至原始地面增加成本而把靜截檢測試驗放到基坑內進行。

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