建筑及生活垃圾高回填區機械成孔灌注樁施工技術研究

王大民 中鐵二十二局集團有限公司工程總承包部副指揮長，高級工程師

樁基礎施工在實際施工中的隱形不可控因素甚多，包含地質變化和施工工藝不完善等主、客觀因素。建筑及生活垃圾高回填區的集群嵌巖樁基施工突出反映了以下問題。

（1）高回填區樁身較長，干作業成孔后側壁穩定性不好，孔壁極易坍塌，鉆進中易發生偏孔。

（2）對于大規模集群嵌巖樁基，設計上沒有長度，是以滿足嵌巖深度及剛性角為成孔依據，限制性條件有對現場地質持力巖層的判定以及相鄰樁基成孔孔深等，對于巖層陡峭處的群樁施工尤為謹慎。

（3）樁孔成型過程中，塌孔現象普遍，回填料的選擇及回填方法應根據塌孔深度位置合理選用，并做好回填臺賬，為后期經濟分析、技術總結提供依據。

（4）建筑及生活垃圾多具有腐蝕性危害，對于樁基鋼筋的保護需提出具體措施，可以根據混凝土的選料和縱向鋼筋的保護等因素進行考慮[1]。

通過分析建筑及生活垃圾高回填區機械灌注樁成樁的質量影響因素，結合本工程實際情況，從樁基施工定位開始，至澆灌整個成樁的過程中制定了具體的施工措施，并在實際施工中取得了顯著效果。在本工程總計1 494 根樁基施工中，樁基質量合格率為99.87%，為未來同類工程的施工奠定了良好基礎。

1 工程概況

1.1 項目概況

運用庫及洗車庫（子單位）為單層車庫，總建筑面積為63 566.65 m2，共有1494 根樁基，數量多、密度大，樁長為7 ～40 m，樁間距為1.5 ～3 m。樁基設計為嵌巖樁，嵌巖深度為3D（D為樁基直徑）。

1.2 地質水文特征

四公里停車場場地的原始地貌為構造剝蝕淺丘溝谷地貌，相對高差75 m，地形坡角為3°～30°。地表以素填土和雜填土為主，局部含有建筑、生活垃圾，主要在場地北側生活區分布，厚度為0 ～31.6 m 不等。持力巖層為砂質泥巖或砂巖，其中砂質泥巖為軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級；砂巖屬較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。場地回填區域如圖1 所示。

圖1 場地回填區域

場地地下水主要分布于中部水溝兩側低洼地段的殘坡積層和人工填土層孔隙中，水位為246 ～265 m，總體排泄方向為自北東往南西。此外，水樣對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性。

2 施工要點

2.1 鉆孔

開孔時，先沿樁中心呈“十”字型引出4 個樁位點用來控制樁位，作為單樁護樁；開孔后，在孔口安放鋼護筒作為孔口護壁。護筒內徑需要大于鉆頭直徑200 mm，埋置高出施工地面300 mm以上，傾斜度不大于1%，并根據單樁護樁調整護筒位置，確保鉆機中心、護筒中心以及樁位重合。在鉆進時，每次進尺控制在500 mm 左右，剛開始要放慢旋挖速度，并注意放斗要穩，提斗要慢，特別是在孔口5 ～8 m 段旋挖過程中注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時進行糾正。在旋挖施工過程中，旋挖鉆機必須按照規定線路行駛，樁間凈距小于2 m 實行跳樁鉆孔，以避免壓壞成型樁或孔[2]。

2.2 清孔

鉆進到設計孔深后，采用平底鉆頭清理孔內沉渣，確保沉渣厚度≤50 mm。對于沉渣厚度的檢測采用測餅與測針配合進行，先用測餅測出護筒至沉渣頂面高度L1，再用測針測出護筒至沉渣底部高度L2，兩者之差L2—L1即為沉渣厚度。

2.3 二次清孔

施工過程中應采取適當措施避免沉渣產生，在鋼筋籠、灌注導管安放后，對沉渣過厚的樁孔須選用合適的二次清孔工藝進行沉渣處理。二次清孔是在完成旋挖成孔、下入鋼筋籠和灌注導管后，利用灌注導管清除孔底沉渣的關鍵工序，分泥漿正循環清孔、反循環清孔以及鉆具無泥漿循環清孔等3 種方式[3]。樁孔二次清孔工藝的合理選擇，對清除孔底沉渣，保證樁身工程質量極其重要。

2.4 水下混凝土灌注

水下混凝土灌注采用垂直導管法。首批灌注混凝土的數量應滿足導管初次埋置深度和填充導管底部的需要，混凝土灌注應連續緊湊進行，不得中斷，速度宜為0.6 ～1 m3/min，并盡量縮短拆除導管的間隔時間。

最后一次混凝土灌注后的樁頂高度應超設計高度≥0.8 m，鑿除浮漿后應保證暴露的樁頂混凝土強度達到設計要求。

首批灌注混凝土數量的計算公式為：

式中：V為灌注首批混凝土所需數量，m3；D為樁孔直徑，m ；H1為樁孔底至導管底端間距，取300 ～500 mm ；H2為導管初次埋置深度，m ；d為導管內徑，m ；h1為樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度，m。

3 施工關鍵技術控制措施

3.1 垂直度控制

建筑及生活垃圾在鉆機鉆進時，其松散、穩定性差的特性易使鉆頭發生偏斜。鉆機組裝時，應用全站儀復核鉆機鉆桿大臂的垂直度；開孔時安放護筒，除保證樁位準確以外，應確保護筒的垂直度≤1%；每次提斗出土再入孔時，應通過控制盤調整好鉆桿垂直度后再放鉆；每次鉆進深度應控制在500 mm，并通過控制盤實時監控垂直度[4]。

3.2 沉渣控制

沉渣控制應確保端承樁的孔底沉渣不超過50 mm 的施工要求，以使得混凝土與基巖結合完好，提高樁端承載力。樁長28 m，建筑、生活垃圾回填深度約10 m，且樁孔內集聚豐富地下水的一次清孔很難達到該要求，因此要在鋼筋籠連接完成混凝土澆筑前進行二次清孔，并立即澆灌混凝土。

鋼筋骨架下放、提吊時需要緩慢垂直放入，避免碰刮孔壁碎屑，導致石塊坍落孔底；成孔后不應長時間放置，尤其是孔內有積水時，應在成孔后24 h 內完成樁基灌注；澆灌混凝土前應測量沉渣厚度與孔深，并進行二次清孔，完成后鋼筋骨架下放應垂直緩慢，避免孔壁建筑、生活垃圾碎屑二次塌落；提高混凝土初灌時對孔底的沖擊力，濺除孔底沉渣為懸浮體，以達到清除孔底沉渣的目的。開始灌注混凝土時，導管下口至孔底的距離不超過300 ～500 mm，混凝土初灌量應確保導管下口一次性埋入混凝土灌注面以下，埋入深度≥800 mm。

3.3 塌孔控制

建筑及生活垃圾回填區在進行場地處理時，強夯點布置過于稀疏、分層回填厚度過大均會使該回填區土質松散、穩定性差，故場地處理時該區域內應嚴格按照強夯點數目、夯實重量進行，并保證分層回填厚度不能過大[5]。場地處理后會加強該建筑及生活垃圾回填區地基的土質緊密，提高樁孔孔壁穩定性。

樁孔內地下水集聚、孔壁垮塌嚴重時，應采用水下混凝土澆灌方式回填C20混凝土，待24 h 后或者混凝土初凝后再次鉆進成孔，嚴禁直接將回填混凝土料倒入樁孔內。干孔孔壁垮塌后，可用黏土對垮塌部分進行回填，之后再次鉆進成孔。此外，樁孔周邊不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷載和機械振動。

3.4 縮頸、斷樁控制

建筑及生活垃圾多由小混凝土塊、磚塊等碎屑與塑料袋、編織物等組成，采用拋填方式時，固結性不良的孤石附近易形成空洞、空隙，在混凝土澆筑過程中容易造成漏漿，使得局部樁身混凝土不密實；孔壁處的土體在周圍水平土壓力的作用下，向孔內產生一定位移，引起設計樁徑變小；混凝土澆灌不連續、水下混凝土澆灌導管埋深不足、樁身混凝土在某個截面不密實或被地下水填充等，均是引起縮頸與斷樁的原因。

混凝土澆灌時，除保證混凝土料連續供應且充足外，為防止堵管中斷混凝土澆筑，導管連接處應安裝密封橡膠圈，保證導管密封性；水下混凝土灌注應確保連續施工，灌注速度0.6 ～1 m3/min，每根樁的灌注時間按初盤混凝土的初凝時間控制 ；導管埋入混凝土的深度約為3 ～6 m，不得將混凝土提出灌注面，并安排專人測量導管埋深及導管內外混凝土灌注面高差。

3.5 防腐控制

建筑及生活垃圾有機物含量高，對樁基中的鋼筋有腐蝕性。鋼筋骨架外側四周設有定位鋼筋（如圖2），采用的是HRB400 的C12 鋼筋，豎向間隔為5 m。鋼筋骨架下放孔內，應調整垂直度，采用橫向鋼筋將鋼筋骨架固定在樁孔中心位置，確保鋼筋骨架與樁孔壁間混凝土保護層澆筑厚度。經分析可知，地下水偏酸性，對鋼筋有微腐蝕性，因此本工程樁基混凝土全部采用低堿商品混凝土，通過樁基保護層使樁基鋼筋免受腐蝕破壞。鋼筋骨架防腐如圖3 所示。

圖2 鋼筋骨架

圖3 鋼筋籠定位鋼筋大樣

3.6 檢驗標準

二次清孔后，待鋼筋骨架和混凝土導管安裝好進行成孔驗收，驗收檢查內容包含垂直度、孔深、沉渣厚度、樁徑等。成孔驗收檢驗方法以及允許偏差，如表1所示。

表1 終孔施工允許偏差

4 成樁質量控制結論

經現場實踐檢驗，通過分析地勘資料持力巖層分布，科學預估樁基長度，運用庫及洗車庫嵌巖樁基相鄰樁間剛性角滿足設計要求45°的數量達到100%，樁孔坍塌回填后二次成孔率100%。通過二次清孔，砼澆筑前沉渣厚度均控制在50 mm 以內。最終在后期樁身完整性檢測中，Ⅱ類樁33 根，Ⅰ類樁1461 根，充分展現了各種控制措施在本工程中發揮的作用。

5 結語

隨著城市化進程的不斷加快，城市內建設施工環境愈發復雜，重慶市山多且地勢起伏高差變化大，更是對一些特定區域內的施工提出了更高的要求。本工程中，在建筑及生活垃圾高回填區旋挖鉆孔灌注樁的大面積施工和良好的成樁效果是對該工藝在相似施工條件下應用進行的有益探索，希望能夠對建筑及生活垃圾高回填區域的樁基施工提供參考，從而進一步提升施工技術水平。