超長灌注樁施工技術(shù)的總結(jié)

翁彥梅

摘要：當(dāng)前各式各樣的高層建筑一般都會用到超長灌注樁施工技術(shù)，而這一技術(shù)對高層建筑工程的安全和質(zhì)量有著重要的影響，因此要保證施工的安全和工程的質(zhì)量就需要對這一項技術(shù)有清晰的認知和明確的掌握，本文就建筑施工中超長灌注樁施工技術(shù)進行分析探究。

關(guān)鍵詞：建筑施工；超長灌注樁施工技術(shù)；施工技術(shù)創(chuàng)新點。

隨著社會的快速發(fā)展、城市化的不斷推進，造成城市土地資源稀缺這一現(xiàn)象，為了應(yīng)對這種情況人們只好將原來低、中層建筑拆除建設(shè)高層建筑以提升土地的利用率。對高層建筑的需求越來越多，而高層建筑的設(shè)計大都會采用超長樁，為保證高層建筑的安全，超長灌注樁施工技術(shù)的掌握就顯得非常的重要。現(xiàn)結(jié)合我實際施工超長樁經(jīng)驗，就這一技術(shù)進行總結(jié)以期能夠?qū)Υ思夹g(shù)在施工當(dāng)中更好的應(yīng)用做出貢獻。

一、 項目概況

昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目樁基工程，位于昆明市中心地段，周邊環(huán)境復(fù)雜，場地狹小，施工難度大。該項目總建筑面積585642.75m2，地下建筑面積129730.36m2，設(shè)五層整體地下室，兩棟超高層塔樓，主、副塔樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑均為φ1000mm，砼等級為C50，主塔樁有效樁長96m（負空樁段18m），單樁豎向極限承載力標(biāo)準值30000KN，樁端持力層為⑩1粉砂、⑩2粉質(zhì)黏土層；副塔樁有效樁長86m（負空樁段18m），單樁豎向極限承載力標(biāo)準值24000KN，樁端持力層為⑨1粉質(zhì)黏土、⑨2粉土層。樁基施工面以下分布多層泥炭質(zhì)土、粉土等深厚軟土層，且場地地下水位較高。

類似地質(zhì)條件下樁長超過90m的超長樁在云南較為少見，該項目采用ICE安插長護筒的“高原湖積相軟土區(qū)鋼護筒旋挖成孔灌注樁施工工法”+泥漿護壁回旋鉆孔灌注樁的施工方法，利用氣舉反循環(huán)進行二次清底，有效保證了樁基施工的質(zhì)量，將主、副塔超長樁的充盈系數(shù)控制在了1.18。有效的解決了泥炭質(zhì)土縮徑、砂土流砂、沉渣過厚和承壓水等問題，節(jié)省工期50余天，滿足了工期要求，保護了環(huán)境，創(chuàng)造經(jīng)濟效益3200余萬元，該項目的施工技術(shù)達到同期同類型項目國內(nèi)領(lǐng)先水平。

二、 控制要點

1. 樁身垂直度

樁身垂直度是超長灌注樁承載力的質(zhì)量保證之一，在該項目上在為保證超長樁施工的垂直度，利用三軸深攪機作為底盤，將ICE高頻振動錘安放在三軸深攪機機架上，插放鋼護筒作為樁身垂直導(dǎo)向。

在插放過程中派2名監(jiān)測員面對鋼護筒呈90°架設(shè)經(jīng)緯儀，對鋼護筒進行實時監(jiān)測以保證護筒垂直度，發(fā)現(xiàn)護筒偏移及時糾偏，每鉆進5米用經(jīng)緯儀復(fù)核檢查一次垂直度，將超長樁樁身垂直度控制在了3‰以內(nèi)。

旋挖鉆機成孔至底部后，用超聲波對成孔垂直度進行首次檢測，保證成孔垂直度達到規(guī)范要求方能進行混凝土澆筑。

2. 塌孔問題

超長灌注樁在實際應(yīng)用時最先考慮的一個問題便是場地的地質(zhì)狀況，要對場地地層的復(fù)雜程度進行細致的分析，樁基在成孔以及后續(xù)施工時可能會有塌孔現(xiàn)象的存在，而塌孔的存在將會帶來許多質(zhì)量問題，針對這一問題進行采取以下控制措施：

（1）可以根據(jù)地質(zhì)條件對成孔的方法進行優(yōu)化，提高成孔的速度、效率和質(zhì)量，進而減少塌孔情況。分析昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目地層地勘報告揭露，④1、⑤2、⑥1層為硬塑狀粉質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核塊，具中壓縮性。層頂埋深17.80～59.20m，回旋鉆機在上述幾個地層施工成孔會較困難，旋挖成孔較有優(yōu)勢，但是超過70m的樁孔，旋挖鉆機受到扭矩和長度等技術(shù)參數(shù)的影響，施工降效明顯且質(zhì)量不能有效保證，該項目在主塔樁施工上，探索出旋挖鉆機成孔和回旋鉆機成孔相結(jié)合的方法，樁基上部60-66m采用360旋挖機成孔，下部30-36m采用回旋鉆機正循環(huán)成孔工藝施工，收到明顯效果，將單根樁成孔時間由試驗階段的22小時控制到了8-12小時，有效減少了成孔時間，減少了孔壁在泥漿中暴露時間，進而以減少了孔壁塌孔的機率。

（2）、護壁泥漿質(zhì)量對樁端沉渣厚度和樁身塌孔控制至關(guān)重要，泥漿性能應(yīng)重點關(guān)注泥漿黏度、比重和含砂率。

場地分布有厚薄不均的沖洪積成因的粘土地層，湖積相的圓礫、粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂（土）互層、泥炭質(zhì)粘土。針對該項目這種粉質(zhì)粘土、粉砂土層，泥漿采用清水、膨潤土和純堿配置羚甲基纖維素鈉（CMC）制拌（所用外摻劑的摻量根據(jù)泥漿性能進行動態(tài)調(diào)整控制）。設(shè)計泥漿密度為1.06 g/cm3左右，粘度在23～28 s之間，加堿量為膨潤土量的5%。鉆進過程中，泥漿密度控制在1.10～1.25 g/cm3，泥漿含砂率不超過8%，使泥漿具有一定的液柱壓力，以達到平衡孔壁外圍地層壓力，穩(wěn)定孔壁，不形成泥皮、塌孔的要求，二次清孔時粘度控制在20～25s，以滿足鉆進護壁和二次清孔的要求；PH值維持在8～9左右，使泥漿處于堿性狀態(tài)，以實現(xiàn)泥漿科學(xué)配比減少塌孔的發(fā)生。

本項目護壁泥漿采用山東優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土配置，聚丙烯酰胺水解度不小于30%，并根據(jù)地層情況添加護壁泥漿處理劑，提高護壁泥漿工作性能.

為減少廢漿排放量，降低施工成本，需要對二次收集的泥漿采用泥漿凈化器進行除砂、除泥處理，并根據(jù)黏度和PH值變化情況，適時加入護壁泥漿處理劑，增加泥漿循環(huán)使用次數(shù)。

3. 樁底沉渣

基樁成孔完成之后需要對孔底部的沉渣情況進行檢查，底部若存在大量的沉渣，在完成混凝土澆筑后會導(dǎo)致基樁的沉降，進而嚴重影響基樁的承載能力，會給高層建筑帶來致命的危險，因此必須做好這一部分的控制檢查工作。樁底沉渣可利用泵吸反循環(huán)技術(shù)亦或是氣舉反循環(huán)技術(shù)來對孔底部的沉渣進行處理，前一種技術(shù)不適合較深的孔洞作業(yè)，孔洞越深其工作效率越差；而后者則能夠較好的適應(yīng)深孔的作業(yè)環(huán)境，對底部沉渣進行較好的處理。

該項目的主、副塔工程樁屬端承摩擦樁，有效樁長96m和86m，穿越多層厚層狀粉土、粉砂，規(guī)范要求沉渣厚度不大于50mm。樁底沉渣控制難度較大，該項目采用優(yōu)質(zhì)護壁泥漿配合氣舉反循環(huán)二次清孔工藝，很好地將樁底沉渣厚度控制在了50mm以內(nèi)，100%滿足設(shè)計要求。

（1）泥漿循環(huán)系統(tǒng)、氣舉原理見圖。

（2）正循環(huán)所需空氣壓力控制參數(shù)

回旋鉆正循環(huán)成孔過程中，應(yīng)根據(jù)鉆進進尺及時倒換風(fēng)包，如過低則空壓機所提供壓力達不到，不能保證清孔所需壓力，無法實現(xiàn)孔底排渣。本項目根據(jù)施工平臺的高程、施工水位、鉆機的高程，計算出提升1m3泥漿需要的壓氣量（按終孔深度計），本項目主塔鉆孔深度為96m，在鉆進過程中每進尺10 m需0.1MPa的壓力，空壓機的額定壓力為0.8Mpa，故在鉆進中設(shè)置更換2次風(fēng)包。現(xiàn)場使用的鉆機采用“接力式風(fēng)包”的方法，在加重桿后接風(fēng)包桿，用單風(fēng)道送氣，再間隔21m鉆桿，再加一節(jié)風(fēng)包桿，此時改用第二通道送氣，即從25 m至65m換一次風(fēng)包，每次風(fēng)包的起始位置控制在距孔口30m處，保證在孔深約40%時發(fā)揮最好作用，準確把握泥漿循環(huán)量與排渣能力的關(guān)系。

（3）防止鉆渣沉淀埋鉆

空壓機送風(fēng)與鉆錐回轉(zhuǎn)同時進行。接鉆桿時，須將鉆桿稍提升30cm左右，先停止鉆錐回轉(zhuǎn)，再送風(fēng)數(shù)分鐘，將孔底鉆渣吸盡，再放下鉆錐進行拆裝鉆桿工作，以免鉆渣沉淀而發(fā)生埋鉆事故，或鉆渣太多以致無法清理干凈。在吸孔底沉渣的時候要隨時注意孔口泥漿水面標(biāo)高，如果逐漸往下落時，須立即用水泵補水入護筒內(nèi)，以免因水頭不夠而發(fā)生塌孔事故。

（4）2次清孔控制

第1次清孔是在鉆進達到設(shè)計孔深以后，將鉆頭提高孔底20 cm左右，利用空壓機氣舉抽漿清孔，用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補充孔內(nèi)泥漿。第2次清孔是在鋼筋籠下設(shè)完畢以后，用空壓機通過導(dǎo)管進行二次氣舉清孔，同樣用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補充孔內(nèi)泥漿，直至合格。

4. 混凝土澆筑

超長灌注樁施工當(dāng)中還有重要的一點就是樁芯混凝土的澆筑，混凝土的質(zhì)量對樁基的承載力以及壽命起著決定性的作用，因此在施工過程中要嚴格把控混凝土澆筑這一環(huán)節(jié)。首先在混凝土的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要注意混凝土生產(chǎn)的用料以及配比，按設(shè)計要求的標(biāo)號和質(zhì)量嚴控原材料以滿足設(shè)計要求。在施工時，首灌也是應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注的環(huán)節(jié)，實際施工時施工人員一定要對首次灌注的時間以及灌注的量進行把控，灌注過程中拔管時間、速度都是有嚴格要求的。為了保證樁身澆注質(zhì)量，該項目選用有多年水下砼澆注經(jīng)驗的管理人員及作業(yè)班組，并將水下澆注導(dǎo)管全部更換為新導(dǎo)管，將管壁加厚，嚴格控制混凝土下放速度避免形成氣塞或局部負壓區(qū)堵塞導(dǎo)管或拔導(dǎo)管時將導(dǎo)管吸扁。每車專人量測混凝土坍落度和擴展度，不合格的混凝土及時退貨，保證了進場混凝土的質(zhì)量。

混凝土澆筑的控制要點：

（1）混凝土灌注前導(dǎo)管要安裝牢固，安放好密封圈，導(dǎo)管底端距孔底0.3～0.5m。

（2）混凝土的初灌量不少于2m3，以保證初灌時導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下2.5m。

（3）根據(jù)設(shè)計要求：樁頂設(shè)計標(biāo)高以上應(yīng)留有混凝土灌注長度≥樁身長度的5%，且不應(yīng)小于2m。

（4）混凝土灌注完畢后，用專門研制混凝土標(biāo)高量具進行混凝土灌注標(biāo)高的檢測。混凝土標(biāo)高量具的制作：采用DN15鍍鋅鋼管（尺寸21.3×2.5mm）接長至17m（節(jié)與節(jié)間螺紋套筒連接），底部彎曲呈U型，并在U型頭頂部焊接錐形料斗，斗口朝上（錐形料斗用鐵皮制成，高度100mm），量具大樣如下圖：

混凝土灌注標(biāo)高的檢測原理：本項目空樁段18m，設(shè)計要求最小超灌高度為2m，即混凝土面標(biāo)高距孔頂16m。灌注完畢后，將導(dǎo)管提升，將量具伸入樁孔內(nèi)深度16m處進行取樣，若量具取樣為素砼，則視為混凝土灌注標(biāo)高滿足要求；若量具取樣為泥漿，則混凝土灌注標(biāo)高不滿足設(shè)計要求，仍需灌注。

（5）混凝土的坍落度為180～220mm，坍落度一般控制在200mm為宜。

（6）混凝土灌注的充盈系數(shù)1.0～1.3，本項目成功控制主塔、副塔樁充盈系數(shù)為1.1-1.18。

（7）、導(dǎo)管埋深宜為2～6m，嚴禁導(dǎo)管提出混凝土面，應(yīng)有專人測量導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)外混凝土面的高差，填寫水下混凝土澆注記錄。

（8）、混凝土的灌注必須連續(xù)，每根樁的澆注時間按初盤混凝土的初凝時間控制，對澆注過程中的一切故障均應(yīng)記錄備案。

（9）、控制好最后一次的灌注量，樁頂不得偏底，應(yīng)鑿除的浮漿高度必須保證曝露的樁頂混凝土達到強度設(shè)計值。

5.樁底后壓漿質(zhì)量控制

超長工程樁設(shè)計承載力都較大，為了提高樁基承載力，設(shè)計采用樁底后注漿工藝。樁底后注漿可以有效改善樁端持力層力學(xué)性質(zhì)，對控制樁基沉降起到關(guān)鍵作用。為保證注漿管路的有效打通，注漿管和止回閥的安裝施工是關(guān)鍵。

注漿方案經(jīng)反復(fù)比較，最終確定注漿管采用絲扣連接，在絲扣處加生料帶，防止水泥漿的滲入；注漿管比鋼筋籠長50cm，保證注漿管插入樁端沉渣中，止回閥1根采用金屬止回閥，1根采用橡膠止回閥，1根用木塞堵住注漿管底部作為備用注漿管。

每根樁在兩根注漿管中進行注漿，注漿機械采用低～中壓、低流量注漿機械，分兩次注漿，首次注漿量為總量的60%，兩次間隔時間為2-3小時，注漿流量控制在50L/min內(nèi)。

三、 結(jié)束語

昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目超長樁基工程經(jīng)小應(yīng)變檢測均為ⅠⅡ類樁，載荷試驗檢測單樁承載力均滿足設(shè)備要求的300000KN、24000KN。本項目超長樁施工的控制要點主要在成孔、樁底沉渣控制、樁底后壓漿三個方面，施工中采用了長護筒護壁技術(shù)、泥漿除砂、除泥循環(huán)利用技術(shù)，氣舉反循環(huán)二次清孔技術(shù)，三種不同注漿器的樁底后壓漿技術(shù)等。解決了工程中存在的難題，保證了施工工期和樁基質(zhì)量，值得在今后同類工程中推廣應(yīng)用。

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（作者單位：云南建投第一勘察設(shè)計有限公司）