淺析某項目綜合管廊基坑鉆孔灌注樁施工技術

（福建六建集團有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

福馬路提升改造工程（六一路至三環路段、鼓山隧道兩端連接段、快安1段）位于福州市，起于六一路交叉路口，止于朏頭路交叉口，線路全長10.909 km，道路等級為城市主干道。其中，綜合管廊設計范圍為快安1段，起訖里程K10+440～K13+360，線路全長2.92 km，主路設計時速50 km/h，輔路設計時速40 km/h，道路紅線寬度55 m，路面為瀝青混凝土路面。該項目管廊沿福馬路由西向東布置，位于北側非機動車道人行道下，為單艙斷面，艙內布置管線包括1根給水管（DN600）、1根給水副管（DN300）、10 kV電力中低壓電纜（32孔）及通信電纜（27孔），并預留DN200溫泉管、DN200中水管，斷面凈空尺寸為2.9 m×3.45 m。管廊結構斷面分為2種：1）標準節段覆土≤4.5 m，頂板、底板及側壁厚0.3 m，采用預制結構。2）非標準節段覆土4.5 m～9.0 m，頂板、底板及側壁厚0.5 m，采用現澆施工。管廊基坑開挖深度約7.725 m～12.525 m，起點覆土高度約0.3 m～0.9 m。

1.2 地形地貌

擬建場地位于福州市馬尾區，地勢較為平坦，沿線主要為街道、工廠、農田等，地貌單元為沖淤積平原地貌單元，局部為剝蝕殘丘地貌單元。場地主要地層為人工填土、沖洪積層（包括粉質黏土、淤泥質粉質黏土、中砂、卵石土等）、破殘積層（粉質黏土、粗角礫土等）、全風化花崗巖。

1.3 水文地質條件

擬建場地上層滯水水位的年變化幅度一般在3.0 m左右，場地近3～5年最高地下水埋深為0.20 m，其歷年地下水最高地下水位埋深為0.10 m，卵石層中承壓水和基巖裂隙較深。按環境類型分類，場地地下水對混凝土結構具有微腐蝕性；按地層滲透性分類，場地地下水對混凝土結構具有弱腐蝕性。無論是長期浸水還是干濕交替情況，地表水以及地下水都會對鋼筋混凝土結構中的鋼筋產生腐蝕。根據《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB 50046—2008）及《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》（JTGB07-01—2006）的規定并結合場地水的腐蝕性等級，必要時采取相應的防腐蝕措施。

2 基坑支護方案分析

該工程綜合管廊基坑中大部分開挖深度為7 m，主要通過集水明排的方式（排水溝、集水井）降排水，支護結構及體系主要采用以下3種：1）鉆孔灌注樁（樁間設高壓旋噴樁止水）+2道鋼管支撐。2）SMW工法樁+1道鋼筋砼支撐+1道鋼管支撐。3）15m/18m長拉森Ⅳ鋼板樁（兼做止水）聯合2道鋼管對撐。該工程管廊施工與多條城市主干道交叉，需做好交通保障措施，且需注意已有構筑物、公路等的保護措施。由于施工場地受限，因此電力井處及部隊房屋處均采用鉆孔灌注樁（樁間設高壓旋噴樁止水）+2道鋼管支撐體系，該文主要對鉆孔灌注樁施工技術進行研究分析，鉆孔灌注樁樁徑80 cm，樁間距為1 m，樁長為10 m～15 m。

3 旋挖鉆孔灌注樁施工技術

3.1 施工工序

旋挖鉆孔灌注樁主要施工工序為：定位放線→泥漿池開挖及泥漿制備→旋挖鉆機鉆頭選型→埋設護筒→鉆機就位→鉆孔及清孔→鋼筋籠加工及安裝→下導管→灌注水下混凝土。

3.2 施工準備

3.2.1 定位放線

提前調查鉆孔灌注樁施工范圍內的地上、地下管線及構筑物，與產權單位對接協商后對管線遷改或加固，清理施工場地，確保施工范圍內無雜物，場地平整。列表統計各個樁位坐標值，利用全站儀對所有樁位進行測量放線，以樁中心為交點，十字交叉周圍4個方向引出護樁，樁位中心則插上Φ8 mm的短鋼筋，灑上白灰標識[1]。該工程樁基數量多，按里程從小到大順時針依次編號，采用隔孔開鉆，待相鄰樁基強度達到5 MPa才可以施工。

3.2.2 泥漿池開挖及泥漿制備

該工程場地地下水位高，如果直接在場地內原土挖掘泥漿池勢必出現地下水滲透現象，導致池內泥漿被稀釋，泥漿濃度受影響，護壁功能下降，因此該工程設置由壓型鋼板焊接而成的鋼制泥漿池。可在工廠定制泥漿池后直接運至施工現場，設置在不影響施工的區域，并用圍擋維護并設置警示標志，底部四周均用塑料彩條布包裹，防止泥漿溢出，確保文明施工。泥漿配合比根據施工機械、工藝以及鉆孔穿越土層情況等進行設計，一般采用高塑性黏土或膨潤土，如果在塑性指數＞15的黏性土中鉆孔，可利用孔內原土造漿護壁；如果在砂類土、碎（卵）石土或黏土夾層中鉆孔，可用膨潤土泥漿護壁。

3.2.3 旋挖鉆機鉆頭選型

旋挖鉆孔機鉆頭根據土壤、地質條件情況針對性選擇，一般來說，場地土層為黏性土、粉土、填土（地下水位以上）或中等密實的砂土、風化巖層時，選用短螺旋鉆具；地下水位以上的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化巖層，采用泥漿護壁時選用螺旋回轉頭；如果為碎石土、中等硬度的巖石及風化巖層，選用巖心螺旋鉆頭；如果為風化巖層及有裂紋的巖石，選用巖心鉆頭。

3.2.4 埋設護筒

該工程護筒采用鋼護筒，由壁厚4 mm～6 mm的鋼板制成，節長2 m～4 m，內徑比樁徑大20 cm（即樁徑為80 cm，鋼護筒內徑為100 cm），護筒埋深為1 m～2 m，頂面高出施工地面30 cm。通過定位放線時引放的樁位中心十字交叉點四周的護樁控制護筒埋設位置，確保護筒中心與樁位重合，控制偏差≤20 mm，傾斜度≤1%。穩固護筒后，以黏土均勻回填護筒四周縫隙，并分層夯實，防止地表水從該處滲入，避免由于護筒松動下沉或偏斜而造成孔洞坍塌。

3.2.5 鉆機就位

鉆機就位前需復核之前放樣的樁位，避免施工人員在移動、安放鉆機等施工機械時碰撞造成放樣孔位偏移，經復核無誤并經監理工程師簽字確認后才可以進行后續鉆機安放及鉆孔等工作。為確保鉆機底座和頂端的平穩度，應提前將樁孔周圍地面墊平，用經緯儀調整鉆桿垂直度，確保鉆桿、樁位和護筒三者中心均位于同一豎直線，且對中誤差≤10mm，鉆機就位后測量護筒標高以免超鉆或少鉆。

3.3 鉆孔及清孔

鉆孔、清孔施工過程是影響鉆孔灌注樁質量的最主要因素，鉆機就位安放穩固后先連接泥漿循環系統循環泥漿2 min～3 min，且鉆機先進行運轉試驗后才可以開始正式鉆孔作業，確保后續鉆孔施工連續。對照地質勘察報告，根據現場不同地質層情況適當調整采用鉆頭、鉆進壓力及速度、泥漿比重等各項指標。鉆孔初始階段應低壓慢鉆，以低于10 r/min的鉆速鉆孔至護筒底下3 m，此時如果鉆進穩定則可以提高鉆孔速度，剛開始可以干孔作業，鉆至細砂層則應及時注入泥漿和降低鉆進速度，增加掃孔次數，通過鉆具以較慢轉速修整孔壁并輔助沖洗液清除孔內淤塞物，防止出現縮徑現象。隨著鉆進的不斷深入，土石渣不斷產生，該工程直接采用旋挖鉆桶掏渣與換漿結合排除孔內殘渣，每2 m掏渣一次同步及時向孔內補給泥漿，以防止塌孔。鉆孔作業分班連續進行，且應全程做好各項記錄，地層變化、鉆機對位情況及鉆孔泥漿應經常檢測，確保鉆孔不符合要求時可在最短時間內調整。鉆孔鉆至持力層后通知監理工程師復核確認，如果滿足設計要求則繼續鉆進1 m即可停止鉆孔施工，成孔后檢查孔深、孔徑、孔位和傾斜度等，驗收合格后立即填寫終孔檢查證并進行清孔工作，為確保清孔質量及效率可采用泵吸反循環抽漿的方法清孔，使沉淀物漂浮，使孔底沉渣達設計要求允許厚度，直至抽出泥漿手摸無粗粒感覺。

3.4 鋼筋籠加工及安裝

鋼筋籠一般在鉆孔前或鉆孔時同步加工制作，以便在成孔、清孔后立即吊放鋼筋籠并灌注混凝土，降低塌孔事故發生可能性，鋼筋籠由主筋、加強筋、螺旋箍筋和定位筋四部分組成，該工程場地為現狀道路，分布有電力、電信、雨水、污水等管線，施工場地狹窄，鋼筋籠在場地外鋼筋預制廠加工完成后再運至施工現場使用。根據孔徑、孔深確定鋼筋籠大小，該工程樁長10 m～15 m，節數為1～2節，嚴格按照圖紙分段加工成型，分節安裝時在上下搭接處各加一道φ14 mm環箍，兩節鋼筋籠連接采用單面焊，焊接長度≥10 d（d為鋼筋直徑），接頭錯開距離≥35 d且≥500 mm，該范圍內接頭數量≤截面主筋根數的50%。為了保證鋼筋籠準確就位及穩固，沿樁長方向在主筋上每隔3 m設置一護壁環（由4只護壁筋組成），環向鋼筋與縱筋采用點焊連接固定，增強鋼筋籠整體剛度，鋼筋保護層采用砂漿塊，等距離設置4個于主筋上，保護層厚度為70 mm，鉆孔樁主筋應全部錨入冠梁，長度≥35 d。鋼筋籠吊放由人工輔助對準孔位，使其中心對準樁心，再用吊車緩慢下放。

3.5 下導管

導管為螺絲扣連接+橡膠墊圈密封的無縫鋼管，直徑250 mm、壁厚≥3 mm，每節導管于拼接前檢查密封圈完好程度，涂抹止水黃油可提高導管的封水性能，使用前試拼裝、試壓，試水壓力取0.6 MPa～1.0 MPa且滿足≥1.5倍孔內水深壓力。導管長度根據孔深配置，導管底距孔底約為300 mm～500 mm，導管最下部（底管）長4 m，標準節每節長度2.5 m，最上部（頂管）長度則根據樁長分別采用0.5 m、1 m、2 m等。

3.6 灌注水下混凝土

該工程管廊基坑鉆孔灌注樁樁身為C30水下混凝土，根據試驗室試驗結果出具合格的配合比，坍落度宜為180 mm～220 mm（確保保水性和流動性能良好），水泥用量≥350 kg/m3，先在攪拌站充分攪拌，才能運輸至施工現場使用。采用導管法進行灌注，初灌量約1.5 m3，可以滿足導管在混凝土中首次埋置深度≧1.0 m的要求，首車混凝土卸車油門猛踩，使沖擊能量盡可能大，以沖開孔底沉渣，減少工后沉降。后續混凝土灌注過程保持連續性，嚴禁中途停止灌注，單樁混凝土灌注時間≤3 h。為合理控制導管提升速度，確保導管居中平穩提升，需派專人施工全過程監測孔內灌注混凝土面高度上升速度，混凝土面至樁頂設計標高后不能立即停止灌注，而應繼續向上灌注一定高度，樁頂超灌高度應≥0.8 m，此時水下混凝土灌注環節才可以結束。

4 鉆孔灌注樁施工質量控制要點

4.1 成孔質量控制

4.1.1 孔深、成孔垂直度控制

孔深、成孔垂直度是保證鉆孔灌注樁施工質量的基礎和前提，孔深、成孔垂直度不符合要求必然導致鋼筋籠和導管無法順利沉放，鉆孔施工對地面標高造成影響進而導致成孔深度不準確，成孔垂直度不符合要求的原因有很多，如場地土質層不均勻沉降、泡水沉陷、樁機就位不平整、鉆頭磨損導致受力不均以及鉆頭遇到軟硬土層交界面或傾斜巖面等，針對以上問題，應采取有效措施控制成孔深度及垂直度。根據樁底標高、鉆具長度和測量點標高，提高成孔深度控制的準確性，及時測量并記錄成孔深度，鉆孔結束后還應根據鉆具測量復核孔深[2]；為避免偏孔，鉆孔前提前壓實平整場地，嚴格控制鉆機就位時的對中整平，定時檢查鉆孔過程中樁錘的垂直度，以使偏差在最短時間內調整，如果遇軟硬土層交界面或傾斜巖面，以低速低壓鉆進。

4.1.2 塌孔、縮徑防治

塌孔、縮徑產生原因大致相同，主要是地層復雜、泥漿質量不過關（護壁性能差）、鉆進速度過快、成孔后未立即灌注混凝土等，為防治塌孔縮徑現象，鉆孔穿越較厚砂層、礫石層或卵石層時，保持成孔速度≤2 m/h，嚴格控制泥漿質量，確保其密度為1.3 g/cm3～1.4 g/cm3、黏度為20 s～30 s、含砂率≤6%。添加黏土粉、燒堿、木質素等可以改善泥漿的性能，泥漿含砂質量控制同樣重要，通過除砂處理控制泥漿比重和含砂率，鋼筋籠安裝后立即灌注混凝土。

4.2 成樁質量控制

4.2.1 鋼筋籠施工質量

鋼筋籠施工主要將鋼筋籠制作和鋼筋籠吊放兩大工序作為重點控制環節，鋼筋籠一般由人工制作，注重電焊工技術交底，嚴格按施工技術切割、焊接鋼筋，確保鋼筋長度及焊接質量，避免漏焊、氣孔、夾渣或裂縫等問題，各項控制指標允許偏差見表1。鋼筋籠平臥堆放在施工現場不能超過2層，下放至孔內內嚴禁碰撞孔壁或強行下壓，否則會造成鋼筋籠變形，應立即停止吊放查明原因，如果鋼筋籠本身垂直度不符合要求則提出鋼筋籠重新垂直吊放，如果成孔垂直度不符合要求則復鉆糾偏。混凝土灌注時鋼筋籠上浮為較為常見的施工質量問題，導致上浮的因素很多，如鋼筋籠重量不足、混凝土初凝和終凝時間太短或清孔泥漿含砂量太多等，針對上述問題，可在鋼筋籠底端以上30 cm處焊接十字鋼筋架增加重量，避免鋼筋籠過輕上浮；此外，可在頂端焊接一鋼筋伸出泥漿作為鋼筋籠浮籠的標志，以便及時整改；也可采取固定措施，頂端用4根與主筋直徑相同的鋼筋焊接固定在施工平臺上；混凝土灌注時間和速度也應控制，混凝土面距鋼筋籠底部約1 m時降低灌注速度，上升至鋼筋籠底端4 m以上時提升導管，維持導管底高出鋼筋籠底≥2 m，再恢復正常灌注速度。

表1 灌注樁鋼筋籠制作及安裝質量標準

4.2.2 混凝土施工質量

混凝土施工質量主要從混凝土拌制和混凝土灌注兩個方面進行控制，混凝土拌制對原材料、拌制時間和坍落度作出嚴格規定：1）該工程控制混凝土粗骨科最大粒徑＜40 mm，細集料選用中粗砂，含砂率為40%～50%，混凝土拌制時間為60～90 s，控制混凝土坍落度以保證其流動性，避免堵管現象發生。2）鋼筋籠吊放及下導管與混凝土灌注之間必須進行二次清孔，目的在于清除沉淀至孔底的沉渣（鋼筋籠下放時碰撞孔壁產生），待孔底沉渣厚度≤50 mm時才可以停止二次清孔進行后續混凝土灌注工作。3）合理控制導管埋深，埋管太淺表層泥漿混入樁身夾泥容易斷樁，埋管太深容易導致拔管困難或埋管事故，及時測量孔內混凝土面位置，相應將埋管深度控制在2 m～6 m。4）混凝土灌注確保連續性，每次灌注間歇時間≤30 min，1.5 h內完成已拌制混凝土的灌注[3]，夏季則在1 h內灌注完成。5）為減少施工裂縫產生，嚴格控制混凝土灌注溫度。6）混凝土灌注量也需控制，最后一次灌注前必須核對混凝土灌注高度及灌入量是否正確，保證超灌高度符合要求。

5 結語

鉆孔灌注樁旋挖鉆機成孔工藝以其自動化程度高、成樁速度快、單樁承載力高、噪聲小、震動低等優點在綜合管廊基坑支護中具備較大優勢，在管廊施工中所占比例大，因此灌注樁的施工質量影響管廊整體質量。需結合管廊的實際地質情況，全面分析鉆孔灌注樁施工所面臨的難點和短板，關注鉆孔灌注樁施工全過程，有效把控每個環節施工質量，全面提升管廊基坑支護實效，進一步促進我國城市建設發展。