【摘要】隨著我國(guó)工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，樁基也向大直徑、高承載力方向發(fā)展。大直徑擴(kuò)底樁因其具備顯著增加承載力的特點(diǎn)而越來(lái)越被建設(shè)、設(shè)計(jì)單位選用。本文結(jié)合某工程實(shí)例，介紹了采用旋挖機(jī)擴(kuò)底灌注樁成孔的施工工藝，分析其特點(diǎn)，對(duì)其他工程具有借鑒意義。
旋挖擴(kuò)底灌注樁是一種新型的成樁工藝，和傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，在不增加樁徑、樁長(zhǎng)的情況下，只是在孔底部形成擴(kuò)大頭，單樁承載力即可顯著增加；由于人工挖孔擴(kuò)底樁安全性難以保證，旋挖擴(kuò)底灌注樁具有明顯的優(yōu)勢(shì)。下文即通過(guò)某工程實(shí)例，對(duì)干作業(yè)旋挖擴(kuò)底灌注樁的成孔工藝原理、質(zhì)量控制、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
一、工程概況
1.1工程簡(jiǎn)介
中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所投資新建的系統(tǒng)裝備研制綜合保障大樓建設(shè)項(xiàng)目位于南京市后標(biāo)營(yíng)路99號(hào)二十八所院內(nèi)，該大樓地下2層，地下室開挖深度約10米；地上13層，其中1～4層為裙房，框架結(jié)構(gòu)；最大柱距10*9.6米，單柱最大軸力為12000KN。
1.2工程地質(zhì)情況
樁基深度范圍內(nèi)自上而下的地層工程性質(zhì)如下：
①-1層雜填土：灰黃色，灰褐色，以建筑垃圾為主，含大量碎石、砼、碎磚等。局部地段在0.0～0.5米左右可見混凝土地坪。該層土質(zhì)松散，堆積無(wú)規(guī)律，填齡小于5年。該層土質(zhì)不均，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布。該層層厚0.5～3.5米，層底埋深0.5～3.5米。
?、?2 層素填土：黃褐色，局部灰褐色，成分以粉質(zhì)粘土為主，土質(zhì)不均勻，土質(zhì)松散，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布，填齡小于5年。該層層厚0.5～3.0米，層底埋深1.2～4.3米。
?、趯臃圪|(zhì)粘土：黃褐色，局部灰黃色，可塑，中壓縮性，土質(zhì)不均，含F(xiàn)e、Mn質(zhì)氧化物。無(wú)搖振反應(yīng)，土切面稍有光澤，韌性中等，干強(qiáng)度中等。層厚0.7～7.7米，層底埋深2.1～9.4米。
?、蹖臃圪|(zhì)粘土：黃褐色，硬塑狀態(tài)為主，局部可塑，中壓縮性，土質(zhì)不均，含F(xiàn)e、Mn質(zhì)氧化物，局部含高嶺土團(tuán)塊。無(wú)搖振反應(yīng)，切面有光澤，韌性中等，干強(qiáng)度中等。層厚0.2～9.5米，層底埋深7.2～11.1米。
?、軐勇咽瘜樱夯尹S色，中～密實(shí)狀態(tài)；卵石為石英質(zhì)，亞圓形，粒徑約3～12cm，最大粒徑達(dá)20cm，卵石中充填可塑狀粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不均，場(chǎng)地均分布，層厚0.8～3.7米，層底埋深8.9～14.3米。
⑤-1層全風(fēng)化泥巖：紫紅色，層狀結(jié)構(gòu)，巖體組織結(jié)構(gòu)已完全破壞，礦物成份顯著變化，風(fēng)化強(qiáng)烈呈碎塊狀，手捏易碎。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，浸水易軟化，整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布，層厚1.7～6.2米，層底埋深13.4～17.8米。
⑤-2層中風(fēng)化泥巖：紫紅色，層狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體較完整，局部含泥質(zhì)砂巖。主要礦物成分為長(zhǎng)石，裂隙稍發(fā)育，巖芯采取率大于80%。為完整極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，浸水易軟化，該層未鉆穿。
二、工程樁設(shè)計(jì)參數(shù)
該工程樁基由江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，因上部建筑布局的需要，柱距較長(zhǎng)，造成單樁承載力較大。設(shè)計(jì)采用擴(kuò)底樁，樁長(zhǎng)約7-8米，樁徑1000mm-1800mm，樁端入巖部分?jǐn)U孔直徑為樁徑的2倍，樁身砼強(qiáng)度等級(jí)為C30，根數(shù)為236根，
三、成樁工藝的選用
因前期手續(xù)的耽擱，建設(shè)單位對(duì)工程樁工期要求高。施工單位在分析地質(zhì)報(bào)告后，認(rèn)為該工程位于山坡上，地下水位低；場(chǎng)地為粉質(zhì)粘土，宜于成孔；并結(jié)合其在類似場(chǎng)地施工經(jīng)驗(yàn)，確定采用干作業(yè)旋挖擴(kuò)底成孔的方法，在工期上最大限度地滿足了建設(shè)單位的要求。
確定成樁工藝后，施工單位詳細(xì)制定了專項(xiàng)施工方案，對(duì)四種孔徑進(jìn)行試樁試驗(yàn)，試樁結(jié)果及專項(xiàng)施工方案經(jīng)專家論證后，由設(shè)計(jì)院確認(rèn)使用該成樁工藝。
四、旋挖灌注樁擴(kuò)底原理和擴(kuò)底試驗(yàn)及結(jié)果
4.1擴(kuò)底機(jī)具的原理和結(jié)構(gòu)
擴(kuò)底機(jī)具是鉆孔擴(kuò)底樁施工的關(guān)鍵。其構(gòu)造原理是利用鉆桿下壓帶動(dòng)活動(dòng)套桿，使鉸接鉆齒擴(kuò)張，一層層向外切削土層至設(shè)計(jì)尺寸。本工程采用雙瓣擴(kuò)孔鉆頭，根據(jù)試樁確定擴(kuò)底成孔的最大行程和對(duì)應(yīng)穩(wěn)壓油壓值。
4.2工程樁擴(kuò)底位置地質(zhì)條件
該工程樁基擴(kuò)底位置位于⑤-2層中風(fēng)化泥巖，該地層地質(zhì)情況：紫紅色，層狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體較完整，局部含泥質(zhì)砂巖。主要礦物成分為長(zhǎng)石，裂隙稍發(fā)育，巖芯采取率大于80%。為完整極軟巖，巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1.201mpa，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，浸水易軟化。
4.3擴(kuò)底鉆頭結(jié)構(gòu)及參數(shù)
4.4試樁、試成孔擴(kuò)底試驗(yàn)及結(jié)果
為保證擴(kuò)孔質(zhì)量，工程樁施工前進(jìn)行了以下擴(kuò)孔試驗(yàn)及試樁：
?。?）針對(duì)KD1000、KD1200、KD1500、KD1800四種規(guī)格的擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行了地面張、收試驗(yàn)，并與“擴(kuò)底鉆頭技術(shù)參數(shù)表”相對(duì)照。主要檢查全收、全張時(shí)鉆頭長(zhǎng)度、鉆頭擴(kuò)底時(shí)最大行程、全張時(shí)最大擴(kuò)底直徑、相對(duì)應(yīng)油壓值等技術(shù)參數(shù)及相互關(guān)系。
（2）前期進(jìn)行了5根樁的試樁試驗(yàn)，并對(duì)擴(kuò)大頭在施工過(guò)程中進(jìn)行了有關(guān)擴(kuò)大尺寸與擴(kuò)底鉆頭張開與鉆桿行程、旋挖鉆機(jī)油壓值關(guān)系原始數(shù)據(jù)積累。
（3）在工程樁正式施工前，又針對(duì)不同直徑樁型進(jìn)行試成孔試驗(yàn)，并記錄擴(kuò)底成孔的最大行程及對(duì)應(yīng)機(jī)械穩(wěn)壓油壓值。
通過(guò)試成孔試驗(yàn)和試樁效果，結(jié)合施工單位施工相類似地層旋挖擴(kuò)大頭的施工經(jīng)驗(yàn)，該中風(fēng)化巖層具備采用擴(kuò)大頭灌注樁施工工藝，旋挖鉆機(jī)在進(jìn)入中風(fēng)化巖層擴(kuò)孔達(dá)到相對(duì)應(yīng)擴(kuò)大頭尺寸的油壓值為260bar-340bar，并結(jié)合鉆桿實(shí)際行程進(jìn)行控制。本工程擴(kuò)底尺寸在施工過(guò)程中通過(guò)下表數(shù)據(jù)來(lái)控制擴(kuò)底尺寸。五、主要施工工藝及技術(shù)
5.1工藝流程圖
5.2主要施工技術(shù)
（1）施工準(zhǔn)備
?、賵?chǎng)地平整。先平整場(chǎng)地、清除雜物、換除軟土、夯打密實(shí)。
②測(cè)量定位。根據(jù)樁位測(cè)量精度要求準(zhǔn)確放樣，并設(shè)置護(hù)樁，以便隨時(shí)對(duì)樁位和成孔質(zhì)量進(jìn)行檢查。
?、廴藛T、設(shè)備、機(jī)具進(jìn)場(chǎng)到位。
?、茕撟o(hù)筒制作與安裝。為解決樁施工過(guò)程中塌孔現(xiàn)象，采用直徑較樁徑大10cm的鋼護(hù)筒，長(zhǎng)度10米，旋挖鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓入地面。灌注混凝土后將護(hù)筒拔出循環(huán)使用。
?。?）鉆機(jī)就位
履帶式旋挖鉆機(jī)自行到位，鉆機(jī)鉆頭與樁位對(duì)位，其位置偏差不大于2cm。鉆機(jī)一旦就位，成孔前不得隨意移動(dòng)。
?。?）鉆孔及擴(kuò)底
?、巽@孔前，首先將鉆機(jī)縱橫調(diào)平，調(diào)直桅桿，確保其垂直度。
?、诶眯阢@斗按正常鉆孔工藝鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，記錄鉆桿行程讀數(shù)。
③將鉆桿提出孔外，用擴(kuò)底鉆具更換旋挖鉆斗，將擴(kuò)底鉆放至孔底，通過(guò)兩種鉆頭長(zhǎng)度尺寸之差，修正實(shí)際擴(kuò)底行程。
?、苓M(jìn)行慢速旋轉(zhuǎn)和下壓，使擴(kuò)底鉆緩慢張開并進(jìn)行擴(kuò)底作業(yè)，當(dāng)其完全張開時(shí)，采取在旋挖設(shè)備儀表盤上鉆桿行程及油壓值來(lái)控制（詳見下表）。
?、葶@頭張開至設(shè)計(jì)要求后，在原位不加壓快速旋轉(zhuǎn)10min左右，停止旋轉(zhuǎn)并向上勻速提出鉆頭，并檢查擴(kuò)底鉆頭變形情況，并針對(duì)變形情況作出修復(fù)和加固補(bǔ)強(qiáng)。
?。?）清孔
?、贁U(kuò)大頭施工結(jié)束后，更換平底撈渣鉆頭進(jìn)行清孔，便孔內(nèi)虛土沉渣符合設(shè)計(jì)要求。
?、阢@孔過(guò)程中要做好鉆孔記錄。
?、矍蹇缀蠹皶r(shí)將孔口用木板覆蓋。
?。?）樁孔檢查
利用測(cè)繩及傘型檢孔器檢測(cè)孔深、孔徑、垂直度及沉渣厚度。檢孔合格后，及時(shí)進(jìn)行下一道工序。
?。?）孔口防護(hù)
在灌樁前對(duì)孔口進(jìn)行覆蓋防護(hù)，注意灌樁前間歇時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。
（7）其它工序的施工步驟參照灌注樁施工工序。
六、成孔的質(zhì)量檢驗(yàn)
6.1大直徑擴(kuò)底樁成孔施工前，應(yīng)試成孔。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的建筑場(chǎng)地，試成孔可結(jié)合工程樁進(jìn)行。
6.2成孔檢測(cè)應(yīng)包括：孔深、孔徑、垂直度、擴(kuò)大端尺寸、孔底沉渣厚度等。
6.3機(jī)械成孔擴(kuò)底灌注樁可采用超聲波檢測(cè)。
6.4孔底沉渣檢查，可根據(jù)旋挖設(shè)備儀表盤上成孔前后鉆桿行程讀數(shù)進(jìn)行判定，并結(jié)合兩次成孔深度采用重錘測(cè)量深度數(shù)據(jù)來(lái)檢查孔底沉渣厚度。
6.5擴(kuò)底尺寸驗(yàn)收主要通過(guò)更換鉆頭后鉆桿行程和油壓值來(lái)確認(rèn)擴(kuò)大頭尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求尺寸。擴(kuò)底端直徑也可通過(guò)傘形孔徑儀來(lái)檢查，并通過(guò)砼用量來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。
七、旋挖灌注樁擴(kuò)底成孔工藝的優(yōu)點(diǎn)：
7.1成孔速度快：和傳統(tǒng)鉆孔樁、挖孔樁相比，成孔質(zhì)量高，施工進(jìn)度快。該工程平均每天12小時(shí)成樁6-7根，如采用人工挖孔樁，17-18米深的成孔，每根樁約需要5-6天。
7.2機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)方便，樁孔對(duì)位準(zhǔn)確：旋挖機(jī)采用履帶式底盤，在現(xiàn)場(chǎng)可以便捷地快速地任意移動(dòng)，而傳統(tǒng)的水鉆孔灌注樁設(shè)備移動(dòng)時(shí)需要吊機(jī)配合，就近成孔。旋挖機(jī)在對(duì)樁位過(guò)程中，操作人員在駕駛室內(nèi)利用電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)精確的對(duì)位，誤差小，而這又是傳統(tǒng)設(shè)備所無(wú)法達(dá)到的。
7.3綜合造價(jià)低：設(shè)計(jì)選型階段，考慮到該工程如采用水鉆孔灌注樁，同樣單樁承載力則樁長(zhǎng)、樁徑都有所增加，為避免造價(jià)明顯增加，選用了擴(kuò)底樁；在施工方案論證階段，如采用人工挖孔灌注樁，除去安全性和工期考慮外，護(hù)壁混凝土也是不小的開支。經(jīng)過(guò)比較，該工程選用干作業(yè)旋挖擴(kuò)底灌注樁比人工挖孔擴(kuò)底灌注樁要節(jié)省20%造價(jià)。
7.4環(huán)保特點(diǎn)：傳統(tǒng)的水鉆孔灌注樁產(chǎn)生大量的泥漿需要外運(yùn)，而干成孔旋挖工藝只產(chǎn)生土方，可以用于回填。
八、結(jié)束語(yǔ)：
旋挖擴(kuò)底成孔工藝作為一種新的施工方法已在我市逐步運(yùn)用，考慮到其完成的項(xiàng)目很少，積累的相關(guān)參數(shù)不足，現(xiàn)階段南京市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站要求在開工前對(duì)施工工藝組織專家論證。通過(guò)在二十八所系統(tǒng)裝備研制綜合保障大樓的實(shí)際運(yùn)用，我感到旋挖擴(kuò)底成孔工藝具有施工速度快、造價(jià)低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，雖然工程中也遇到塌孔等情況，但是我認(rèn)為此工藝在我市大型公共建筑項(xiàng)目上具有良好的發(fā)展前景。
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