質(zhì)量控制論文：旋挖樁施工管控方式思索

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本文作者：熊啟東、李成芳、孔凡林 單位：重慶市建筑科學(xué)研究院

經(jīng)重慶市多個(gè)工地調(diào)研總結(jié)，通常可采用以下四方面的控制措施來(lái)降低旋挖鉆進(jìn)塌孔問題：

（1）鉆進(jìn)時(shí)采用全鋼套管護(hù)壁。全鋼套管護(hù)壁鉆進(jìn)具有以下優(yōu)點(diǎn):由于套管的護(hù)壁作用，避免了一般灌注樁可能發(fā)生的縮徑、斷樁、混凝土離析等質(zhì)量問題，使得成樁質(zhì)量大大提高。

重慶地區(qū)高填方填料多為開山放炮形成的塊石，而塊石填土與鋼套管管壁之間的摩阻力遠(yuǎn)比粘性土、粉土及淤泥等填土大，造成鋼護(hù)筒下管后拔出困難，若將套管留在孔內(nèi)則施工費(fèi)用太高，如何將套管拔出就成了急需解決的一大難題。重慶合川•中澳城項(xiàng)目采用全套管旋挖樁施工工藝取得了良好效果，簡(jiǎn)述如下。

該建筑場(chǎng)地覆蓋有粘土層和較厚的卵石層，砂卵石下覆砂巖層。設(shè)計(jì)提出的持力層為中風(fēng)化砂巖層。場(chǎng)地地下水位在地表以下11m左右，水位的變化受涪江水位的變化影響較明顯，具有承壓性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)旋挖試成孔發(fā)現(xiàn)，由于受地下水的影響，孔壁坍塌嚴(yán)重，經(jīng)綜合考慮后決定采用全鋼護(hù)筒護(hù)壁。該項(xiàng)目旋挖成孔問題經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)，總結(jié)提出了如下拔管控制技術(shù)：①采用振動(dòng)錘邊振動(dòng)邊上拔。②護(hù)筒要緩慢拔出，防止拔出過快造成樁身?yè)p傷，同時(shí)要保證拔出時(shí)間在混凝土初凝時(shí)間之內(nèi)?；炷脸跄龝r(shí)間不宜早于2.5h。③拔出過程中應(yīng)對(duì)護(hù)筒垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免護(hù)筒偏移造成樁身垂直度產(chǎn)生偏差。④拔出時(shí)要保證護(hù)筒內(nèi)混凝土面的高度高于護(hù)筒底不小于2m。

（2）鉆進(jìn)過程中遇塌孔時(shí)采用低標(biāo)號(hào)混凝土或砂漿填充護(hù)壁。高填方地基旋挖鉆進(jìn)施工遇塌孔時(shí)，可采用低標(biāo)號(hào)混凝土向孔內(nèi)塌孔段回填，間隔一定時(shí)間后重新鉆進(jìn)，此時(shí)，便在塌孔段形成一素混凝土圓環(huán)護(hù)壁。當(dāng)整個(gè)地層塌孔均比較嚴(yán)重時(shí)，可采取鉆一段、填一段，最終形成一從樁頂?shù)綐兜椎乃鼗炷磷o(hù)筒。

該措施已在重慶市茶園公租房、巴南南城國(guó)際等多個(gè)工程項(xiàng)目中加以應(yīng)用，取得了良好效果，是目前重慶市處理塌孔問題采取的主要手段。該措施由于多次重復(fù)填充混凝土后又將其作為棄土挖除，浪費(fèi)了大量的混凝土。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通常施工一根樁的混凝土量是正常用量的1.8～2.5倍，增大了基礎(chǔ)投資及成樁工期。另外，充填混凝土形成的圓環(huán)護(hù)筒，其外徑大小、形狀均無(wú)法控制，對(duì)基樁負(fù)摩阻力計(jì)算帶來(lái)了困惑，基樁承載力設(shè)計(jì)時(shí)不考慮護(hù)筒外表面積將存在不安全隱患。

（3）鉆進(jìn)前通過強(qiáng)夯或灌漿等地基預(yù)處理措施來(lái)降低塌孔率。強(qiáng)夯或灌漿措施可減小填土的孔隙率，增加填土的密實(shí)性，有效改善填土的力學(xué)特性，進(jìn)而增強(qiáng)其自穩(wěn)定能力，從而降低塌孔率。相對(duì)而言，強(qiáng)夯投資成本低，施工工期短，經(jīng)濟(jì)性更好；而灌漿則存在由于填土孔隙率大而耗漿量大、成本高的問題而不易被業(yè)主所接受。

（4）以少進(jìn)尺勤提鉆為原則，慢速鉆進(jìn)，同時(shí)縮短混凝土待灌及澆筑時(shí)間。慢速鉆進(jìn)，提鉆、下鉆要緩慢均勻，每回次鉆深不宜過大，以每次下鉆少進(jìn)尺勤提鉆為原則。鉆進(jìn)時(shí)不可貪多求快，不能每回次長(zhǎng)時(shí)間多進(jìn)尺鉆進(jìn)，下鉆提鉆時(shí)動(dòng)作不能過猛，以防孔壁坍塌。根據(jù)不同樁徑和地質(zhì)情況采取不同的升降速度。經(jīng)調(diào)查，鉆頭提升速度宜控制在0.6m/s以內(nèi)、下降速度宜控制在0.8m/s以內(nèi)。避免重型機(jī)械在施工區(qū)域附近行走，掏出來(lái)的泥土及時(shí)清運(yùn)，以避免孔壁在機(jī)械設(shè)備或填土的附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生進(jìn)一步垮塌現(xiàn)象；同時(shí)，應(yīng)注意防止鋼筋籠搬運(yùn)、安裝時(shí)發(fā)生變形，下放過程中避免碰撞孔壁；另外，應(yīng)優(yōu)化工序安排，盡量縮短混凝土待灌及澆筑時(shí)間。

旋挖樁樁端沉渣控制一直是一個(gè)技術(shù)難題，尤其是高填方場(chǎng)地樁端沉渣。從多個(gè)工地的超聲波樁身完整性檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，樁端沉渣很難控制在規(guī)范提出的5cm以內(nèi)。研究表明，沉渣不僅對(duì)樁端承載力存在明顯影響，而且對(duì)樁側(cè)阻力的發(fā)揮也有一定的影響，沉渣的存在降低了側(cè)阻力的峰值強(qiáng)度，尤其使得樁端附近的側(cè)阻力不能得到有效發(fā)揮，因此，控制沉渣厚度具有重要的工程意義。經(jīng)對(duì)多個(gè)工地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，提出以下三個(gè)方面的沉渣控制技術(shù)，通過多個(gè)控制技術(shù)相結(jié)合，最終達(dá)到降低沉渣厚度、最大限度地消除沉渣對(duì)基樁承載力的不利影響的目的。

（1）成孔后使用專用清孔鉆頭進(jìn)行清孔，有條件時(shí)下鋼筋籠后進(jìn)行二次清孔。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，樁端沉渣較厚的產(chǎn)生原因主要有：①不少工地沒有使用專用清孔鉆頭，為了施工方便，用旋挖成孔鉆頭進(jìn)行清孔，造成清渣效果較差。②鋼筋籠吊裝、混凝土澆筑不及時(shí)，也會(huì)造成孔壁渣土掉入孔底，增加沉渣厚度。③未進(jìn)行二次清孔。清孔泥漿比重太小而難于將沉渣浮起。

經(jīng)多個(gè)工地現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，可采取以下措施控制沉渣厚度，效果良好：①選用平底撈砂鉆斗，進(jìn)行撈渣10min以上，并保持不進(jìn)尺，保持慢速空轉(zhuǎn)撈渣，撈渣結(jié)束后，不允許反轉(zhuǎn)。②合理確定混凝土澆筑時(shí)間。撈渣并驗(yàn)收后，要及時(shí)安裝鋼筋籠灌注混凝土，盡量縮短施工時(shí)間，成孔后待灌時(shí)間一般不超過3h，防止因等待時(shí)間過長(zhǎng)，發(fā)生孔壁垮塌，渣土掉入孔底，使樁底不干凈。③鋼筋籠下放注意的問題。鋼筋籠吊放過程中，要求對(duì)準(zhǔn)孔位，垂直緩放入孔，盡量碰撞孔壁使泥土坍落樁底。成孔后，盡量縮短下鋼筋籠導(dǎo)管的時(shí)間，以防孔底沉渣沉淀太多。④有條件時(shí)采用導(dǎo)管二次清孔。降低導(dǎo)管底口，用泥漿泵將泥漿自導(dǎo)管頂部壓入樁底，使得泥漿從導(dǎo)管與孔壁之間的縫隙循環(huán)回到地表泥漿池，從而將孔底沉渣被沖刷泛起而被泥漿帶出孔口。應(yīng)采用性能較好的泥漿，控制泥漿的比重和粘度，不要用清水進(jìn)行置換。沖孔時(shí)間以導(dǎo)管內(nèi)測(cè)量的孔底沉渣厚度達(dá)到規(guī)范要求為準(zhǔn)。

（2）混凝土澆筑方式采用滑閥（隔水塞）式施工工藝?；y（隔水塞）式施工工藝是水下混凝土澆筑的常用方法，工藝較為成熟，導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置滑閥（隔水塞）的基本作用是：使導(dǎo)管中下落的混凝土與水分離，其目的是在混凝土的重力作用下，滑閥（隔水塞）將水向下推動(dòng)，直至導(dǎo)管內(nèi)的水完全讓位于混凝土，從而完成首批混凝土的灌注。如果導(dǎo)管中沒有設(shè)置隔水塞，導(dǎo)管中下落的混凝土將呈劈楔形成與水混合，致使混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。對(duì)于孔底有沉渣的情況，首斗灌注混凝土還可起到利用導(dǎo)管內(nèi)混凝土高速?zèng)_擊管口的沖力擠開孔底沉渣的作用。因此，要求首斗混凝土有足夠的儲(chǔ)備量，確保導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下1.20m以上，以利用混凝土的巨大沖擊力沖擊孔底沉渣，使其上浮到混凝土面，達(dá)到清除孔底沉渣的目的。隔水塞可采用砂袋內(nèi)裝同批次混凝土制作而成，大小以不漏氣漏水和壓出泥漿為宜。隔水塞用鐵絲系住，懸掛于導(dǎo)管內(nèi)水面以上0.2～0.5m位置處。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于施工單位認(rèn)為設(shè)置滑閥工藝較為繁瑣，不少項(xiàng)目并沒有開展此工序，也是造成沉渣較厚的原因之一。不過對(duì)于直徑大于1.5m以上的大直徑樁，混凝土在直徑為200mm左右的導(dǎo)管內(nèi)向下沖擊形成的壓力有限，并不能使全部沉渣隨混凝土的澆筑而從孔底上浮到孔頂，相當(dāng)部分沉渣只是從孔底中心位置附近被擠到孔底周邊而沉積下來(lái)。

（3）成樁后采用后注漿技術(shù)對(duì)沉渣進(jìn)行固結(jié)。樁端后壓漿技術(shù)在摩擦樁中的應(yīng)用非常廣泛，其作用機(jī)理也比較完善，但嵌巖樁樁端后注漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的案例不多。根據(jù)目前收集到的資料表明，杭州、廣州、西寧、武漢等地的7個(gè)嵌巖樁后注漿工程案例都取得了良好效果。對(duì)于重慶市而言，除重慶金融街•金悅城二期工程采用了樁端后注漿技術(shù)外，還未見其它項(xiàng)目開展此項(xiàng)施工工藝。究其原因，一是施工單位認(rèn)為施工工藝繁瑣，增加了成本及工期；二是理論研究尚未提出嵌巖樁樁端后注漿效果的定量計(jì)算方法，設(shè)計(jì)單位也不便采用，還有的工程技術(shù)人員認(rèn)為嵌巖樁后注漿對(duì)承載力提高及變形控制不會(huì)有多大效果。

對(duì)于沉渣的不利影響，由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范編制組主編的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用指南》中也提出了可采用樁端后注漿技術(shù)解決嵌巖樁沉渣的技術(shù)思路。從理論分析角度來(lái)看，后注漿工藝可有效地改善樁底沉渣的受力特性，可增大沉渣的強(qiáng)度和變形模量，同時(shí)對(duì)受施工影響的持力層進(jìn)行滲透、擠密，填充樁端巖石裂縫，可提高持力層的強(qiáng)度，從而很大程度上可提高樁端阻力，與此同時(shí)，還可改善樁的沉降特性。

另外，通過增加嵌巖深度也是降低沉渣不利影響的途徑之一。嵌巖樁的受力機(jī)理表明，隨著嵌巖深度的增加，樁端阻力逐漸減少，當(dāng)嵌巖深度與樁徑之比達(dá)到一定的數(shù)值后，端阻力可忽略不計(jì)，此時(shí)樁端存在的沉渣對(duì)基樁承載力的影響也可不考慮。由于受地質(zhì)條件、施工工藝、樁巖剛度比等多種因素的影響，嵌巖深徑比達(dá)到多大才可視端阻力為零，目前仍沒有定論，尚須開展系統(tǒng)分析研究。

旋挖樁在重慶市的應(yīng)用時(shí)間較短，施工工藝尚不成熟，需要進(jìn)一步總結(jié)、提煉。本文就旋挖樁在高填方地質(zhì)條件下塌孔控制技術(shù)、樁端沉渣控制技術(shù)進(jìn)行了初步探討分析，供工程技術(shù)人員參考。