鉆孔混凝土灌注樁的基樁設計與施工研究

王竹芳

（安徽省地質實驗研究所(國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心)，安徽 合肥 230000）

大量的工程建設實踐表明[1]，基礎工程施工時，科學應用鉆孔混凝土灌注樁技術，具有施工快速、噪音低、污染輕微、質量優良等優勢特征。但灌注樁在施工期間，在人員、工程地質條件與工藝技術水平等多種因素的作用下，施工期間可能出現沉渣過厚、斷樁、塌孔等多種質量問題，影響工程進度，增加造價成本。故而，明確鉆孔混凝土灌注樁基樁的設計與施工要點，具有很大現實意義，基于此本文對相關設計與施工方法做出較詳細探究。

1 工程概況

某某廣場三期工程在建設期間，基礎擬采用機械鉆孔混凝土灌注樁，樁端持力層為場地第⑧層（中風化閃長巖），采用機械鉆孔混凝土灌注法施工，樁基施工前，為給設計提供承載力參數，場地靜載試驗樁總數為4根。工程地質類型有：雜填土（層厚：0.20～ 5.50Qml）、粉質粘土（0.80～ 3.30Q4al）、淤泥質粉質粘土（0.70～8.30Q4al）、粉質粘土（0.70～ 8.30Q4al）。現擬定采用機械鉆孔混凝土灌注樁施工，樁身直徑為700mm，進入樁端持力層＞1.0m，混凝土強度C40。場地試驗樁號為SZH1、SZH2、SZH3、SZH4，預估特征值分別為5650kN、5650kN、5675kN、5675kN，經試驗檢測，該工程場地條件下機械鉆孔混凝土灌注樁（指試驗樁型：樁長21.20m～25.50m，樁徑700mm，樁端持力層為中風化閃長巖）的單樁豎向抗壓承載力特征值為4105kN，未達到設計預期要求。后經多方研究分析，主要原因是在灌注樁施工過程中，混凝土灌注不及時，沉渣未清理干凈，導致靜載試驗后期樁頂沉降過大。

2 本次靜載試驗單樁豎向抗壓極限承載力的取值原則

根據沉降隨荷載變化的特征確定：對于陡降型Q～S曲線，取其發生明顯陡降的起始點對應的荷載值。

根據沉降隨時間變化的特征確定：取S～lgt曲線尾部出現明顯彎曲的前一級荷載。

某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h未達到相對穩定標準時，取前一級荷載。

對于緩變型Q～S曲線可根據沉降量確定，宜取S=40mm對應的荷載值；當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓縮量；對于直徑大于或等于800mm的樁，可取S=0.05D（D為樁端直徑）對應的荷載值。

當按照上述四款判定樁的豎向抗壓承載力未達到極限時，樁的豎向抗壓承載力應取最大試驗荷載值。

例如圖1為 SZH2單樁豎向抗壓靜載試驗Q～S、S～lgt曲線。從編號SZH2試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗Q～S曲線可以看出，當荷載加至9040kN后，樁頂沉降量為28.58mm，該級荷載作用下的樁頂沉降量為2.98mm，當荷載最大加至10170kN后，樁頂最大沉降量為42.72mm，該級荷載作用下的樁頂沉降量為14.14mm；從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為24.94mm，最大回彈量為17.78mm，回彈率為41.62%。根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)規范第4.4.2條，該試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力應取末前級試驗荷載值9040kN。

圖1 SZH2單樁豎向抗壓靜載試驗Q～S曲線示意圖

3 鉆孔混凝土灌注樁的基樁施工方法要點

3.1 鉆孔

在灌注樁施工鉆孔工序結束后，應精確測量鉆孔深度，需保證鉆孔深度略大于施工設計的孔深來控制，這主要是因為鉆機設備鉆孔工序結束后，在成孔的最下端，一般通常會存有比設計要求的孔徑小一段結構（約為30㎝），故而鉆機鉆孔工序中一定要保證其比施工設計孔洞要深20～40㎝，進而滿足工程設計要求的孔洞規格。鉆孔施工結束后，應對成孔尺寸、深度及孔壁結構完整性等指標全面檢查，保證其均和工程設計相符后，快速進入到清孔工序，以防間隔時間過長造成孔底沉淀物增多，一方面會延長清孔作業時間，另一方面清孔作業時間若延長，也會增加塌孔事件發生的風險。在鉆孔過程中，需加強對鉆機速度的控制，在孔深4.0m的范疇中，鉆入速度應＜2m/h，在后續鉆進過程中速度應≤3m/h。在覆蓋層始終要維持減壓鉆進，且需保證鉆入速度和泥漿排放量之間的適宜性[2]。本工程地下水位埋深2～3m，泥漿壓力＞水壓力，即滿足施工規范要求。

3.2 清孔

清孔為混凝土灌注樁施工期間的關鍵一環，其目的是清除成孔孔底的沉渣，以保證鉆孔符合相關規范與工程設計要求。但多數施工單位在基樁建設期間，未能予以清孔作業一定重視，甚至認為鉆孔結束后若能及時開展混凝土灌注工序，漏斗灌注混凝土時，若首次封底順利通常不會形成較嚴重問題，且部分施工單位為減縮工期，而采取減縮沖孔時間的方法，以上操作行為均是未重視清孔在基樁施工期間意義的表現，若直接開展混凝土灌注工序，則很可能導致灌注樁樁底承載性能不斷降低，進而影響基樁施工質量。在清孔工序結束后，應及時灌注混凝土，以防等待時間過長，造成長孔底有新沉渣形成，需再次清孔，增加基樁施工時間。在對地基孔洞清理時，施工人員要對孔底沉渣厚度進行嚴格把關，使其＜5.0cm[3]。此外，清孔過程中應維持鉆孔內泥漿面高于地下水位1.5～2.0m，以防出現塌孔事故。

3.3 混凝土澆筑[4]

在基樁施工期間，在每罐混凝土灌注工序完成后，均需及時進行測量已澆筑混凝土頂面的標高與導管在已澆筑混凝土中敷設的深度，以精確把控導管應拔升的長度并實現對塌孔情況的科學預測。在混凝土中，導管的敷設深度通常是2～3m，以促進混凝土澆筑作業的有序開展，針對拔出后的導管，應及時沖洗，以防出現銹蝕而影響使用壽命。混凝土灌注期間需盡量保證混凝土澆筑作業的連續性、快速性，若施工期間混凝土澆筑中斷時間＞30min，則建議要上下活動導管，以保證混凝土流動性的優良性，而降低導管拔升過程的難度。加強對孔底與導管間距離的控制，通常約為40 cm，敷設深度在2～6 cm取值為宜。加強對基樁混凝土澆筑時間的管理，通常≤4～5h。

4 結語

本文結合具體工程案例，對鉆孔混凝土灌注樁基樁的承載力取值與施工要點進行較詳細探究，認為在具體施工作業期間，應全面考慮周邊環境、水文土質等各個因素，加強對樁基施工各個參數的調控，以全面提升樁基的承載力與穩定性。實踐表明，加強鉆孔混凝土灌注樁的基樁施工方法和施工工藝的過程控制的研究，有利于提升工程樁基施工的質量，為工程后續施工創造較優良的條件。