旋挖鉆孔灌注樁施工工藝實踐應用
——以菲律賓馬尼拉某項目為例

鄭景昌

(福建建工集團有限責任公司,福建 福州 350001)

隨著建筑技術的發展及建筑機械水平的提升,旋挖鉆孔灌注樁技術因其施工效率高、操作簡便、成孔質量好、安全環保等優點,在國內得到越來越廣泛的應用。我國“一帶一路”倡議提出后,越來越多的施工企業走出國門,也帶動國內的施工工藝、設備走向世界。本文以菲律賓馬尼拉某項目為例,探討中國標準的旋挖鉆孔灌注樁施工工藝在當地的地質條件及環境條件下的管控要點,以期為類似項目提供借鑒。

1 項目概況

本項目位于菲律賓首都馬尼拉市中心黃金地段,三面臨街,擬建建筑物為地下2層、地上60層的超高層建筑(圖1紅框處)。

圖1 項目位置圖

根據巖土工程勘察報告,項目各土層由上至下分布如下:

①S1層:該層為非常松散至中密的灰色細粒砂(SM),含有少量非塑性粉土和貝殼碎片,該層厚度約為7.5m。

②S2層:該層為極軟至中等硬度,灰色,稍高塑性黏土(CL/CH),含少量砂和貝殼碎片,該層埋深7.5～20.0m。

③S3層:該層為硬至堅硬,灰色,中高塑性黏土(CL/CH),含少量砂。該層最大埋深37m。

④B層:該層是瓜達盧佩凝灰巖地層(GTF)或“土坯”。GTF層由砂巖、粉砂巖、礫巖和泥巖/黏土巖組成,所有的鉆孔都在B層終止。

該項目的樁基為鋼筋混凝土灌注樁,詳見表1。

表1 樁基工程設計概況

2 項目重點、難點分析

2.1 地質情況對樁基工程的影響

2.1.1 表層地質松散

本項目表層松散砂層厚度約為7.5m,由于砂層整體性差,對外部擾動反應敏感,砂粒極易出現錯位移動,進而產生較大的變形、移位等問題。加之,本項目靠近馬尼拉灣,地下水位面位于原始地表下1.5m處,在地下水豐富的地區,受地下水和砂層的共同作用下,鉆孔灌注樁容易出現樁體失穩、孔壁坍塌等事故[1]。

2.1.2 樁端持力層承載力低

擬建建筑物為超高層建筑,對樁基的承載力要求高,但由于地質原因,樁端持力層為強風化巖層,承載力低,且風化程度不均勻,樁基承載力大部分由樁側摩阻力提供,因此,在樁基工程質量上有很多區別于端承樁的控制點。

2.2 大直徑深孔灌注樁沉渣

本項目樁基工程孔深最大約54m,孔徑最大1.2m,且由于地質原因,旋挖樁成孔后砂粒因自身重力易沉淀于樁底,影響樁底沉渣及清孔質量,若清孔質量不高,將影響樁端承載力及樁身質量。

2.3 場地狹小問題

本項目位于馬尼拉市區中心的黃金地段,用地緊張,北側支護樁與相鄰的建筑物(正常營業中的酒店,淺基礎六層框架結構)距離僅0.6m,對施工噪聲、振動、沉降等均極為敏感,對施工管理提出很高要求。

3 應對措施

3.1 埋設護筒,控制孔頂荷載

砂層結構松散、整體性差,受施工擾動后易失穩導致孔壁坍塌,阻礙鉆進成孔、混凝土灌注。因此,為保證工程質量,本項目以埋設護筒的方法防護孔壁。根據砂層的分布情況加長護筒,采用10m長鋼護筒,通過履帶吊和電動錘施工,確保鋼護筒穿透7.5m砂層,保證樁基施工效率和質量。同時,有效控制孔頂載荷,合理規劃機械設備的布設位置,大型的機械設備停放在距離孔位較遠處,防止因設備重力作用而影響到鉆孔的穩定性,保證正常鉆進[2]。

3.2 選擇合適的泥漿品種、泥漿比重和鉆機類型,加快成樁速度

本項目樁端持力層承載力低,樁基承載力大部分由樁側摩阻力提供,如何提高樁側摩阻力成為項目質量控制的一項重要工作。首先,灌注樁成孔過程中,考慮到鉆進效率,孔內泥漿比重不能太大,所以孔周土體不可避免會發生卸荷縮徑,卸荷縮徑導致的塑性位移部分無法恢復,泥漿比重越小,卸荷效應越明顯,樁極限側摩阻力也越小。因此,需要根據實際情況適當加大泥漿比重。其次,在灌注樁施工過程中,孔壁形成泥皮,這層泥皮壓縮模量小、抗剪強度低,構成樁土荷載傳遞的薄弱層,削減了樁的豎向承載能力,泥皮越厚,樁極限側摩阻力越小。采用比重較低的泥漿,對減小泥皮厚度有利,因此,在滿足保證土體平衡前提下,泥漿比重不宜過大。此外,成樁時間越短,形成的泥皮就越薄,這就要求施工中盡可能在最短的時間內成樁。再者,鉆孔灌注樁在成孔階段由于使用的成孔設備不同,或相同成孔設備在各土層中鉆進速度不同,均會造成成孔后的孔壁粗糙度不同,而不同的孔壁粗糙度對樁的承載能力有顯著的影響,孔壁粗糙度越大,樁極限側摩阻力越大[3]。因此,選擇合適的泥漿品種、泥漿比重、鉆機類型及加快成樁速度就成為質量控制的關鍵所在。

在鉆孔過程中適當提高泥漿比重,有利于保持孔壁穩定,但泥漿比重過大不利于清除沉渣。綜合考慮上述因素后,結合現場試樁情況,本項目在鉆孔過程中泥漿比重控制在1.25～1.35,混凝土灌注前清孔至規范規定泥漿比重。在泥漿類型選擇上,對化學泥漿和膨潤土泥漿性能進行對比分析。根據相關資料,化學泥漿在不同摻量下,泥漿比重范圍為1.06～1.30,無法滿足本項目需求。同時,經現場試驗,鉆孔完成后,泥漿處于靜置狀態時,膨潤土泥漿孔壁穩定性高于化學泥漿[4]。經綜合對比,本項目采用了膨潤土泥漿;在樁機類型選擇上,經綜合比較,工程樁部分采用徐工285型旋挖鉆機,旋挖機鉆頭采用土層雙底撈砂鉆斗。對不同地層設置特定施工模式,分為標準模式、入巖模式和高效模式。根據工況需要對加壓系統進行無級調節,有效提高鉆機穩定性。在確保鉆孔質量、施工效率的前提下,孔壁有一定的粗糙度,有效提升樁側摩阻力。

3.3 泥漿循環清孔,更換孔內泥漿

嚴格按照施工方案進行施工,鉆孔過程中,適當上下移動鉆頭,以清除孔壁殘留渣土,確保孔壁順直,并在孔壁形成有效泥皮。鉆孔完成后,通過泥漿循環清孔的方式清除孔底沉渣。該階段,由于機械擾動作用結束,孔壁趨于穩定,且泥漿比重過大不利于清除沉渣,可適當降低泥漿比重,滿足平衡條件即可[5]。澆筑混凝土前采用反循環清孔工藝進行二次清孔,通過清孔更換孔內泥漿,減少孔內泥漿含砂率,保證孔底沉渣符合設計規范要求。

3.4 采用車載反循環鉆機

由于當地對建筑物沒有開窗的非臨街面無退距要求,因此本項目與相鄰建筑物之間只保留了最小的施工操作間距。支護樁與相鄰建筑物距離僅0.6m,容易產生風險。經過對比,對支護樁部分采用車載反循環鉆機進行施工,如圖2所示。該型號鉆機在施工過程中,通過鉆頭鉆進切削土體并利用鉆機自帶泵通過中空鉆桿將切削碎的土塊吸出,自動化程度高,機械移動、操作、安裝操作簡便,鉆進效率高、施工速度快、無震動,單根樁施工時間明顯縮短。同時,采取跳挖方式,有效降低了對相鄰建筑物的不利影響。

圖2 車載反循環鉆機

4 施工工藝

4.1 制備泥漿

本場地采用人工造漿的方法,現場設泥漿罐(含回收泥漿罐),通過泥漿處理系統將施工過程產生的廢泥漿進行分離處理,得到活泥漿后重復利用,渣土經分離后及時清理運出場外。

4.2 成孔前準備

為了保證工程順利進行,工程策劃階段應做好設計施工圖紙會審、施工組織設計及技術交底,尤其要充分熟悉當地相關的設計及施工規范,避免因為理解錯誤造成施工質量問題。施工組織設計中,除常規的技術措施及人員、材料、機械、資金等各種資源的組織外,必須在充分了解當地相關規定基礎上,制定詳細的環保、安全、文明施工保證措施及應急預案,并對境外施工中可能涉及的當地法律法規、宗教習俗做簡明介紹。

由于當地材料、設備較國內相對短缺,開工前需要根據圖紙和項目資源計劃,詳細測算各種資源的需要量,并帶供應商踏勘現場,落實材料供應問題。

4.3 護筒埋設

樁基定位后,埋設護筒時采用十字線定位護筒中心,護筒埋設到位后嚴禁擾動,護筒周邊回填土體至護筒頂部以下200mm并夯實。

埋設護筒時,先將表層影響鋼護筒施工的堅硬石塊、混凝土塊等挖出整平,然后通過控制點定位放樣,利用履帶吊將鋼護筒吊起對準樁位,接著采用電動錘震動下壓鋼護筒,震壓過程中用經緯儀在兩個十字垂直方向測量,保證鋼護筒的垂直度(圖3)。

圖3 鋼護筒起吊、履帶吊+電動錘下鋼護筒示意圖

4.4 成孔

施工采用旋挖樁機,鉆進過程中,定時觀察鉆桿進入的深度,以及鉆桿是否出現異常振動、聲響等。開始鉆孔前,根據巖土工程勘察報告、護筒標高、設計樁頂標高、設計有效樁長計算出要求孔深。預估達到深度要求后,采用測繩測量實際孔深,確認持力層巖樣,并做好相關記錄。

4.5 鋼筋籠制作安裝

本項目采用當地標準設計,1200mm直徑的灌注樁在設計樁頂標高往下22m范圍內主筋為26根φ28鋼筋,箍筋為75根φ12鋼筋,22m以下主筋為14根φ28鋼筋,箍筋為150根φ12鋼筋。與國內類似直徑混凝土灌注樁相比,鋼筋用量及單節鋼筋籠重量均加大很多。由于焊接量大,一個熟練的專業焊接工人焊接一根樁所有鋼筋籠的時間需要5～6h。因此,對材料、人員組織、堆放場地等需提早謀劃,施工過程中及時進行調配,確保工程需要。

4.6 二次清孔

鋼筋骨架、導管安放完畢后,由于下放鋼筋籠時對孔壁的剮蹭及下導管、鋼筋籠過程中孔內懸浮沉渣的沉淀,應采用清孔設備進行二次清孔,以確保每根樁孔底沉渣滿足規范要求。本項目二次清孔采用反循環工藝。清孔過程中在反循環泵的作用下,樁底產生負壓,使樁底泥漿和沉渣混合物順著導管回流到沉淀池,經泥漿分離器處理使泥漿凈化后再循環利用,清孔質量高。

4.7 混凝土灌注

混凝土灌筑應注意以下技術要點:

①二次清孔結束后應盡快開始澆搗混凝土;

②灌注前應檢查各項器械的完好情況,特別注意導管連接是否牢固;

③水下混凝土封底必須有隔水栓,隔水栓應有良好的隔水性能并能順利排出[6];

④導管埋深:導管埋深宜為2～6m,嚴禁導管提出混凝土面,應設專職人員測量導管內外混凝土高差,確保灌注連續[7];

⑤混凝土灌注超灌量必須≥800mm,以保證在鑿去超灌部分混凝土后能夠保證樁頂標高及設計混凝土強度。

5 樁基檢測

本項目施工完成后,采用高應變及低應變檢測方法對樁基工程質量進行了檢測,相關指標均符合設計及當地規范要求。部分檢測數據如表2所示。

表2 樁基承載力檢測結果

6 結束語

在采用菲律賓設計標準下,基于當地地質條件,對厚砂層、泥漿類型、泥漿比重、樁機類型、人員組織等因素采取針對性措施后,我國旋挖鉆孔灌注樁施工工藝具備充分的適用型、安全性及可靠性,為國內建筑企業響應國家“一帶一路”倡議,走出國門,參與國際市場競爭提供了借鑒和參考。