超大型深基坑中勁性復合樁施工質量控制

黃時鋒

（上海城投水務工程項目管理有限公司，上海市 201103）

1 工程概述

1.1 工程概況

白龍港污水處理廠提標改造工程含50萬m3/d一級A全流程地下污水處理廠，地下二層層高6.9m、上部操作間層高5.4m和進出通道。工程基坑開挖總面積15萬m2，基坑尺寸515m×289m。基坑平面形狀總體呈矩形（見圖1）。工程地下污水處理設施基坑挖深12.8～15.8m，基坑安全等級為一級，周邊環境保護等級為三級。工程基礎樁采用新工藝勁性復合樁，共計24721根，樁長18～28m不等，樁間距2.35～2.5m。

圖1 基坑總平面

1.2 工程勁性復合樁設計概況

工程的工程樁采用MC勁性復合樁，按設計樁徑要求，邊注漿邊攪拌成水泥土攪拌樁，在攪拌后的水泥土初凝前植入預應力混凝土管樁，構成勁性復合樁，即水泥土攪拌樁中同心植入螺鎖式異型管樁。M樁為φ700水泥土攪拌樁，水泥摻入量15%；水泥攪拌樁加固體的28d無側限抗壓強度qu28≥0.8MPa;攪拌樁空攪部分水泥摻入量8%。C樁為T-PHCC500—460（110）預應力混凝土異型樁，C樁接樁采用螺鎖式連接接頭，要求柔性樁施工完成后6h內插入剛性樁，同一標高的接樁數量不得超過總量的50%。

1.3 工程水文地質概況

根據工程地質勘察成果，勘察深度范圍（最深60.0m）內地基土為第四紀全新世Q34～上更新世Q23的沉積層，主要由填土、粉性土、淤泥質土、黏性土組成。土層劃分為6個主要層次，其中①、②、⑤、⑧層分別根據各自的土層特性分為若干亞層和次亞層。其中，⑥、⑦層土缺失。從樁基工程施工作業面（-8.1m）涉及土層開始，深度范圍從上至下依次為（見圖2）②3-1層灰色黏質粉土、②3夾層灰色淤泥質粉質黏土、②3-2層灰色砂質粉土、③層灰色淤泥質粉質黏土、④層灰色淤泥質黏土、⑤1層黏土、⑤3-1層灰色粉質黏土夾粉土、⑤3-2層灰色粉質黏土與黏質粉土互層、⑧1-1層灰色粉質黏土夾粉土。勁性復合樁樁端持力層主要分布于⑤3-1層灰色粉質黏土夾粉土、⑤3-2層灰色粉質黏土與黏質粉土互層、⑧1-1層灰色粉質黏土夾粉土。

圖2 典型土層分布圖

1.3.1 地表水情況

上海地處江南水網地帶，地表常分布有不規律的水渠、塘、溝壑。根據現場勘察結果，由于工程東側臨近長江，主要的淺層土為粉性土，因此長江地表水為地下水重要的補給源，且場地內地下水的水位受長江潮水水位高低影響較大。

1.3.2 潛水情況

潛水主要賦存于淺部填土、黏性土、粉性土中，其補給來源為大氣降水，附近有眾多河流，故與地表徑流互補性較強，以蒸發排泄為主，地下水位隨季節、氣候的變化較大。勘察期間測得鉆孔中地下水潛水水位埋深在0.50～4.60m，相應標高在2.52～6.48m。

1.3.3 承壓水情況

勘探揭露，擬建場地有第⑧2層承壓水分布，層頂埋深為53.3～59.5m。承壓水水頭埋深一般為3.0～12.0m，隨季節呈周期性變化。

2 勁性復合樁施工質量控制程序與要點

2.1 勁性復合樁施工質量控制程序

勁性復合樁施工質量控制程序見圖3。

圖3 勁性復合樁施工質量控制程序

2.2 勁性復合樁施工質量規范標準

勁性復合樁施工質量規范標準見表1。

表1 勁性復合樁施工質量規范標準

2.3 勁性復合樁施工質量控制要點

2.3.1 樁基施工前期準備監控

（1）材料監控。檢查進場的水泥與摻和劑相關資料，檢查進場的預應力混凝土異型樁原材料復試報告和相關資料，保障工程施工的材料質量。

（2）定位放樣監控。核查基線和水準點設置應牢固可靠，復核施工單位對圍護結構平面軸線和標高定位放樣。復核無誤后方可進行下道工序施工。

（3）開挖導溝監控。施工前必須清除地上和地下障礙物，并平整好場地，核查開挖平面位置的寬度、深度和垂直度。

（4）樁機就位監控。核查樁機就位場地平整、堅實機頭是否已正確對中樁位軸線，龍門立柱垂直度偏差不大于1/200。

2.3.2 攪拌樁成孔與注漿過程中監控

核查水泥漿液級配、漿液拌注設備和有關計量設備完好情況。頻繁核查樁機定位、機身垂直平穩，嚴格控制樁機鉆頭的下沉和提升速度，下沉速度應控制在0.8m/min范圍內，提升速度應控制在1.6m/min范圍內，嚴格做到二次噴漿。在提升樁機的旋轉桿的同時啟動注漿泵開始噴漿，在樁底部位重復攪拌注漿，記錄攪拌樁機機頭每米下沉和提升的時間、注漿量[1]。

2.3.3 異型樁沉樁過程質量監控

復核場地基準點、基準線和臨時水準點，檢查樁機平整度，并對準樁位。核查沉樁時，固定端大螺帽朝上，張拉端小螺帽朝下。吊裝時，防止樁身碰撞樁機。吊裝到位后，方可安裝插桿。沉樁時，樁身應垂直，垂直度偏差不應超過0.5%，首節沉樁插入地面時的垂直度偏差不應超過0.3%，設置兩臺經緯儀校準樁身垂直度。禁止采用將上下節樁軸線形成夾角的方法調整上節樁的垂直度。單節樁應一次性連續沉樁到位。接樁、送樁應連續進行，中間停歇時間不應超過30min，嚴禁采用螺鎖式異型樁代替送樁器。送樁前，應在樁頂放置與樁外徑或邊長相同、厚度不小于10mm的墊板[2]。

3 勁性復合樁施工質量控制重點分析

3.1 攪拌樁施工質量控制重點分析

攪拌樁是樁基工程和止水帷幕工程中常用的工程樁形式，其施工工藝也屬于成熟工藝。在攪拌樁施工前期，根據設計要求需要進行試樁。通過同條件試樁，明確工程樁中采用的水泥參量和水灰比。通過工藝試樁，明確樁機的下沉速度、提升速度、噴漿量等參數，以使工程樁施工過程更加順利，保障工程樁質量。在攪拌樁施工過程中，施工監理重點控制的質量在于施工過程中各種參數執行的監控，保障每一班組嚴格按照試樁的結論進行工程樁施工，同時制定質量管理標識，保留樁基施工過程記錄。

在攪拌樁施工過程中，故障恢復等特殊情況質量控制是工程質量控制的重點。例如因故停止注漿，應將鉆頭下沉至停漿點以下1m，待恢復供漿開泵時再噴漿提升，以保證水泥漿液的連貫和均勻。如果攪拌樁作為止水帷幕樁，還需重點控制施工套打過程中兩根樁施工間隔時間；為保障止水帷幕的止水效果，相鄰兩根樁的間隔時間應不超過12h，保證套打部分能夠有效銜接，達到止水效果。

3.2 異型樁沉樁施工質量控制重點

勁性復合樁的組成為攪拌樁的柔性樁結合異型樁的剛性樁。在異型樁沉樁施工過程中，首先要控制的是沉樁時間。沉樁時間包含沉樁施工開始時間和沉樁施工過程時間。沉樁施工開始時間為攪拌樁施工完成至異型樁開始沉樁的時間間隔。為保證異型樁的有效沉樁，沉樁施工開始時間宜控制在柔性樁施工完成后6h以內。沉樁施工過程時間為單根樁完成沉樁所需時間，要求單節樁應一次性連續沉樁到位，接樁、送樁應連續進行，中間停歇時間不應超過30min。

機械鏈接方式的勁性復合樁施工中，接樁質量是另一質量控制重點。機械連接的異型樁采用“上螺下頂”式，螺鎖式連接器（見圖4）。需要進行接樁的異型樁施工，接樁質量的好壞將直接影響勁性復合樁的整體施工質量。采用機械連接的異型樁接樁，首先，檢查樁兩端制作的尺寸偏差和連接卡扣件，確認其完好；清理完成樁端接頭殘物后，將插桿安裝在上接樁張拉端的小螺帽上，在下節樁的固定端大螺帽里安裝彈簧、墊片、卡片和中間螺帽（見圖5）。其次，在下節樁端面圖抹足夠的專用密封材料，操作時間控制在2min以內，初凝時間不超過6h，終凝時間不超過12h；密封材料由環氧樹脂、固化劑1∶0.2比例組成。最后，在專人指揮下，將插件與中間套的軸線移到同一條直線上，準確對準3個以上孔方可緩慢插入，嚴禁碰撞。插接后，密封材料宜溢出接口，形成無縫隙接口。如此完成異型樁的接樁、送樁過程（見圖6）。

圖4 機械連接方式

圖5 插桿安裝方式

圖6 接樁密封膠使用方式

圖7 勁性復合樁小應變信號圖

在機械連接方式的異型樁接樁、送樁過程中，存在較多影響樁基質量的因素。例如，由于異型樁端頭螺孔偏差，會導致插桿安裝后不在軸線上，接樁過程中無法與螺帽一一對應，造成個別插桿損壞，從而引起樁軸線偏差，影響樁基質量。又如，在密封件的樁端涂抹過程中，密封膠涂抹過多，覆蓋了整個斷面，造成接樁過程無法看清螺孔位置，影響接樁效率。同時由于多次的嘗試接樁，也會導致樁端插桿傾斜或損壞，從而影響樁基質量。再如，插桿的連接不到位，造成端面上的插桿端部沒有在一個平面上，在連接完成后造成上下樁端面未能形成無縫隙接口端面，從而影響樁基整體質量。因此，在機械連接過程中，應嚴格控制接樁前的準備工作，確認樁端螺孔完好并清理干凈，確保插件都有效連接且端部都在一個平面上，密封膠的涂抹均勻適當，保障整個接樁過程順利、高效。

3.3 基坑土體側壓力對勁性復合樁施工質量影響分析

在超大型深基坑施工過程中，由于整體施工工序的安排，難免存在多種工藝同時在基坑內施工的情況。勁性復合樁的施工雖然已經完成了沉樁、接樁、送樁的整體工藝流程，但是柔性樁的水泥土攪拌樁存在強度周期問題，同時接樁的密封膠不具備受力條件，而機械連接的方式終究存在機械間隙。因此，土體的側壓力作用在勁性復合樁上，容易對樁本身產生一定的影響。其最為直接的表現是，在樁端處產生縫隙，兩根樁的樁端出現脫離或傾斜的部分脫離，僅靠機械連接。該現象將直接影響樁基工程檢測結果，小應變檢測出現斷樁波形，造成檢測不合格判定。

因此，在勁性復合樁施工過程中，要盡量避免對剛施工完成的樁基區域造成土體側壓力的變化。例如，施工便道的合理布置與實時的調整，避免重型設備運輸、移動等引起周邊區域產生側壓力變化。再如，基坑開挖的工序布置，在超大型基坑中，在局部具備開挖條件的區域先行實施基坑開挖是正常工序，但局部的開挖會造成土體側壓力變化，也會對開挖區域的樁基工程造成影響。因此，在工序安排中，應有效規避該情況，在開挖區域和樁基區域之間形成至少3倍開挖深度的隔離帶，減少分區域開挖對樁基工程產生的影響[3]。

3.4 勁性符合樁的質量檢測方法及影響分析

勁性復合樁的質量檢測仍采用常規的樁基檢測方法，采用小應變法檢測樁身的完整性，采用錘擊法或堆載法檢測樁基的抗壓強度，采用錨固液壓頂升加載方式檢測樁基的抗拔強度[4]。其中，小應變的檢測方法是通過錘擊法監測其反射波的波形，判斷樁身的完整性。諸如上述，勁性復合樁施工過程中存在諸多的因素影響樁基的質量，由于其異型樁的機械鏈接方式本身就存在機械間隙，在外圍因素的影響下容易產生端面脫離現象，但其仍由機械連接件保持著樁身的完整性，并保障其抗壓和抗拔的強度，但在小應變的波形中體現的將是其斷樁的波形，造成一定程度的誤判[5]。

現場抽取小應變檢測結論不同的三種樁（見圖7），實施承載力檢測和樁內清孔視屏比對（見圖8）。根據建筑地基與基樁檢測技術規程（DG/TJ08-218—2017）判定，A1#樁有樁底反射，無接樁位置反射，Ⅰ類樁；A2#有樁底反射，接樁處有反射，Ⅱ類樁；A3#樁無樁底反射，接樁處有明顯反射，且有二次反射，Ⅲ類樁。但根據堆載法實施的承載力檢測表明，這三類樁承載力均滿足設計要求。通過現場比對判定，小應變檢測波形的變化，經過樁孔攝像比對，確實能夠反映接樁處的相關問題；對無樁底反射，接樁處有明顯反射的樁，視屏證實其樁端的脫離，但其機械連接仍然保持良好，經承載力檢測均滿足設計要求。因此，在勁性復合樁的樁身完整性檢測過程中，小應變的檢測結論應得到一定的佐證，避免造成誤判。

圖8 勁性復合樁接樁部位孔內攝像圖

4 結 語

超大超深基坑樁基施工過程中，樁基施工質量將直接影響工程建筑物實體質量，控制樁基工程質量是非常必要的。針對MC勁性復合樁的應用，施工過程中的水泥土攪拌樁施工質量和預應力混凝土管樁沉樁質量控制一樣重要。常規的平整度、軸線、垂直度控制，攪拌樁的試樁、下沉和提升速度、噴漿量控制，異型樁的樁端清理、插桿連接、密封接樁、沉樁時間控制等，均是保障勁性復合樁質量的控制要點。

實踐證明，在超大超深基坑中，機械連接的勁性復合樁質量會受到土體側壓力的影響，常規的小應變測試樁身完整性雖能夠說明樁端的表現，但對樁等級的判定需要慎重比對。機械連接的MC勁性復合樁樁端雖有脫離縫隙，但其機械連接仍然能夠保障樁身的完整性，保障其承載力指標的實現。綜合比較相關參數，能夠更清晰、有效判定勁性復合樁的質量。