砂卵石土層下深長混凝土灌注樁施工質量控制探討

劉春吉

(中電建建筑集團有限公司，北京 100120)

0 引 言

對于深長灌注樁的施工，現在多采用旋挖成孔灌注樁。這種成樁方法適用范圍廣，可以應用于多種土層，如粉土、淤泥質土、密實砂土和含部分碎石等地質條件，成孔速度快，成樁質量高[1]。

1 項目概況

1.1 大型土工離心機試驗室建設項目

本項目為位于北京市延慶區康莊鎮西康路48號大型土工離心機升級改造及試驗研究平臺工程，建筑面積6 626 m2，距北京市區約80 km。臨近京藏高速，交通便利。基地北側為康莊大道，東、南面均與相鄰單位用圍墻隔開，西側為規劃路(玉龍路)，基地入口設在北側。試驗室主要由大型離心機和高速離心機艙室組成，兩個離心機室對基礎樁承載要求較高，且本工程地質多為砂卵石層，基坑平面近長方形，東西長約76 m，南北寬約56 m，基坑周長約256 m，基礎樁的施工較其他傳統實驗樓類建筑工程較為特殊，見圖1。

圖1 現場混凝土灌注樁施工

1.2 水文地質情況

場地勘察深度范圍內有1層地下水，穩定水位埋深41.6～42.3 m，相應標高500.03～500.57 m。地下水類型為第四系孔隙潛水，在場地內普遍分布，通過蒸發、徑流和人工開采等方式排泄。經調查收集場地相關資料，歷年最高水位接近自然地表。本工程基坑施工過程中無地下水影響。

場地內鉆探揭露地層主要為第四系人工堆積層(Q4ml)、第四系全新統沖洪積層(Q4al+pl)及薊縣系(Zjw4)角礫狀白云巖風化層。

1.3 施工重難點

(1)基礎樁總計103根，標高多樣，從-2.90～-15.40 m，變化較大，場地狹小，施工受場地制約影響大，容易造成窩工。

(2)在地面施工的基礎樁鋼筋籠較長，最長達32.0 m，鋼筋孔吊放時容易變形，特別是在起吊過程中容易導致鋼筋孔變形，吊裝難度大。

(3)旋挖鉆機在施工過程中遇大粒徑卵石及入巖，基礎樁質量控制難度大。

2 施工方案設計與優化

2.1 基礎樁主要參數

基礎樁為混凝土灌注樁，強度等級C30，水灰比不大于0.45，抗滲等級P8。大離心機基礎下采用32根群樁，樁距3.6 m正三角形布置。高速離心機基礎下采用31根群樁，樁距3.0 m正三角形布置。主樓框架柱下采用一柱一樁，框架柱下樁端伸入6層卵石層長度不小于1倍樁徑，樁長滿足圖紙最小樁長，樁頂嵌入筏板內長度100 mm。筏板混凝土保護層厚度為50 mm，樁基礎為50 mm。

為保證在業主要求工期范圍內完成施工任務，需合理安排施工順序，由于本工程與基坑工程交叉作業，為保證交叉施工順利進行，將灌注樁施工分為-2.4 m和-12.4 m兩個施工作業面施工。在-2.5 m施工平臺上施工完成全部深基坑外基礎樁，同時施工支護護坡樁，在-2.5 m平臺位置投入2臺樁機加快施工進度，待支護及土方施工至-12.5 m 時，采用2臺樁機施工剩余的全部基坑內基礎樁。

2.2 混凝土灌注樁質量標準和檢測要求

混凝土灌注樁質量標準如表1所示，質量檢測要求如下。

(1)樁身完整性檢測：采用低應變動測法檢測樁身完整性，檢測樁數不宜少于總樁數的20%，且不少于10根。

(2)樁身強度檢測：每臺班的試驗數量不應少于1組。若臺班澆筑量超過50 m3混凝土，應不少于2組，以此類推。

(3)基礎樁單樁承載力檢測：當符合下列條件之一時，應采用單樁豎向抗壓靜載試驗進行承載力驗收檢測。檢測數量不應少于同一條件下樁基分項工程總樁數的1%，且不應少于3根；當總樁數小于50根時，檢測數量不應少于2根。

表1 混凝土灌注樁質量標準

2.3 旋挖成孔灌注樁

基礎樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。基礎樁樁身范圍內以粘性土層、砂層和卵石層為主，局部樁端進入基巖，適合于濕作業成孔工藝，能充分發揮出泥漿護壁的優勢，不會產生塌孔等不良影響[2]。結合本工程水文地質、土層條件和樁的參數(樁徑、樁長)考慮，選用旋挖鉆機作為成孔機械，成樁工藝為泥漿護壁濕作業成孔[3]。

2.4 泥漿性能指標及測試方法

采用膨潤土泥漿進行護壁。泥漿比重參數為1.1～1.25，膠體率不小于95%，同時控制含砂率不大于8%。泥漿性能指標及測試方法如表2所示，泥漿的選擇標準如表3所示。

表2 泥漿性能指標及測試方法

現場制備的泥漿需要靜置24 h，經過測試，各項指標合格后方可應用。對孔內泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1 m處各取一次試樣測試。若達不到標準規定，要及時調整泥漿性能。旋挖斗提升出地面時要及時補漿，以保持孔內泥漿面高度。在清孔結束后測一次粘度和比重，澆筑混凝土前再測一次，并做好原始記錄。

表3 泥漿的選擇標準

3 砂卵石土層下深長混凝土灌注樁施工質量控制

3.1 提高樁基承載力及減少樁基沉降

本工程中抗壓樁為超長、大直徑鉆孔灌注樁。為控制成樁質量，在施工中采取以下各種有效措施，以彌補超大型灌注樁的缺陷，達到提高樁基的承載力、減少樁基沉降的目的。

(1)改善及消除泥皮

灌注樁泥皮影響樁的承載能力，在灌注過程中樁周泥皮會越來越厚。在本工程中采取以下措施改善泥皮對樁的不利影響。根據現場地質水文情況，合理安排機械，調整泥漿比重，縮短灌注樁成孔時間，減少泥皮厚度，提高樁載力。保證所用泥漿質量，嚴格按照標準配備泥漿，針對部分土層，做好人工造漿，同時及時清理泥漿池[4]。

(2)解決沉渣問題

樁底沉渣壓縮性大，承載力低，工程力學性質差，當樁頂受壓時，其存在將直接影響樁端承載力的正常發揮，使樁產生較大的沉降變形，甚至樁端發生刺入破壞，影響上部結構的安全和使用。結合本工程中基礎樁的長度和深入土層條件，以30 m為界限，采用不同的清孔工藝。基礎樁深小于30 m時，以泵吸旋挖清孔的方式；樁深大于30 m時，以泵吸旋挖、氣舉旋挖組合工藝清孔，根據調研，能夠達到較為理想的效果，有效降低樁底沉渣累積厚度[5-7]。

3.2 針對基礎樁特點采取的施工技術措施

本工程中基礎樁的部分，基礎樁打樁工作面距離樁頂標高為3.0 m，增大了鉆孔的深度，其基礎樁的垂直偏差控制采取以下措施。為了確保鉆機正對開鉆和護筒方向，在基礎樁上端設置大于4 m的導向護筒。當鉆進至樁頂設計標高時，再次檢測鉆桿垂直度。發現偏差，及時調整。在鉆機鉆進過程中，需嚴格控制鉆進的速度，以免遇到堅硬地層導致鉆頭偏向邊側。

3.3 鋼筋籠標高控制及抗浮措施

利用專用定位裝置進行控制，在鋼筋端部焊接卡具，鋼筋籠吊放時，利用兩根定位裝置卡住鋼筋籠頂部架力筋，當鋼筋籠標高調整至設計位置時，在定位裝置露出地面的部位插入鋼管固定，使得鋼筋籠停在設計位置，見圖2。進行混凝土灌注成樁時，觀測到定位裝置向上浮動，就需要調整鋼筋籠的位置，使鋼筋籠恢復到原有的設計位置[8-10]。

圖2 現場吊裝鋼筋籠

3.4 旋挖鉆機入巖判定方法

離心機樁基礎施工過程中，部分需入巖，如何判斷入巖情況是本項目卵石地基混凝土灌注樁施工技術處理難點之一。

遇到大粒徑卵石時，小于40 cm的大粒徑卵石，使用筒鉆將卵石提出。在鉆進時遇到大于40 cm的卵石，需要改變施工工藝。通過一邊鉆進一邊拋黏土的工藝提升泥漿比重至1.6，增強泥漿護壁能力。在鉆進過程中將黏土擠入卵石層，增加卵石的黏結力，放慢旋挖速度且并用360破碎巖石功能，破碎卵石后旋挖清渣，確保成孔、成樁的施工質量。

一般可以通過鉆進速度、振動和出孔口的巖石碎渣特征對巖石進行初步判定。但鉆機速度和振動只能對巖層堅硬程度進行區分，不同地層的巖石碎渣有相似的可能。根據相關文獻，在施工過程中依據旋挖鉆機鉆進參數隨鉆檢測與控制系統，基于旋挖鉆機鉆進工況的特性分析，采用地層比功預測模型，把地質條件和鉆機的工況參數聯系起來，實現對地層的自動識別與歸類[7]。

4 總 結

以砂卵石土層下深長混凝土灌注樁為實例，可以得出以下結論。

(1)砂卵石土層深長樁適用旋挖成孔灌注樁，充分發揮出泥漿護壁的優勢。

(2)改善消除泥皮,減少沉渣，規范水下混凝土灌注能夠有效提高樁基承載力及減少樁基沉降。

(3)控制樁的垂直偏差和鋼筋籠標高有利于保證樁的質量。

(4)旋挖鉆機入巖判定采用地層比功預測模型，實現對地層的自動識別與歸類。