在深基坑支護(hù)沖孔灌注樁應(yīng)用施工控制

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摘要:隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工難度逐漸增加，為了滿足建筑基礎(chǔ)施工要求，深基坑施工占比越來越高。本文以福建省福清市龍江汽車站項(xiàng)目為研究背景，具體分析了沖孔灌注樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了沖孔灌注樁的施工工藝及質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞:深基坑;沖孔灌注樁;施工工藝;質(zhì)量控制

前言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市人口數(shù)量將持續(xù)攀升，給城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來重大挑戰(zhàn)。為了提高基礎(chǔ)設(shè)施對大量人口的接納能力，工民建建筑結(jié)構(gòu)必然要向超高、大跨等方向發(fā)展，而大跨、超高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工必須在深基坑內(nèi)完成，為保證基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性，必須對建筑結(jié)構(gòu)深基坑進(jìn)行必要的支護(hù)。目前建筑結(jié)構(gòu)施工，因大跨、超深、復(fù)雜地質(zhì)條件等特點(diǎn)，如何解決好深基坑的安全開挖及基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性，同時(shí)又兼顧好基坑開挖及支護(hù)成本是基礎(chǔ)工程領(lǐng)域亟待解決的問題［1］。本文以福建省福清市龍江汽車站項(xiàng)目為例，重點(diǎn)分析沖孔灌注樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用，并就該樁的施工質(zhì)量控制工藝進(jìn)行深入分析，為該樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用提供借鑒。

1項(xiàng)目概況

福建省福清市龍江汽車站項(xiàng)目地處福清市龍江街道大真線與龍逕環(huán)路交叉口東南側(cè)，施工區(qū)域原作為菜地使用，菜地內(nèi)敷設(shè)有一條沿東西向的灌溉渠，渠道內(nèi)水深約為1．2m;汽車站主體工程為1棟6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)(地上部分5層，地下部分1層)、1棟1層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及1棟2層鋼筋混凝土框架廊道。考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件相對復(fù)雜、地下各類管線交錯(cuò)、地下水位較高，為了確保主體結(jié)構(gòu)安全可靠，基礎(chǔ)擬選用樁基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)類型為沖孔灌注樁，樁端持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，為了確保樁端承壓可靠，沖孔灌注樁深入持力層厚度應(yīng)大于1．5m。項(xiàng)目使用的沖孔灌注樁樁身為混凝土形式，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，混凝土配合比按照水下混凝土標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，坍落度為180～220mm，樁身現(xiàn)澆混凝土水灰比不應(yīng)超過0．5，為了避免出現(xiàn)樁基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋銹蝕及混凝土結(jié)構(gòu)的“堿－骨料”反應(yīng)，樁身混凝土氯離子含量不能超過0．15%，且堿性物質(zhì)占比不能超過3．0kg/m3;為了保障沖孔灌注樁的順利施工，施工現(xiàn)場應(yīng)配套完備的施工機(jī)具。項(xiàng)目主要施工機(jī)具配套情況見表1。表1施工機(jī)具配套情況機(jī)具設(shè)備數(shù)量/臺額定功率/(kW/臺)沖擊鉆進(jìn)機(jī)械1237．5泥漿循環(huán)泵1018焊接機(jī)械517．5鋼筋加工機(jī)械73

2深基坑支護(hù)工程應(yīng)用特點(diǎn)

隨著基坑深度、地質(zhì)條件復(fù)雜程度的不斷提高，放坡、護(hù)坡等常規(guī)基坑支護(hù)體系已無法滿足深基坑的支護(hù)要求，通過總結(jié)大量深基坑支護(hù)施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，目前深基坑支護(hù)具備以下突出特點(diǎn)。1)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不斷深入。傳統(tǒng)的基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)主要以強(qiáng)度作為控制參數(shù)，認(rèn)為基坑支護(hù)體系強(qiáng)度是控制基坑穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，對支護(hù)體系的抗變形剛度、受荷位移、體系變形及基坑土體穩(wěn)定性的關(guān)注度不夠;隨著基坑開挖深度的提高，加之復(fù)雜地質(zhì)條件、既有管線等因素的影響，在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)系時(shí)，不能單純以強(qiáng)度作為控制參數(shù)，應(yīng)綜合強(qiáng)度、抗變形剛度、土體變形等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以力求實(shí)現(xiàn)深基坑支護(hù)體系的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。2)深基坑設(shè)計(jì)與施工的結(jié)合程度進(jìn)一步深化。傳統(tǒng)的基坑設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)存在嚴(yán)重的脫節(jié)問題，由于設(shè)計(jì)與施工兩方的對接不到位，導(dǎo)致支護(hù)設(shè)計(jì)方案中的土層分布、地質(zhì)條件、地下水位等參數(shù)與施工實(shí)際不符;為了避免以上問題的出現(xiàn)，深基坑在設(shè)計(jì)與施工過程中的結(jié)合程度得到大幅提升，設(shè)計(jì)方向施工現(xiàn)場派駐設(shè)計(jì)代表，通過現(xiàn)場勘察論證工程實(shí)際與設(shè)計(jì)假定之間的差異，根據(jù)實(shí)際勘察結(jié)果反推支護(hù)設(shè)計(jì)方案，對原方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)［1］，對現(xiàn)場遇到的特殊地質(zhì)條件應(yīng)聯(lián)合施工方開展專項(xiàng)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)方案中應(yīng)對施工工藝做出具體規(guī)定。3)第三方基坑監(jiān)測得到快速發(fā)展。早期的基坑開挖及支護(hù)施工因施工環(huán)境相對單一，施工現(xiàn)場空間較大，一般未對基坑變形進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測;但隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市中的基坑施工條件日益苛刻，大量既有建筑基礎(chǔ)、地下管線、城市基礎(chǔ)設(shè)施對基坑的開挖及支護(hù)施工帶來嚴(yán)重的不利影響，如果未對基坑及支護(hù)系進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)大變形、大位移而無法及時(shí)預(yù)警，必將造成嚴(yán)重的基坑坍塌事故。目前，在深基坑開挖及支護(hù)施工項(xiàng)目中，基坑監(jiān)測已成為必不可少的環(huán)節(jié)，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)對基坑開挖及支護(hù)起到了重要保障作用。

3沖孔灌注樁施工質(zhì)量控制工藝分析

3．1沖孔灌注樁施工工藝流程

根據(jù)沖孔灌注樁施工的先后流程，大體上可分為樁孔放線及定位、沖擊成孔、孔道清理、鋼筋骨架吊裝、導(dǎo)管二次清孔、混凝土現(xiàn)場灌注及成樁等環(huán)節(jié)。施工工藝流程見圖1［2］。

3．2沖孔灌注樁主要施工工藝及質(zhì)量控制措施

1)施工預(yù)備及參數(shù)控制。施工預(yù)備主要包括樁位放樣和護(hù)筒埋設(shè)方面。在施工現(xiàn)場設(shè)計(jì)沖孔位置標(biāo)定縱橫十字線，測繪人員現(xiàn)場放出沖孔的準(zhǔn)確位置，放樣后應(yīng)對孔位進(jìn)行校核，確保孔位與設(shè)計(jì)方案一致，以沖孔中心放樣點(diǎn)為基準(zhǔn)埋設(shè)護(hù)筒，鋼制護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)略大于沖孔鉆頭，以確保沖孔的順利進(jìn)行。為了保證準(zhǔn)備工作的順利進(jìn)行，應(yīng)做好相關(guān)參數(shù)的控制，首先，護(hù)筒表面應(yīng)預(yù)留2～3個(gè)溢漿孔，以滿足泥漿外溢需求，合理控制鋼制護(hù)筒的入土深度，最小入土深度不能低于200mm，對于塌孔風(fēng)險(xiǎn)較高的軟弱土體，為了保證護(hù)筒的穩(wěn)定性，其入土深度應(yīng)適當(dāng)增加，嚴(yán)格控制鋼制護(hù)筒的外露長度，外露長度不能低于100mm，且護(hù)筒中心點(diǎn)與沖孔放樣中心點(diǎn)之間的偏差應(yīng)控制在50mm以內(nèi)。2)“正循環(huán)式”沖擊成孔及過程控制。沖孔機(jī)械與放樣點(diǎn)對準(zhǔn)后應(yīng)保持沖孔機(jī)械固定且平穩(wěn)，為了控制沖孔機(jī)械在作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，沖孔機(jī)械軌道支撐系應(yīng)使用沙袋墊平，以控制沖孔精度，避免沖孔過程中因沖孔機(jī)械移位而造成沖孔歪斜。沖孔起步階段設(shè)定為小行程高頻錘擊，合理控制沖擊錘的提升高度和沖擊頻率兩大參數(shù)，沖擊錘提升高度宜控制在0．5～0．6m，沖孔過程中應(yīng)伴隨泥漿護(hù)壁，一方面保持孔壁潤滑，降低沖孔阻力，另一方面，則提高孔壁的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)孔道塌方事故。當(dāng)沖孔鉆頭深入至軟弱土層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加護(hù)壁泥漿補(bǔ)給量，同時(shí)控制沖擊速率;沖孔至樁基礎(chǔ)持力層后，應(yīng)控制好鉆入持力層的深度，鉆入持力層深度應(yīng)控制在100～120mm，進(jìn)行第一次孔道清理，同時(shí)取樣送檢;護(hù)壁泥漿泵送采用正循環(huán)模式，在整個(gè)沖孔、清孔過程中，應(yīng)控制好孔道內(nèi)泥漿液面高度范圍，始終保證孔道內(nèi)護(hù)壁泥漿液面高度超過地下水位1．5m以上，同時(shí)控制好泥漿泵設(shè)備，保證設(shè)備工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性，確保孔道內(nèi)泥漿濃度始終處于合理范圍內(nèi)。泥漿正循環(huán)清孔示意見圖2。3)灌注樁鋼筋骨架焊接吊裝及過程控制。首次清孔完畢后，提起沖擊鉆頭，使用起重設(shè)備吊裝鋼筋骨架，鋼筋骨架采用分段焊接拼裝，為了保證鋼筋骨架的剛度和荷載穩(wěn)定性，應(yīng)嚴(yán)格控制同一截面內(nèi)的鋼筋接頭數(shù)量，同一截面內(nèi)的接頭數(shù)量不能超過鋼筋總數(shù)的50%，鋼筋骨架焊接應(yīng)嚴(yán)格按照鋼筋設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行。為了保證混凝土灌注后的鋼筋保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，吊裝鋼筋骨架后應(yīng)在鋼筋骨架外側(cè)墊設(shè)與保護(hù)層厚度相同的墊塊，應(yīng)合理控制墊塊布設(shè)間距，間距宜控制在2～2．5m，鋼筋骨架頂部應(yīng)焊接起吊環(huán)，以便于現(xiàn)場吊裝和位置控制。鋼筋骨架焊接采用搭焊形式，為了控制好焊接強(qiáng)度，搭接長度不能低于鋼筋直徑的10倍，相同截面內(nèi)的鋼筋搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開，以避免鋼筋骨架出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象;鋼筋骨架內(nèi)的接頭數(shù)量應(yīng)堅(jiān)持“宜少盡少”的原則，為了提高骨架的橫向剛度，骨架每隔3m增設(shè)一道“井字形”加勁撐，以提高鋼筋骨架主體的承載強(qiáng)度和抗變形剛度。4)灌注樁混凝土澆筑及質(zhì)量控制。在沖孔灌注樁混凝土澆筑過程中，混凝土經(jīng)注漿導(dǎo)管灌注至樁體內(nèi)，由于注漿管內(nèi)的混凝土液面高度高于清孔泥漿液面及孔道內(nèi)混凝土液面，注漿管內(nèi)的混凝土依靠壓力差和容重優(yōu)勢完成快速注漿作業(yè)［3］。注漿開始后，應(yīng)合理控制注漿管與孔底的距離，以提高注漿效率，注漿導(dǎo)管與孔底間距應(yīng)控制在400～500mm，澆筑用混凝土坍落落度指標(biāo)應(yīng)控制在180～220mm，以保證其施工和易性和流動性滿足灌注施工要求，當(dāng)混凝土灌注至距離樁頂3～5m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低坍落度指標(biāo)至150～160mm，以保證樁頂浮漿的澆筑質(zhì)量。應(yīng)合理控制注漿導(dǎo)管的抽提力度，確保導(dǎo)管抽提的連續(xù)性和穩(wěn)定性，抽提幅度不宜過大，以避免混凝土澆筑對孔道壁的沖刷影響，灌注過程中應(yīng)連續(xù)監(jiān)測澆筑面高度，從而合理確定每段澆筑的充盈系數(shù)，樁基礎(chǔ)混凝土澆筑充盈系數(shù)不能低于1．1。

4結(jié)語

以福建省福清市龍江汽車站項(xiàng)目為研究案例，基于深基坑支護(hù)工程應(yīng)用特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了沖孔灌注樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用及沖孔灌注樁的施工工藝和質(zhì)量控制問題，以期為其他類似項(xiàng)目提供借鑒。

參考文獻(xiàn):

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［3］向澤．沖孔灌注樁施工技術(shù)研究［D］．重慶:西南大學(xué)，2015．

作者：林建標(biāo) 單位：福州建工( 集團(tuán)) 總公司