沖孔灌注樁施工技術在高層建筑工程中的應用

盧 藝

（福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350001）

沖孔灌注樁施工中，采用沖擊鉆機提升帶鉆刃的沖錘，利用沖錘自由落下的沖擊力對巖層進行削切，然后排出碎渣泥漿護壁成孔。沖擊鉆機包括鉆桿式和鋼絲繩式兩種。鉆桿式沖擊鉆機的鉆孔直徑小、施工效率低，不如鋼絲繩式應用廣泛；鋼絲繩式沖擊鉆機鉆孔直徑較大，便于調整鉆頭尺寸以滿足樁徑設計要求，沖錘重量為3000～10 000kg，施工時要根據樁徑選擇合適的錘重。根據實際工程的設計要求，本施工技術可靈活調整樁長和直徑；樁端可進入持力層或嵌入巖層，在建筑工程領域應用廣泛；單樁承載力大，成樁效果好。

1 工程概況

該工程為國資大廈EPC建設項目，位于福建省福州市臺江區江濱大道北側、鰲峰路以南、海峽金融商務區E地塊，主樓83.3m、裙房23.9m，主樓20層、裙房5層、地下2層。建筑占地面積3 996.68m2，地上建筑總面積51 747.46m2、地下建筑總面積20 361.72m2。主樓室內±0.00相當于絕對標高（羅零）8.700m，裙房首層標高相當于絕對標高（羅零）8.700m。主樓為框架-核心筒結構，裙房為框架-剪力墻結構。該工程基礎類型為沖孔灌注樁，設計等級為甲級。主樓部分采用沖孔灌注樁，基礎持力層為碎卵石層。

2 施工主要難點分析

沖孔灌注樁施工過程中需要泥漿護壁成孔，但其成孔工藝較復雜，操作要求嚴格，成孔過程中易出現縮孔、彎孔、塌孔、埋鉆、卡鉆等質量問題，且技術間隔時間長，不能立即承受荷載，在冬季施工難度較大。因工程占地面積大，不良地質易造成斜孔，影響施工質量和施工進度。沖孔灌注樁施工的主要難點是成孔過程中易發生塌孔，為保證成孔質量，工程采取泥漿護壁成孔、鋼筋籠外設鋼護筒等措施。

成孔時塌孔的原因比較復雜，應根據實際原因進行具體分析和處理。一般可采取深埋護筒、在泥漿中加干鋸末提高泥漿比重、降低成孔速度等措施，工程護壁泥漿比重宜控制在1.25～1.45之間，改善孔壁結構，施工速度控制在0.3～0.5m/s之間。如情況嚴重，可回填重新成孔。成孔過程中若出現彎孔、縮孔情況，可提升鉆頭、反復掃孔，直至成孔達到設計要求。彎孔情況嚴重時，應回填壓實后再進行糾偏。一次進尺過多或砂層泥漿沉淀過快，易埋鉆；鉆頭底蓋合攏不好，易卡鉆。埋鉆或卡鉆后，鉆頭上泥漿沉淀過多，造成側阻力。在處理時，首先要消除阻力，避免強行處理扭斷鉆桿、造成設備動力頭受損等更嚴重的問題；要保證孔內有足夠的泥漿和孔內壓力，穩定孔壁。

3 樁基施工設計

該工程樁基設計等級為甲級，地基土的液化等級為輕微液化土層。根據巖土工程勘察報告和基礎施工圖，主樓部分采用沖孔灌注樁施工，基礎持力層為碎卵石層。管樁施工中主要控制終樁壓力，合理調整樁長，同時，抗壓兼拔樁樁長≥20m。灌注樁樁身混凝土強度等級為C40，按水下混凝土配料，粗骨料粒徑：卵石＜50mm、碎石＜40mm，坍落度180～220mm，水泥用量≥360kg/m3。該工程主樓1 000沖鉆孔灌注樁56根，單樁豎向抗壓承載力特征值為7 500kN；1 200沖鉆孔灌注樁70根，單樁豎向抗壓承載力特征值為10 000kN, 合計總樁數126根，有效樁長為39～42m，樁端全截面進入持力層≥4.5m。

4 施工流程

4.1 施工準備

在施工現場合理布設工程基礎、主體施工軸線控制網，控制網采用2+2D全站儀測設，各控制線間距允許誤差≤3mm，并保證控制線與工程的橫、豎軸線平行，方便施工測設。控制點應沿施工現場循環道邊緣布置，結合現場地形特征、施工條件等因素，適當加密控制點位置和密度，以滿足施工要求。加密控制點主要集中在建筑物周圍和縱橫兩個相互垂直的方向上，選在視野較寬、安全牢固的位置，埋設永久混凝土預制樁，澆筑混凝土加固，在鋼筋頭上作“十”字標識（見圖1），用蓋板保護，并用統一編號做好標記，必要時可設置防護欄桿。然后根據勘測部門的坐標樁和總平面圖進行施測，樁位定位放線，復測合格后，向規劃勘測部門申請驗線。使用RTS112SR5L全站型電子速測儀采用極坐標法測量，以提高工程定位放線的精度。

圖1 控制點（單位：mm）

4.2 鉆機就位

復核樁位、標高無誤，沖擊鉆機就位。沖擊鉆機定位要準確，以保證設備水平、垂直和穩固，導桿、回旋盤和護筒中心線的位置在同一直線上。為了確保鉆機穩定，應在機座下墊枕木，避免成孔過程中樁機移位或發生不均勻沉降。鉆機就位的軸線、垂直方向允許偏差均≤100mm，垂直度偏差≤1%。在正式施工前，要嚴格核對樁位，發現錯誤及時調整。

4.3 埋置護筒

埋置護筒是為了固定樁位、引導施工方向、防止地下水進入孔內、保護孔壁避免塌孔、提高成孔穩定性。該工程采用4mm厚壁鋼制護筒，護筒直徑大于樁基孔徑100mm，上部設有兩個溢漿孔，每節護筒長2.5m。在護筒外側焊接兩道加勁肋，以保證護筒剛度，避免使用時變形。護筒中心與樁位中心的偏差≤30mm，用吊車吊起護筒就位，護筒垂直壓入土體，護筒位于土層上方1m處，避免雜物進入孔內。護筒埋設完畢后，樁位中心與護筒中心重合，護筒外部用粘土夯實，為解決孔壁塌方、掉皮等問題，可加高加深、筑島埋設護筒。

4.4 泥漿護壁成孔

施工現場設置大小為鉆孔容積2倍的泥漿池，保證泥漿池有較好的防滲效果；設置渣土清理區。用水力攪拌器進行攪拌，控制泥漿的相對密度在1.05～1.15g/cm3之間、粘度在20～25s之間、含砂率≤5%、泥皮厚度≤2mm、PH值＞7。泥漿護壁采用重力沉降除渣法，利用泥漿與渣土的相對密度差，促使鉆孔內的渣土沉淀并順利排出。回收泥漿用于護壁成孔，泥漿經沉淀凈化后，加入適量的火堿、纖維素，可提高泥漿的性能，實現循環利用。

成孔過程采用泥漿護壁，利用泥漿泵管連接鉆頭上部，通過泥漿管將泥漿壓至鉆孔底部，同時對孔底進行沖刷和鉆進，向孔外排出渣土，如此循環。成孔時應根據沖擊高度、泥漿指標等技術參數調整施工速度，避免出現斜孔、縮頸、塌孔等現象。用孔內護壁泥漿的壓力平衡孔壁壓力和水壓力，起到護壁的作用，成孔時要密切注意泥漿的密度，做好成孔記錄，施工進入持力層的深度要達到設計深度。泥漿渣土處理時，成孔內的泥漿和渣土應及時排出，渣土由渣土車外運至棄置點。

4.5 制作、安裝鋼筋籠

4.5.1 分段制作鋼筋籠

依據鋼筋籠強度、鋼筋長度和起重設備高度等因素，合理確定鋼筋籠分段長度。制作鋼筋籠前，應校直鋼筋，清除鋼筋表面污垢和銹蝕，嚴禁在施工中使用改制鋼材，沖孔灌注樁的鋼筋籠應通長布置。主筋鋼筋低于Ф22m時機械連接，主筋鋼筋高于Ф22mm時焊接。主筋為三級鋼，機械連接鋼筋應按36d計算。接頭設置在構件受拉鋼筋應力較小的位置，工程接頭設在樁頂與樁頂下6m處、樁底與樁底上5m處。采用E50型焊條焊接接頭，單面焊焊縫長度≤10d、雙面焊焊縫長度＞5d；焊縫寬度＞0.8d，厚度≤0.5d，兩主筋端面之間的間隙為3mm。在同一截面內，接頭數量為主筋總數的50%，接頭應上下錯開，錯開距離＞30倍的主筋直徑。鋼筋籠的箍筋與主筋連接采用點焊連接固定，為保證鋼筋籠在安裝過程中不變形，采取保護層墊塊的措施保護鋼筋籠，墊塊間距4.5m，每組數量≥3塊，所有墊塊均勻布置在同一截面主筋上。鋼筋籠的安裝方向應符合設計要求，制作偏差應符合設計和規范要求（見表1）。

表1 鋼筋籠制作允許偏差

4.5.2 安裝鋼筋籠

鋼筋籠吊裝方式為三點起吊，入孔時應保證鋼筋籠軸線重合，同時保持鋼筋籠垂直，孔位對準后綏慢下放，以防止碰撞孔壁，如果下放過程遇阻應停止操作，及時查明原因，不可強行下放或晃動鋼筋籠。在鋼筋籠頂端焊吊掛筋，吊掛筋設置于護筒頂的枕木上，避免直接設在護筒上。

4.6 澆筑混凝土

混凝土澆筑是沖孔灌注樁施工中一道關鍵工序，混凝土澆筑質量直接影響灌注樁質量。成孔檢查合格后應盡快澆筑混凝土，間隔時間＜24h。澆筑前要檢查各種機械設備，攪拌均勻，控制坍落度在170～200mm之間。澆筑混凝土導管Ф200mm，每節導管長4m, 用吊車將導管依次放入，導管與樁底的距離為0.4m（見圖2）。在混凝土澆筑過程中，要密切關注導管的埋置深度，導管埋入混凝土的深度一般在1～7m之間，埋入過深容易引起鋼筋籠上浮、堵管、埋管等問題，影響工程施工質量。起拔時要避免提升過猛或埋入過深引起斷樁，應均勻拔管，保持導管始終處于合理的埋深。施工中混凝土強度配比比設計強度提高10MPa，混凝土澆筑應連續不間斷地進行，每根樁灌注時間應根據混凝土的初凝時間確定，若中斷施工，時間間隔＜30min。混凝土超灌高度為0.5m，超高部分可鑿除。

圖2 混凝土澆筑示意圖

5 結語

國資大廈EPC建設項目中采用沖孔灌注樁施工技術，工程施工質量穩定，成樁效果良好。該施工技術適用各種復雜地質,有效解決了成孔過程中的施工難題,著重控制了沖孔灌注樁泥漿護壁及混凝土澆筑的關鍵環節，保證了施工質量穩定提高。