長螺旋鉆孔灌注樁在護岸工程中的應用

趙子江 ，陳 強

（1.天津大學 建筑工程學院，天津 300350；2.天津港航工程有限公司，天津 300457）

引言

護岸工程是一種復雜的水工結構，該類工程需要加固河流岸坡或者沖積平原中的軟土地基，要求處理后的軟土有足夠的地基承載力，同時改善河岸邊坡軟土的剪切、滲透屬性指標，以滿足水工結構抗滑移邊坡穩(wěn)定性[1-3]。在河流岸坡高水位線地區(qū)進行樁基施工，常用的水下灌注樁施工工藝有振動沉管法、泥漿護壁法和長螺旋鉆機連續(xù)鉆進法[4]。沉管灌注樁由于擠土效應使得孔壁松動，環(huán)保性能差，且進入堅硬土層比較困難，僅適用于松散的沙土地質[5]。泥漿護壁工藝在環(huán)保、工效、質量、經濟等方面均存在一定的不足之處。長螺旋鉆孔灌注樁技術具有貫穿能力強、施工快速、對環(huán)境友好的特點，是一種針對各類地質條件具有廣泛適用性樁基施工工藝[6-7]。本文結合京杭運河某基護岸工程，詳細闡述長螺旋灌注樁施工工藝在軟土地區(qū)的應用。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程為京杭運河嘉興段護岸工程，起自浙江兩省交接處的鴨子壩，終于齊界橋處，航道總長約42.76公里。承建的標段（桐鄉(xiāng)段）建設規(guī)模為：建設里程9.74km，護岸總長10.6km，改建橋梁一座以及服務區(qū)一處。其中3種結構形的護岸（C型、D1型、D2型）采用鉆孔灌注樁作為地基處理的方式。C型護岸樁長8m與12m，φ600mm，縱向間距3m（6m）；D1型護岸樁長16m與18m，φ800mm，縱向間距2.6m；D2型護岸樁長16m，φ800mm，縱向間距2.6m。

1.2 地質概況

擬建工程地處浙北平原區(qū)，地勢低平開闊，河網密布，地面高程在1.0-4.0m之間（1985國家高程）。路線經過地區(qū)田地、苗木地、魚塘，部分分布村莊、道路等。該區(qū)域土層為第四系欠固結沉積層，主要為沖湖相、海相、沖海相沉積層。根據部分鉆孔揭露，第四系松散沉積層厚度多在49.8-70.9m之間，包括上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的地層。

2 施工工藝

2.1 長螺旋鉆孔灌注樁施工技術優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的灌注樁施工工藝（正反循環(huán)鉆等）相比，長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝具有以下幾點優(yōu)勢：

（1）環(huán)保及文明施工

施工過程無需泥漿護壁，有效降低了對周邊環(huán)境造成的污染，提升了施工現場的整潔度；同時在施工中產生的噪音低，對附近區(qū)域影響較小。有利于文明施工及環(huán)境保護。

（2）較少的施工布置面積不污染周邊環(huán)境

施工前完成場地清平，不需水源、不受地下水位影響，對施工環(huán)境的要求較低。無需在現場設置泥漿池，可為灌注樁的順利施工創(chuàng)造良好的條件。

（3）單樁承載力較高、施工質量保證

混凝土砂漿采用壓灌方式注入，與樁孔四周結合較為緊密；同時由于不使用護壁泥漿，無樁孔泥皮和孔底虛土，不易引發(fā)斷樁、縮徑、塌孔或地表隆起等現象。可以有效提升樁側阻力和樁端阻力。

2.2 施工工藝流程

將長螺旋鉆頭鉆至設計深度，起鉆的時候，通過鉆桿的中心孔，以一定速率提升鉆桿，同時將混凝土泵送至樁底鉆孔中，灌注混凝土終止位置應當不低于設計標高（壓灌混凝土到樁頂時，灌入的混凝土要超出樁頂80cm，以保證樁頂混凝土強度），然后利用自重下沉法或采用振動輔助將鋼籠沉至設計的樁底深度，混凝土灌注樁澆筑完成（見圖1）。

圖1 長螺旋鉆孔灌注樁施工流程

2.3 施工效率

長螺旋鉆孔灌注樁成樁速度與常規(guī)工藝相比有顯著的提升，能夠大大提高施工效率。

以本項目施工的灌注樁為例（12m長，直徑600mm，超灌量為0.8m），單根樁的施工步驟主要由鉆孔、灌注混凝土、下插鋼筋籠組成，其中：鉆進成孔時鉆桿速率約為1.5m/min；提升鉆桿、灌注混凝土時鉆桿速率約為0.8m/min；下插鋼筋籠的速率約為1.2m/min，這樣單根樁的施工時間約為40min，明顯優(yōu)于其他鉆孔灌注樁施工技術。

3 質量控制措施

3.1 材料把控

（1）混凝土采用預拌混凝土以滿足和易性和沁水性要求，初凝時間大于6小時，塌落度控制在180-220mm。混凝土強度等級滿足設計規(guī)定。

（2）本項目配選用 PO42.5水泥，強度等級高于PO32.5質量，具有出廠合格證明文件，檢測報告顯示符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定。

（3）選用含泥量小于3%的干凈的中砂作為水泥拌和料，選用含泥量小于2%、粒徑5-16mm的卵石或碎石，作為水泥拌和骨料。砂和碎石滿足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量標準及檢驗方法》的規(guī)定。

（4）粉煤灰、外加劑質量符合JGJ/T 233-2011《水泥土配合比設計規(guī)程》，摻量和種類根據施工季節(jié)通過配比試驗確定。攪拌用水應符合JGJ 63-2006《混凝土用水標準》的規(guī)定。

（5）本項目采用的主筋及加強筋型號為HRB400，箍筋型號為HRB300，并有出廠合格證明文件，檢測報告顯示鋼筋品種、規(guī)格、性能滿足設計要求。

3.2 施工機具選擇

（1）根據工程所在場地地質、水文條件、成孔直徑、深度要求選擇長螺旋鉆機型號。本項目選用樁機見圖2，主要參數見表1。

（2）灌注設備：混凝土輸送泵的輸送能力為50-60m3/h，采用內徑大于150mm高壓軟管連接混凝土輸送泵與鉆機的中心鋼管。

（3）鋼筋籠加工設備：本項目設立了鋼筋加工場地，配備了鋼筋彎曲機、滾焊機、切割機等整套鋼筋加工設備。

（4）鋼筋籠植入設備：振動錘、吊車等。

圖2 長螺旋鉆機

表1 長螺旋鉆機參數

3.3 灌注樁施工質量控制

3.3.1 鉆進成孔

（1）鉆機就位后，調整機身垂直度使鉆塔垂直，保證樁位中心和鉆頭重合。

（2）開動鉆機前，清理嵌套在鉆桿、鉆頭上的土塊、混凝土殘渣。

（3）開鉆時，需關閉鉆頭閥門，以較慢的轉速與地面接觸，根據本項目土質情況控制正常鉆進速度為1.50m/min。

（4）鉆機鉆進過程中，不允許反轉或提升。如受施工因素影響確實需要反轉或提升操作，需將鉆頭提升至地面，對鉆尖須重新清洗方可繼續(xù)下鉆。

（5）及時清理鉆孔旋轉排出的土方，并統(tǒng)一堆放到指定地點，避免對施工造成干擾。

（6）在鉆進過程中，當鉆頭受阻力太大無法旋轉，應立即斷電停止鉆進。

（7）鉆孔時如鉆機固定裝置失效時，停止鉆進并查找原因，待排除障礙后恢復施工。

3.3.2 鋼筋籠下插

（1）放置鋼筋籠工序在混凝土灌注工序后進行。

（2）筋籠頂部與振動裝置應進行牢固連接。

（3）夾緊鋼筋籠后方可起吊。鋼筋籠下插時應采用雙向線垂直度觀察法，確保鋼筋籠垂直度，鋼筋籠下部尖端對準已樁位的中心。

（4）下插鋼筋籠時，先利用振動錘與鋼筋籠的自重緩慢下沉至最大深度，無法繼續(xù)下沉時開啟振動錘輔助下沉，防止過早啟用振動錘振動導致中心偏差太大。鋼筋籠一次性連續(xù)下放。

（5）開槽及樁間土清理應在成樁7天后待樁身強度滿足規(guī)范要求后進行。

3.3.3 質量檢測

灌注樁樁基檢測應按照《港口工程樁基動力檢測規(guī)程》（JTJ249-2001）的要求操作，所有的樁都進行低應變動力檢測。鉆芯取樣應在樁身混凝土強度達到設計強度后進行，取樣樁數量占總樁數的比例為3%。

4 施工難點及解決方案

長螺旋鉆孔灌注樁施工不易出現常規(guī)工藝容易出現的斷樁、縮徑、塌孔等質量問題，施工質量較好。但長螺旋鉆孔灌注樁施工中也出現過一些質量問題，匯總如下。

4.1 灌注樁垂直度不足

出現原因：

主要為場地不夠平整，樁機未能對中，或者地質原因造成鉆桿跑偏等情況。

控制措施：

（1）施工前進行場地整平，防止鉆機偏斜。

（2）鉆孔過程中實時檢測鉆桿的垂直度。

4.2 鋼筋籠上浮

出現原因：

樁布置太密、施工時候相鄰樁相互影響、樁周土被擠密造成鋼筋籠上浮。

控制措施：

（1）相鄰樁間距不超過1.3m時隔一個樁跳打施工，避免出現串孔現象。

（2）前一根樁樁身混凝土初凝完成后再進行下一根樁施工，前一個樁的鋼筋籠不會上浮。

5 結束語

長螺旋鉆孔灌注樁因其工效高、成本低而在工程中應用越來越多。本文結合京杭運河某基護岸工程，總結了長螺旋鉆孔灌注樁施工現場難點并提出了解決方案，對長螺旋鉆孔灌注樁施工的特點進行了分析，可為相似地質條件的項目提供參考。