淺談超長空樁水下混凝土旋挖灌注樁施工 技術(shù)與應(yīng)用

李存良

（中鐵城建集團(tuán)第二工程有限公司）

0 引言

隨著近年中國勞動力成本的不斷增加和機(jī)械化的快速發(fā)展，旋挖樁機(jī)已廣泛使用與樁基礎(chǔ)工程。同時，房建工程對工期的不斷緊縮，超長空樁旋挖灌注樁施工使用越來越廣。然而，開挖后出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題通病也層出不窮，如何在既能保障施工進(jìn)度、安全，又能保證樁基施工質(zhì)量成為了一道難題。本文介紹了在霞凝貨場擴(kuò)建工程綜合商務(wù)樓工程應(yīng)用的超長空樁水下混凝土旋挖灌注樁施工的施工質(zhì)量控制要點及方法，進(jìn)行了綜合效益分析，為類似工程提供參考。

1 工程概況

霞凝貨場擴(kuò)建工程綜合商務(wù)樓工程，總建筑面積約4.36 萬m2，基底占地面積為2639.98m2，地下2 層，地上22 層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室基坑開挖深度10.3m。設(shè)計為樁基礎(chǔ)，其中：樁徑1m、樁長約30m，空樁約10m，共202 根。計劃工程總工期18 個月，樁基施工工期55 天。

本工程基礎(chǔ)施工正逢長沙雨季，且臨近湘江、地下水位高，為縮短基坑內(nèi)基礎(chǔ)施工時間、減少基坑內(nèi)施工安全隱患，確保總工期，綜合考慮總體效益，采用先旋挖鉆孔樁施工，后開挖基坑的順序施工，即需進(jìn)行超長空樁水下混凝土旋挖灌注施工。樁基順利施工完成，經(jīng)檢測Ⅰ類樁95%以上，無Ⅲ、Ⅳ類樁。

2 常見質(zhì)量問題及控制方法

2.1 鋼筋籠上浮控制

2.1.1 控制重難點

鋼筋籠是樁基的重要受力約束要件，主要提高混凝土抗壓、橫向彎折性能。如果鋼筋籠上浮，會導(dǎo)致樁基底部無鋼筋、頂部鋼筋加密區(qū)高度變短等問題，且后期難以處理，容易存在質(zhì)量隱患。由于空樁較長，鋼筋籠頂面距離護(hù)筒頂距離大，采用普通鋼筋籠吊筋焊接護(hù)筒的方式防止鋼筋籠上浮，存在作用小、不可靠，鋼筋籠是否上浮難以發(fā)現(xiàn)等問題。

如要有效控制鋼筋籠上浮，不僅在澆筑混凝土速度上加以控制外，而且需增加鋼筋籠至護(hù)筒的硬鏈接控制。空樁越長，連接件剛度越大，材料使用越多、安裝操作越復(fù)雜，影響進(jìn)度、增加成本。

2.1.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

本工程在鋼筋籠底以上300 高處用Φ20 十字剪刀撐與加勁箍焊接牢固，然后通過導(dǎo)管頂住下部十字剪刀撐鋼筋，防止其上浮（如下圖）。當(dāng)導(dǎo)管埋深超過4m時，及時提升導(dǎo)管，減少上升混凝土對鋼筋籠的浮力。

2.1.3 操作要點

1.導(dǎo)管選擇：根據(jù)樁徑、樁長，選擇導(dǎo)管管徑，樁徑越大、樁長越長，導(dǎo)管管徑越大，通長在200mm～300mm 之間，過小混凝土易堵管、過大鋼筋籠易卡管。導(dǎo)管使用前必須進(jìn)行氣密性試驗，使用過程中定期更換橡膠密封圈。

2.底部十字剪刀撐鋼筋與加勁箍需焊接牢固。由于底部十字剪刀撐鋼筋與導(dǎo)管觸碰、頂撐，受力較大，底部加勁箍鋼筋較原設(shè)計加大一個型號。

3.由于前期導(dǎo)管以下鋼筋籠短，阻力較小，所以鋼筋籠上浮一般發(fā)生在前期澆筑0～4m 高度范圍。因此在首斗灌混凝土后，放慢澆筑速度，減小混凝土上升速度（上升小于0.2m/min）。混凝土埋深大于4m 時，及時提升導(dǎo)管，恢復(fù)正常澆筑速度。

2.2 超長空樁樁位控制

2.2.1 控制重難點

本工程工程空樁長度達(dá)到10.3m，按照規(guī)范技術(shù)規(guī)范，垂直度允許偏差＜1%，偏位不大于100mm，但實際承臺邊距離樁邊僅100mm，偏位過大嚴(yán)重影響樁基受力，存在質(zhì)量、安全隱患。

1.樁位偏移主要原因：機(jī)械在施工過程鉆頭遇地下（不同類型的）土石層產(chǎn)生的震動、施工機(jī)械自身重量造成樁孔周邊土層脫落以及夜間挖土、能見度低等。

2.由于鉆桿長期高強(qiáng)度磨損，部分細(xì)部構(gòu)件不可避免產(chǎn)生間隙，設(shè)備儀表顯示垂直度與實際鉆桿垂直度偏差較大，導(dǎo)致孔頂定位與樁頂位置偏差大。

3.樁位測量放線誤差，由于樁基點位多，施工環(huán)境（泥水多）差，測量工作量大、樁位點難以保護(hù)，且容易擾動。

2.2.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

本單體工程建筑測量放線采用固定極坐標(biāo)測量，全站儀放點，以縮小偶然誤差導(dǎo)致的樁位定位偏差。放線后拉線引護(hù)樁，校核樁基鉆進(jìn)過程中偏移、及時修正，如下圖；加強(qiáng)鉆孔垂直度監(jiān)控，不僅通過對旋挖鉆機(jī)儀表度數(shù)的調(diào)整控制，并應(yīng)采用全站儀校核其垂直度偏差，確保在允許1%范圍內(nèi)。如采用GPS 放樣，應(yīng)注意鉆機(jī)、吊車對信號的遮擋，減少誤差。放樣完成后，可采用既有物進(jìn)行復(fù)核。本工程樁徑1m，空樁長度10.3m，樁位最大允許偏差為100mm。

2.2.3 操作要點

1.由于樁基施工有較多重型設(shè)備，單體獨立測量控制點，容易擾動，需定期復(fù)測；測量設(shè)備定期檢測，減少測量系統(tǒng)誤差。

2.護(hù)樁設(shè)置不少于四個，避免因護(hù)樁出現(xiàn)擾動無法復(fù)核或復(fù)測錯誤。護(hù)樁應(yīng)設(shè)置在不易干擾位置，采用直徑不小于100mm 杉木樁，埋設(shè)牢固，頂部用細(xì)鐵釘定位。護(hù)樁交接給各作業(yè)司機(jī)，旁邊宜插上1m 高小紅旗，提示注意避讓。樁位復(fù)測不小于2 次：鉆孔至樁頂復(fù)測一次、1/2 樁長處復(fù)測一次。如遇斜硬質(zhì)巖層、孤石或旋挖機(jī)基底軟弱泥層，需加密復(fù)測。

3.旋挖樁基進(jìn)場必須經(jīng)機(jī)械員檢查、驗收，重點對鉆頭插銷、卡環(huán)、鉆桿磨損情況進(jìn)行檢查，鉆桿樹立就位后，采用全站儀測量其垂直度，檢查與儀表度數(shù)是否一致，合格后方可使用。

4.如地下地質(zhì)條件差，應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度，提高泥漿濃度。

2.3 超長空樁樁頂標(biāo)高控制

2.3.1 控制重難點

本工程工程空樁長度達(dá)到10.3m，空樁越長、樁頂標(biāo)高越難以控制，經(jīng)常出現(xiàn)開挖后樁頂如“竹林”般層次不齊。既浪費混凝土，又增加后續(xù)混凝土鑿除、清理工作，還影響企業(yè)管理形象。

1.由于空樁過長，孔內(nèi)未知因素增加、沉渣增多，泥漿濃度加大，監(jiān)控管理難度加大，孔內(nèi)混凝土標(biāo)高測量誤差大。

2.測量吊錘采用兩根短鋼筋測量，測量精度不高、容易出現(xiàn)誤判，且監(jiān)管評定數(shù)據(jù)不直觀。

3.護(hù)筒由于在混凝土澆筑過程中重壓下沉，護(hù)筒標(biāo)高度數(shù)與實際控制高度不一致，容易導(dǎo)致標(biāo)高控制偏差。

2.3.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

為提高樁頂標(biāo)高測量精度，設(shè)置了一種專用測量吊錘（如下圖），圓錐體與半球體組合混凝土澆筑

而成的裝置。用于測量灌注水下混凝土面標(biāo)高的吊錘，制作簡單、使用方便、測量精度高、使用上手快，重約1.4公斤、符合人手感應(yīng)重量及泥漿內(nèi)下沉速度，裝置小巧、輕便，便于攜帶，質(zhì)地堅硬、不易破損，耐用，頂部為圓形，不易被鋼筋籠卡住。本裝置提高了測量精度、測量速度更快捷、操作要求低。

2.3.3 操作要點

1、混凝土面標(biāo)高控制一般通過空樁長度控制，公式如下：空樁長度=護(hù)筒標(biāo)高-設(shè)計混凝土面標(biāo)高。而現(xiàn)在空樁長度一般通過吊測繩的方法測量，所以吊繩的準(zhǔn)確測量至關(guān)重要。但大部分施工隊伍直接從市場購買測繩，通過綁扎鋼筋頭進(jìn)行測量，對混凝土面標(biāo)高測定存在較多不可靠因素。首先，應(yīng)購買優(yōu)質(zhì)測繩，不明情況的測繩在使用前放在水中浸泡24h，用檢驗過的鋼尺重新標(biāo)定長度。其次，應(yīng)有一定經(jīng)驗的作業(yè)人員用測繩測量空樁長度，測量時，在導(dǎo)管和鋼筋籠的中間部位下入專用測錘，至少測量3～5 個點，然后取平均值。最后，混凝土超灌高度控制在設(shè)計范圍，確定最終混凝土灌注量，剩余混凝土不得再灌入樁內(nèi)，按要求外棄或處理。另外，測繩使用一定時間，必須重新進(jìn)行標(biāo)定。

2、由于空樁長，可以適當(dāng)增長護(hù)筒（不會伸長至樁頂），增加護(hù)筒穩(wěn)定性，以減少在澆筑過程中下沉導(dǎo)致測量樁頂標(biāo)高偏差。

3 綜合效益分析

通過一系列改進(jìn)措施，確保樁位、樁頂標(biāo)高等施工質(zhì)量前提下，超長空樁施工水下混凝土旋挖灌注樁因增加旋挖鉆孔工作量，增加成本2000m×150元/m=30萬元，但以下方面降低了成本：

1.地面作業(yè)環(huán)境良好，可降低樁基施工單價（節(jié)約6000m×10元/m=6萬元）、混凝土泵送設(shè)備租賃費用（2月×8萬元/月=16萬元）、進(jìn)出基坑混凝土便道（300m2×270元/ m2=8.1萬元）、基坑降水費用（2月×3萬元/月=6萬元），其他節(jié)約泥漿外運費、安全施工費等費用10萬元，合計46.1萬元。

2、 寬闊作業(yè)面同時布置多臺設(shè)備同時施工，無需等待樁基混凝土28天齡期（利用基坑開挖時間差），靜載試驗提前，使總工期提前一個月，節(jié)約管理費用16.5萬元。

3、以上合計經(jīng)濟(jì)效益，扣除空樁增加費用150*2000=30 萬元，合計46.1+16.5-30=32.6萬元。

通過成本分析，施工成本較傳統(tǒng)方式有所降低，達(dá)到了降低能耗，縮短工期、節(jié)約成本的效果。

4 結(jié)束語

超長空樁水下混凝土旋挖灌注施工技術(shù)在本項目的成功應(yīng)用，證實了本技術(shù)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、質(zhì)量可靠。其改變了傳統(tǒng)先開挖基坑后澆筑樁基混凝土的施工順序，避免了深基坑內(nèi)樁基施工存在的各類問題，克服了超長空樁中存在的質(zhì)量通病，縮短了施工工期、提高了施工效率、改善了施工環(huán)境。設(shè)置導(dǎo)管底部頂撐鋼筋籠下部十字剪刀撐鋼筋，限制鋼筋籠上浮，方法簡單、實用。用于測量灌注水下混凝土面標(biāo)高的吊錘，制作簡單、使用方便、測量精度高、使用上手快。

該技術(shù)在霞凝貨場綜合商務(wù)樓工程等項目得到成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，具有較好的推廣和應(yīng)用價值。隨著我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，類似工程將不斷出現(xiàn)，該成功經(jīng)驗將在今后的類似工程中發(fā)揮重要的作用。