長螺旋鉆管內泵壓混凝土灌注樁單樁承載力的影響因素及解決方法

張 揚

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361006）

1 工程概況

迎賓大道沿線及周邊分布大片水塘，水塘內水深約100～150 cm，需筑壩、抽水、清淤、換填后，再進行CFG樁作業。迎賓大道沿線雜填土以黏性土為主，含有中粗砂、碎石、塊石、建筑垃圾、生活垃圾等硬雜物，硬雜質含量約占30%～40%，該層厚度0.50～8.40 m，潛水埋深0.4～4.5 m，影響CFG樁作業。CFG樁樁徑為600 mm，間距2.0～2.5 m，按等邊三角形布置，樁體進入持力層深度為0.5 m，樁身用C15混凝土。單樁承載力至少達170 kN，基于各樁體所組成的復合地基的承載力標準值視樁間距而定，2.0 m時為150 kPa，2.5 m時為130 kPa，樁頂采用現澆C20鋼筋混凝土托板，樁位基準線與道路中心線重合。

2 單樁承載力分析

按如下方法展開計算，確定單樁承載力極限值：

式中：Qs——極限摩阻（kPa）；R——單樁承載力設計值（kN）；qp——強風化花崗巖阻力（kPa）；Qp——極限端阻（kPa）；li——土層厚度（m）；d——樁直徑（m）qsi——阻力（kPa）；。

Qmax=603 kN，實際成樁Qmin=987 kN。相較于設計值而言，單樁承載力有63%的增幅。說明相比普通泥漿護壁樁的施工方法，所采取的全新方法可有效改善土層的性質，Qs、Qp值均有大幅度提高，綜合應用效果較好。

3 長螺旋鉆管內泵壓混凝土灌注樁提高承載力的因素分析

（1）以較快的速度鉆進，緩解孔內滲流現象，減少積水量。

（2）長螺旋具備較強的自進力，同時在運行期間伴有回轉離心力，通過外力的作用達到擠壓土體的效果。

（3）泵送施工條件較佳，得益于混凝土的流動性，能夠有效向孔壁處滲透，擴寬作用范圍。

（4）鉆頭穩定可靠，孔底無明顯的沉渣現象。

（5）鉆孔應力釋放小，考慮Ф600、Ф400樁，分別對各自的極限承載力展開計算，Q600=1 434 kN；Q400=903 kN。

實測結果表明，Q600=2 280 kN、Q400=1 620 kN，將其與上述所提的計算結果展開對比分析，可知Ф600、Ф400樁的單樁極限承載力均有明顯提高，幅度分別為58%、79%。

（6）混凝土灌注施工條件良好，具有連續性，無樁身局部密實度不足等質量問題。

4 提高樁體承載力的方法

4.1 加強原材料的質量控制要求

（1）水泥：42.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，除質量合格證等資料外，還應考慮儲存時間對水泥性質的影響，超過3個月后，在使用前組織試驗對水泥的質量做出判斷。

（2）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰或Ⅲ級粉煤灰，細度要求（0.045 mm方篩孔篩余）分別為不超過25%、不超過45%，燒失量要求分別為小于8%、不超過45%。除此之外，要求粉煤灰的粒徑為0.001～2 mm。

（3）粗集料：以級配碎石或礫石為宜，要求潔凈，不可殘留垃圾等雜物。最大粒徑要求為碎石不超過20 mm、礫石不超過25 mm。

（4）砂：保持潔凈狀態，重點控制含泥量，該指標不宜超過5%。

（5）水：以飲用水為宜，SO42-的含量≤2 700 mg/L、Cl-的含量≤3 500 mg/L，pH值不宜低于4.5，否則在酸性狀態下易影響混凝土的綜合性能。

4.2 提高鉆進速度

在鉆頭現有規格的基礎上改進，切實提高鉆進速度，以免因長時間鉆進，導致土體失穩。以設計圖紙為準，從26軸開始，向1軸方向有序推進，低于4倍樁距的樁統一采取隔樁跳打的施工方法。若出現竄孔的情況，及時暫停鉆進作業，持續泵料，確保下降的樁混凝土面能夠恢復至原位?；炷翍哂泻鸵仔?，坍落度控制在21～25 cm，以施工需求、實際環境（運輸距離等）為參考，摻入適量外加劑，用于改善混凝土的性能。

4.3 保證混凝土泵送的連續性

混凝土的泵送作業應具有連續性，在鉆機移位過程中，料斗內的混凝土應始終處于攪拌的狀態。為避免管道因吸入空氣而堵管的情況，泵送作業時混凝土高度應達到400 mm或視實際情況合理增加。管道接頭、墊圈等均是泵送施工中的關鍵裝置，應對其采取密封處理措施，以免水泥砂漿從不嚴密處漏出。施工后，及時清理管道、泵等裝置內殘留的混凝土，以免出現硬結成塊的情況[1]。

4.4 縮短管內泵送時間

泵管的布置遵循平順的原則，盡可能減少彎道的數量，以便混凝土可高效流動。調整泵與鉆機的位置，兩者距離最大為60 m。隨著鉆進作業的持續開展，待鉆進至持力層后，開始灌注混凝土，且鉆桿可預提100 mm，保持該懸停狀態約20～30 s后開始加大壓力，正式進入混凝土灌注施工環節。

若輸送管和鉆桿芯管內均有足量的混凝土，則勻速向上提升鉆桿，速度控制無特定的標準，具體以現場地質條件為準。粉砂層、粉土層的提升速度應穩定在0.8～1.2 m/min，遇粉質黏土時適當降低速度，0.6 m/min以內較為合適。以現場施工需求為準，拌和站生產足量質量達標的混凝土，避免現場停機等料現象，但需避免混凝土用量過多的情況。施工人員加強對排氣閥的檢查，不可堵塞。

4.5 施工注意事項

（1）長螺旋鉆管內泵壓施工時，每盤料的攪拌時間不應小于60 s，混合料坍落度控制在160～200 cm；振動沉管施工時不得跳打，每盤料的攪拌時間不應小于60 s，混合料坍落度控制在30～50 cm。

（2）成樁施工時，由路基中心線向兩側推進，嚴禁從兩側向中間推進，以避免由于土的側向擠壓作用使地基向兩側移動，造成成品樁斷裂。

（3）長螺旋鉆管內泵壓施工時，拔管速率一般控制為2.0～3.0 m/min，成樁過程應連續進行，應避免后繼供料慢，導致停機待料。

（4）振動沉管施工時，拔管速率控制為1.2～1.5 m/min，不允許反插、留振；在拔管的同時，應采用自動測量裝置監控管內混合料頂面高程的變化，防止管內混合料隨管上浮和空管提拔；導管的內壁應光滑，接頭平順。

5 施工技術要點

5.1 沉管成孔

本項目遵循先慢后快的原則，在確保各項施工條件均無誤后方可加快沉管成孔的速度，此方式可減少沉管的晃動量，有利于施工人員及時發現樁孔的偏差，以便采取糾偏措施。沉管施工期間，首先向孔中投1～2斗料，利用該部分填料阻止孔隙水進入管內，減小其對成樁質量的不良影響。沉管施工時全面記錄數據，作為質量分析的依據。若沉管搖晃或鉆進難度明顯加大，則應放慢進尺，以免發生樁孔偏斜、位移等異?，F象。施工人員應做到全方位控制，如鉆進速度、沉管姿態，樁體在穿透淤泥層后，進入持力層的深度需達到0.5 m以上，以維持樁體的穩定性。

5.2 投料

本項目制備C15混凝土，通過出廠質量檢驗后運輸至現場，作為樁身澆筑施工的材料。沉管到位后停機，經檢查后若無誤，則向管內投料，保證混合料與進料口可呈齊平的關系。混凝土的灌注作業應具有連續性，以保證樁體質量的均勻性。以設計灌注量為參照，要求實際用料量不少于該值，成樁后，浮漿厚度最大為20 cm，超過該值會影響樁體的質量?；炷翝仓┕r制作標準養護試塊（要求每班組各一組），待其達到設計強度要求后拆模，轉至養護室內，做好養護工作，以判斷混凝土的強度。

5.3 拔管

本項目留振5～10 s后可拔管，速度穩定在1.2～1.5 m/min之間，遇淤泥質土層時可在該基礎上放慢速度。拔管施工期間不可反插，若存在上料量不足的情況，應在拔管時同步投料，確保最終樁頂標高具有合理性，應超過設計標高0.5 m。按上述方法順利拔出沉管后，檢查沉樁質量，均滿足要求則用粒狀材料封頂。

5.4 清土、截樁

本項目加強了對樁頭的保護，若強度或齡期不滿足要求，應禁止重型機械碾壓。成樁24 h后，通過小型機械設備與人工相結合的方式高效清土，將產生的渣土外運至指定區域。小型機械運行過程中，挖土需離開樁邊20 cm，余土由施工人員進一步處理，在機械和人工的合理搭配后，能夠保證清土的效果，可避免樁體受損的情況?？拥最A留20 cm土層，該部分由人工先清理、后找平，使其保持潔凈、平整的狀態；人工截樁環節，用3根鋼釬間隔120°設置，沿徑向楔入樁體內，期間加強觀察與防護，在上部樁體斷開后，使用小纖適度修整，鑿除凸出部分。

6 結語

綜上所述，長螺旋鉆孔注漿灌注樁具有適用范圍廣、施工效果好等多重應用優勢，作為一種新型施工方式，其在實踐中尚有諸多有待解決的問題，但隨著施工技術的逐步優化，將發揮更為顯著的作用。通過與傳統方式的對比可知，長螺旋鉆孔注漿灌注樁的應用效果顯著，具有研究價值和推廣價值。