基于復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)及控制措施探究

劉鋒易

近年來，隨著在軟土地區(qū)的中、高層建筑的逐漸增多，當(dāng)建筑物地基承載力及樁基礎(chǔ)的變形不能滿足設(shè)計(jì)要求且基礎(chǔ)承臺(tái)、樁數(shù)以及樁徑又不能增加的情況下，最直接的方法是加大樁徑和加深樁長(zhǎng)。由于超深沖孔灌注樁具有較高單樁承載力等優(yōu)點(diǎn)，因此其在一些軟土地區(qū)的中、高層建筑工程中的應(yīng)用逐漸增多。沖孔灌注樁具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如它的承載力高、穩(wěn)定性好、沉降小而均勻、抗震性能好，而且它幾乎可以適應(yīng)各種不同的地質(zhì)條件和類型的工程，尤其適用于在軟土地質(zhì)等復(fù)雜地層上建造高、重的建筑物[1]。

沖孔灌注樁施工采用卷揚(yáng)機(jī)懸吊沖擊鉆頭或沖擊式鉆機(jī)，依靠鉆機(jī)自身體重反復(fù)上下沖擊，將溶巖陡斷層等復(fù)雜地層破碎成孔，用泥漿循環(huán)清孔并排出破碎后的泥渣，然后進(jìn)行混凝土澆筑，形成混凝土灌注樁。因此，探究復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)及控制措施，解決超長(zhǎng)的大直徑樁的成孔質(zhì)量、樁身垂直度、水下澆筑混凝土質(zhì)量等難題，具有一定參考意義。

1 工程適用范圍

復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁適用于高層、超高層建筑以及大型公共建筑等的樁基礎(chǔ)，或適用于底部持力層較深、溶巖陡斷層的超長(zhǎng)樁及大直徑樁。目前國(guó)內(nèi)高層建筑中應(yīng)用的沖孔灌注樁樁徑達(dá)2.5 m 以上，樁長(zhǎng)超過90 m。

2 施工工藝原理及流程

復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁在成孔過程中，為方便沖孔錘在孔內(nèi)上下升降，選用比樁徑大20 cm 的鋼護(hù)筒，護(hù)筒長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定。通過十字線使樁機(jī)對(duì)中，以保證樁身的垂直度。樁機(jī)就位前，應(yīng)壓實(shí)地面，確保樁機(jī)的平穩(wěn)，在鉆進(jìn)過程中不會(huì)因沉陷產(chǎn)生傾斜或位移[2]。終孔后應(yīng)進(jìn)行第一次清孔，選用氣泵反循環(huán)清孔縮短清孔時(shí)間。在控制樁身垂直度時(shí)不斷改進(jìn)和調(diào)整施工工藝，并結(jié)合第三方機(jī)構(gòu)嚴(yán)格檢測(cè)，保證樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量。復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工工藝流程（來源：作者自繪）

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)主要包括：第1，垂直埋設(shè)成孔護(hù)筒并固定牢固；第2，沖孔樁機(jī)沖孔成孔并清孔；第3，成孔質(zhì)量檢測(cè)和制作安裝鋼筋籠；第4，再次清孔并進(jìn)行澆注混凝土。

3.1 埋設(shè)護(hù)筒

成樁鋼護(hù)筒的直徑比樁徑大了約20 cm，以便沖孔錘在孔內(nèi)上下升降。埋置鋼護(hù)筒時(shí)要注意鋼護(hù)筒口一定要高于原地面30 cm 以上，避免后期出現(xiàn)泥漿落入孔內(nèi)以及避免人在孔口作業(yè)時(shí)意外滑入孔樁內(nèi)[3]。先用沖孔錘進(jìn)2 m 成孔，然后用沖孔樁機(jī)的卷揚(yáng)吊起鋼護(hù)筒，平穩(wěn)地放入孔中，鋼護(hù)筒中心和4 個(gè)控制點(diǎn)的十字線交叉點(diǎn)重合，控制護(hù)筒的垂直度，鋼護(hù)筒的中心豎直線與樁中心線重合，傾斜度不大于1%。采用濕粘土加膨潤(rùn)土混合回填鋼護(hù)筒周圍，并人工分層夯實(shí)，確保鋼護(hù)筒不下沉。

3.2 沖孔成孔

沖孔樁機(jī)利用沖錘的自重沖擊鉆進(jìn)，沖擊形成的鉆渣、巖碎等通過正循環(huán)泥漿排出孔口。沖孔樁機(jī)沖擊鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)及時(shí)將沖孔形成的殘?jiān)懦觯繘_擊1 ～2 m 時(shí)應(yīng)對(duì)成孔垂直度進(jìn)行檢查并進(jìn)行排渣一次，同時(shí)檢查泥漿情況并及時(shí)補(bǔ)漿，反復(fù)操作直至沖孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。沖孔樁機(jī)在成孔過程中發(fā)生傾斜、坍塌和鋼護(hù)筒周邊冒漿時(shí)，應(yīng)停止并采取相應(yīng)措施后再進(jìn)行施工。沖孔樁機(jī)在粘土、較厚砂層中鉆進(jìn)時(shí)，分別采用原土、膨潤(rùn)土造漿或在孔中投入粘土造漿，也可在造漿時(shí)適當(dāng)摻加碳酸鈉等分散劑使泥漿有較好的技術(shù)性能，其摻量為加水量約0.5%。

3.3 反循環(huán)清孔

沖孔成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)理工程師對(duì)孔深和孔徑等進(jìn)行檢驗(yàn)、測(cè)量復(fù)核，合格后終孔。終孔后應(yīng)進(jìn)行第一次清孔，考慮到現(xiàn)場(chǎng)樁長(zhǎng)較大，采用正循環(huán)清孔需要的時(shí)間較長(zhǎng)，為盡快完成樁基礎(chǔ)施工及保證沖孔樁質(zhì)量，宜選用氣泵反循環(huán)清孔。

3.4 樁基成孔質(zhì)量檢測(cè)（超聲波法）

針對(duì)超深大直徑樁，所有樁均在完成第一次清孔后，引用測(cè)量精度和自動(dòng)化程度高的第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)，檢測(cè)孔徑、孔深及樁孔垂直度是否符合設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)要求方可安放鋼筋籠。若檢測(cè)結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求，需將孔回填后重新復(fù)沖。

3.5 鋼筋籠的制作安裝

鋼筋籠制作完成后，骨架安裝可采用汽車吊裝。鋼筋籠吊裝安裝前，宜在骨架內(nèi)焊接三角支撐加強(qiáng)其剛度，防止鋼筋籠不變形，對(duì)于長(zhǎng)骨架，起吊前應(yīng)在骨架內(nèi)部臨時(shí)綁扎杉木桿以加強(qiáng)其剛度。鋼筋籠吊裝時(shí)，須確保鋼筋籠在樁孔中的正確位置，然后再緩慢下放插入孔中。

鋼筋籠長(zhǎng)度超過20 m 的，應(yīng)分段吊裝，采用直螺紋連接，標(biāo)準(zhǔn)型接頭的絲頭有效螺紋長(zhǎng)度應(yīng)不小于1/2 連接套筒長(zhǎng)度，且允許誤差為+2P[4]。吊放鋼筋骨架入樁孔時(shí)，均勻下落，保證鋼筋籠居中，當(dāng)鋼筋籠吊放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)進(jìn)行鋼筋籠的居中檢驗(yàn)。鋼筋籠頂部與護(hù)筒固定，以免在灌注混凝土過程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

3.6 再次清孔

吊放鋼筋籠后，澆筑混凝土前，需進(jìn)行二次清孔，清孔后沉渣厚度不得大于5 cm。清孔后立即灌注混凝土成樁，不能及時(shí)灌注時(shí)，應(yīng)在灌注前復(fù)測(cè)沉渣厚度，超過規(guī)定時(shí)，必須重新清孔，合格后方可灌注。

3.7 水下混凝土澆注

一般采用C35 水下混凝土，混凝土澆注時(shí)要嚴(yán)格把控灌注混凝土的時(shí)間，保證在混凝土初凝前完成澆筑。澆注過程中的導(dǎo)管埋深應(yīng)不小于2 m，也不應(yīng)大于4 m，因此，必須注意導(dǎo)管的提升速度。當(dāng)孔內(nèi)混凝土頂面標(biāo)高到達(dá)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)繼續(xù)澆筑混凝土，超澆不少于l m，讓浮漿經(jīng)孔口流出（必要時(shí)人工配合清理)，當(dāng)浮漿清理完畢后停止?jié)沧ⅲ纬鲎詈笠欢伍L(zhǎng)導(dǎo)管。

4 控制措施

4.1 質(zhì)量控制措施

施工質(zhì)量控制是根據(jù)工程質(zhì)量目標(biāo)，通過對(duì)施工方案和資源配置的計(jì)劃、實(shí)施、檢查和處置，建立健全質(zhì)量責(zé)任制，分工負(fù)責(zé)落實(shí)到個(gè)人，層層把好質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格實(shí)施切實(shí)可行的質(zhì)量控制措施。

4.1.1 材料質(zhì)量保證措施

鋼筋進(jìn)場(chǎng)前須報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行審批，選用鋼筋必須有出廠合格證和檢驗(yàn)報(bào)告。監(jiān)理工程師須根據(jù)設(shè)計(jì)要求核查進(jìn)場(chǎng)批次鋼筋的品牌、規(guī)格型號(hào)、出廠批號(hào)和日期、化學(xué)成分和機(jī)械性能等。鋼筋使用前須按規(guī)定抽樣送檢，檢驗(yàn)合格后才能使用。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，要求商品混凝土供應(yīng)商結(jié)合原材料情況、砂、石含水率等精準(zhǔn)下料，按比例嚴(yán)格控制外加劑，并計(jì)算好攪拌時(shí)間和運(yùn)輸時(shí)間。

4.1.2 樁孔質(zhì)量保證措施

樁孔質(zhì)量保證措施應(yīng)體現(xiàn)在以下3 點(diǎn)：第1，確保樁身直徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，要求鉆機(jī)鉆頭各要素尺寸滿足相關(guān)要求，不得使用不合格的鉆頭，避免返工。第2，成孔鉆機(jī)就位要檢查水平和垂直度，樁孔控制斜度≤1%。第3，沖孔終孔時(shí)，須測(cè)量檢查沉渣厚度，在灌注混凝土前也要檢查測(cè)量沉渣厚度，兩次測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)要統(tǒng)一，出現(xiàn)沉渣厚度超過規(guī)范或設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)重新清孔，直至合格為止。

4.1.3 樁質(zhì)量保證措施

樁質(zhì)量保證措施為：第1，施工中要及時(shí)收集選用建筑材料的相關(guān)資料，認(rèn)真填寫各項(xiàng)成樁原始記錄，注明樁徑大小、孔深長(zhǎng)度、沉渣厚度及樁尖進(jìn)入持力層深度等。第2，混凝土灌注施工必須連續(xù)進(jìn)行，控制好導(dǎo)管埋管深度，測(cè)量并記錄好混凝土上升高度和混凝土頂面標(biāo)高，避免灌注樁夾泥、縮徑和斷樁現(xiàn)象，保證混凝土樁符合設(shè)計(jì)要求。第3，為保證灌注樁頂?shù)幕炷翉?qiáng)度，灌注混凝土?xí)r超灌至混凝土樁頂標(biāo)高不小于80 cm。

4.1.4 鋼筋混凝土保證措施

當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)及時(shí)把孔底殘留的粘土塊攪碎并清孔。如果樁底沉渣過厚，容易與混凝土一起上升，會(huì)引起鋼筋籠上浮，影響工程質(zhì)量，因此須控制和減少沉渣厚度。

嚴(yán)格控制混凝土配合比。當(dāng)混凝土和易性差、坍落度偏小時(shí)，灌注混凝土?xí)r鋼筋籠會(huì)容易上浮。必須嚴(yán)格控制好混凝土配合比、坍落度的相關(guān)要求，不合格混凝土禁止使用。

控制調(diào)整導(dǎo)管埋深。混凝土灌注高度接近鋼筋籠底部時(shí)，盡量減小導(dǎo)管埋深，減小對(duì)導(dǎo)管的沖力。當(dāng)混凝土灌注深度在澆至鋼筋籠底端3 m時(shí)，應(yīng)及時(shí)將導(dǎo)管升高，提至鋼筋籠底端以上。

控制澆注混凝土?xí)r間。在混凝土灌注施工時(shí)，盡可能在最短時(shí)間完成混凝土澆注。混凝土運(yùn)輸時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)距和溫度的影響。必要時(shí)添加混凝土緩凝劑以延長(zhǎng)混凝土初凝時(shí)間，保證混凝土初凝前完成澆注。

4.2 安全控制措施

超深沖孔灌注樁存在施工機(jī)械、施工條件和施工工序等因素的影響，存在著較多的安全隱患，須不斷改善生產(chǎn)條件和作業(yè)環(huán)境，嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)，消除不安全因素。

制定相應(yīng)的安全控制措施為：第1，加強(qiáng)安全監(jiān)督檢查，積極開展班前安全交底活動(dòng)，推廣安全生產(chǎn)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和專職安全員堅(jiān)持每日安全巡視，消除安全隱患。第2，強(qiáng)化安全教育，加強(qiáng)人員管理。廣泛開展安全生產(chǎn)宣傳工作，嚴(yán)格執(zhí)行安全教育培訓(xùn)和安全交底制度。要求各工種作業(yè)人員持證上崗，無證人員一律不準(zhǔn)上崗操作。第3，成樁鋼護(hù)筒埋置一定要垂直，沖樁錘上下作業(yè)時(shí)不能碰到鋼護(hù)筒。混凝土輸送泵管吊裝時(shí)，嚴(yán)禁碰撞墻板鋼筋，嚴(yán)禁直接壓到預(yù)留管上，嚴(yán)禁大批集中堆放，放置時(shí)要緩慢、平穩(wěn)。混凝土澆注操作人員處于濕作業(yè)環(huán)境中，振搗操作時(shí)要戴好絕緣手套，穿好膠鞋。第4，禁止隨意拆除或損壞施工現(xiàn)場(chǎng)的安全支架、腳手板、安全網(wǎng)以及防護(hù)欄桿、欄板和支撐等防護(hù)設(shè)施。第5，施工操作人員之間要保持一定距離，防止交叉干擾。交叉施工時(shí)，要有可靠的防護(hù)措施，不得傷害他人，也避免被他人傷害。

4.3 環(huán)保控制措施

為減小施工對(duì)周邊環(huán)境帶來的影響，保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，防止污染和其他公害，“以人為本”，保障人體健康，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和相關(guān)法律法規(guī)，制定施工環(huán)保控制措施[5]：第1，施工場(chǎng)地的道路要平坦、通暢，路面無坑洼積水，使施工場(chǎng)地整潔、干凈。同時(shí)及時(shí)做好建筑廢料、漿渣的外運(yùn)清理。第2，施工區(qū)生活范圍內(nèi)，制定節(jié)水節(jié)約措施，設(shè)置污水處理系統(tǒng)，盡量減少污水排放和處理量。施工作業(yè)區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)施工機(jī)械的養(yǎng)護(hù)和管理，避免泄漏油氣，設(shè)置泥漿池等污水處理措施，及時(shí)處理施工產(chǎn)生的污水和泥漿，達(dá)標(biāo)后才能排入市政系統(tǒng)。第3，施工過程中，盡可能保護(hù)施工區(qū)域范圍外的現(xiàn)有天然植被，在施工周邊及施工生活區(qū)種植花草樹木，凈化空氣，減少環(huán)境污染。第4，施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵，須加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵控制。為了避免施工和運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生粉塵，施工場(chǎng)地、道路要經(jīng)常灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對(duì)那些易產(chǎn)生粉塵的材料加蓋篷布進(jìn)行防護(hù)。第5，合理安排施工作業(yè)，噪音較大的施工機(jī)械采取消聲減振措施，且不安排夜間施工。同時(shí)盡量降低運(yùn)輸車輛夜間的出入頻率，使周圍居民生活、休息不受干擾。

5 結(jié)語

超深沖孔灌注樁施工技術(shù)在復(fù)雜地層深基礎(chǔ)中得到了應(yīng)用，施工產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)都較小，施工時(shí)受場(chǎng)地、周圍建筑影響小，且使用的設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，泥漿用量也較少，其成樁清孔時(shí)采用氣泵反循環(huán)清孔，在簡(jiǎn)化施工難度的同時(shí)提高了清孔效率。為推廣該項(xiàng)超深沖孔灌注樁的應(yīng)用，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后對(duì)基于復(fù)雜地層超深沖孔灌注樁施工技術(shù)和相關(guān)措施等進(jìn)行相關(guān)探索，并提出施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量、安全和環(huán)保等控制措施，可為后期超深沖孔灌注樁施工提供較好的參考和借鑒。