泵吸反循環鉆孔擴底灌注樁在高層建筑基礎中的應用

文/劉燚 湖南中核建設工程公司 湖南長沙 410119

1、引言

1984年,日本開發了鉆孔灌注樁的施工機械和工具,在提高單樁承載力和降低造價方面取得了較好的效果,在日本已經普及。這種技術的特點是在相同承載力的情況下柱徑更小，在相同柱徑的情況下承載力更大，并且樁徑越大,節約越大。本文將結合工程實例,介紹高層建筑樁基的選擇,論述泵吸反循環鉆孔擴孔灌注樁的特點、施工工藝及關鍵技術問題,為類似工程提供參考。

2、工程概況

該項工程占地6740m2,總建筑面積93460m2,建筑總高度107.4m,地面32層,地下3層,基坑開挖深度12.4m,基坑長度156.7m,基坑寬度36m。該項目采用天然地基,距基坑側方僅約4米。根據調查結果,在臨近建筑物的地下室施工中,采用井點降水,容易造成周圍住宅建筑物嚴重沉降和墻體開裂。

3、鉆孔擴底灌注樁方案的可行性分析

3.1 技術可行性分析

在基樁選擇中,有人工挖空灌注樁和鉆孔擴底灌注樁兩種方案可供選擇。該工程的樁基需要穿過破碎帶中的巖層,地下水資源豐富,嚴重影響了施工進度和施工質量。相比而言,鉆孔擴底灌注樁更加適合本工程場地條件。

3.2 經濟可行性分析

工程場地強風化巖頂板的平均埋深距基坑底部23m。強風化層的平均厚度為7～8m。這座建筑由四座塔樓和一座裙房組成。裙房的最小軸向載荷標準值為5000kN,塔樓的最大軸力載荷標準值在23000kN以內。該工程所需的樁數總數為140根,承載層應進入中風化巖層0.5m,平均樁長約31m,樁壁厚度為175mm。如采用鉆孔灌注樁擴底方案,樁的承載層平均可進入強風化層2.5m,平均樁長約25.5米。兩種樁型混凝土的經濟比較見表1。

3.3 方案選擇

通過以上分析,擴底鉆孔灌注樁方案可節約成本近60萬元,具有良好的經濟性。而且人工挖孔樁需要地下水的特殊處理能力,實際成本可能要高得多,而且施工進度也沒有得到保證。所以,該工程采用擴底鉆孔灌注樁。

4、鉆孔擴底灌注樁的施工

4.1 鉆孔擴底灌注樁的特點

泵吸反循環鉆孔灌注樁是由位于直孔鉆孔樁底部的直孔鉆孔灌注樁演變形成的。采用專用膨脹機對底部進行膨脹,擴大洞底。在達到所需的擴底直徑后,首先安防鋼筋籠，再澆筑混凝土,形成混凝土膨脹頭,以提高樁端的承載力。

泵吸反循環鉆孔擴孔灌注樁的主要特點是底部擴張后樁端承載力呈指數增長,充分發揮樁體混凝土強度,降低樁體直徑。樁的直徑可以在600-2500mm的機械能范圍內選擇,樁端可以支撐在強風化地層上。施工過程中不需要降水處理，既節約投資,又不會對周圍建筑造成不利影響,有利于復雜的周邊環境。

4.2 施工中的關鍵技術

4.2.1 成孔控制

為保證孔的質量,泥漿是關鍵,如果泥質不好或泥質太薄,可能是由于地下水的影響,不能形成泥墻膜,造成井塌現象;如果泥漿稠度太濃,厚漿將沉積在鋼筋籠上以沉積附著力,導致鋼筋混凝土夾持力不足。如果泥漿重量過大,也會增加混凝土的底部填充阻力,減少混凝土的流動,使大部分混凝土堆積在樁芯上,影響樁的質量,泥漿比例將會增加清理樁底的難度。在施工過程中，必須因地制宜，選擇最適用的泥漿。

為了減少爐渣量和清理時間,減少排泥量,方便清理孔洞,確保孔洞質量,應該采用砂漿分離器分離泥漿。

4.2.2 鉆孔垂直度的控制

鉆孔垂直度的控制是保證鉆孔灌注樁承載力的重要環節。在施工過程中,除了保證鉆具的垂直度外,為了避免井眼傾斜,還應隨時通過吊裝線和經緯儀對鉆桿的垂直度進行校核,并及時進行撓度修正。為了保證鉆井的垂直性,應在不均勻硬層、傾斜巖層和孤立巖層中減緩鉆井速度。

4.2.3 擴大頭的控制

鉆孔灌注樁的優點在于擴大了樁端的端部,提高了樁端的承載力,減小了樁身直徑和樁的設計長度,降低了工程造價。因此,有必要保證擴底樁滿足設計要求。根據擴底鉆頭的規格和擴底直徑的要求,可以計算鉆孔底脹過程中鉆桿的位移,并通過在施工過程中檢查鉆桿的位移來檢查井底膨脹的情況。此外,超聲波探測儀也可用于探測水下擴大頭。

4.2.4 清孔工藝

孔底渣的處理也是鉆孔樁的重要環節。建議使用反循環清理孔洞,以確保孔底殘留物符合設計要求。清孔分為三個階段:第一階段在樁端進行,第二階段在樁膨脹后進行,第三階段在鋼筋籠和導管放置后與反循環相連。

4.2.5 水下混凝土的澆筑

在第三次清理孔時,澆注混凝土的準備工作必須完成。澆注時應注意以下施工工藝:(1)每堆澆注的第一桶混凝土的數量應符合埋管深度。澆注量應使混凝土埋入混凝土不小于0.6m (2)導管下端應距孔底0.3m,嚴格控制拔管速度。澆筑混凝土時,管道應埋入混凝土中不少于1m,一般控制在2～4m。(3)導管應勤拆除,避免混凝土管道太深或太淺。(4)連續澆筑混凝土必須不間斷地進行,隨時掌握每一個樁的澆筑量,并做好記錄,以防止塌陷現象出現在破碎區。(5)如果鉆探區破裂,應該減慢鉆孔速度,防止鉆桿斷裂。隨時調整泥漿濃度以防止地下壓力水沖刷泥漿并導致孔塌陷。

4.3 擴底施工的質量保證措施

(1)當使用普通直鉆頭鉆到樁端支承層時,經現場技術人員確認后,需要將鉆頭從孔底抬出約50cm,然后轉入底部鉆取以擴大底部。(2)根據膨脹基礎所需的直徑,選用與樁徑相適應的MRS型下擴孔鉆,并在使用前檢查鉆頭的收縮和膨脹是否靈活,通過計算和地面測試確定用于鉆探底部的鉆頭。(3)在擴展底座之前,從鉆孔底部提起鉆頭使其懸掛。啟動鉆機和水泵,在鉆機和水泵正常工作后,開始擴展。當底部擴展開始時,它以低速旋轉,操作穩定后,根據鉆孔和鉆孔的情況適當調整壓力和鉆孔速度。(4)自底向上行程完成后,在同一地點鉆孔并繼續鉆孔直至清理完孔。將鉆頭從鉆孔中沖出并及時清洗,以備下次使用。(5)為保證擴大底部樁的施工質量,綜合掌握擴大底部的直徑,形狀,孔深,垂直度,沉渣厚度,可以通過CDJ-l超聲波大孔徑探測器進行檢測。

結語：

樁基的實際施工期為55天。樁基施工完成后,進行小應變動測量,超聲波檢測和抽芯檢查。由于采用了泵吸反循環技術,所有工程質量指標均達到要求。樁芯完整,致密,混凝土強度和整體性非常好。該建筑物的最終累積沉降結算量為7-10毫米。樁基工程被評價為一個好項目,說明泵吸反循環鉆孔擴底灌注樁是一種可靠的施工技術,項目質量好,值得被推廣應用。