在深基坑支護沖孔灌注樁應用施工控制
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摘要:隨著城市基礎設施建設的快速發展，建筑基礎結構施工難度逐漸增加，為了滿足建筑基礎施工要求，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目為研究背景，具體分析了沖孔灌注樁在深基坑支護中的應用特點，重點闡述了沖孔灌注樁的施工工藝及質量控制措施。
關鍵詞:深基坑;沖孔灌注樁;施工工藝;質量控制
前言
隨著城市化進程的不斷推進，城市人口數量將持續攀升，給城市基礎設施建設帶來重大挑戰。為了提高基礎設施對大量人口的接納能力，工民建建筑結構必然要向超高、大跨等方向發展，而大跨、超高層建筑基礎結構施工必須在深基坑內完成，為保證基坑側壁的穩定性，必須對建筑結構深基坑進行必要的支護。目前建筑結構施工，因大跨、超深、復雜地質條件等特點，如何解決好深基坑的安全開挖及基坑側壁的穩定性，同時又兼顧好基坑開挖及支護成本是基礎工程領域亟待解決的問題［1］。本文以福建省福清市龍江汽車站項目為例，重點分析沖孔灌注樁在深基坑支護中的應用，并就該樁的施工質量控制工藝進行深入分析，為該樁在深基坑支護中的應用提供借鑒。
1項目概況
福建省福清市龍江汽車站項目地處福清市龍江街道大真線與龍逕環路交叉口東南側，施工區域原作為菜地使用，菜地內敷設有一條沿東西向的灌溉渠，渠道內水深約為1．2m;汽車站主體工程為1棟6層鋼筋混凝土框架結構(地上部分5層，地下部分1層)、1棟1層鋼筋混凝土框架結構及1棟2層鋼筋混凝土框架廊道。考慮到現場地質條件相對復雜、地下各類管線交錯、地下水位較高，為了確保主體結構安全可靠，基礎擬選用樁基礎形式，樁基礎類型為沖孔灌注樁，樁端持力層為碎塊狀強風化凝灰巖，為了確保樁端承壓可靠，沖孔灌注樁深入持力層厚度應大于1．5m。項目使用的沖孔灌注樁樁身為混凝土形式，混凝土設計強度為C30，混凝土配合比按照水下混凝土標準設計，坍落度為180～220mm，樁身現澆混凝土水灰比不應超過0．5，為了避免出現樁基礎內鋼筋銹蝕及混凝土結構的“堿－骨料”反應，樁身混凝土氯離子含量不能超過0．15%，且堿性物質占比不能超過3．0kg/m3;為了保障沖孔灌注樁的順利施工，施工現場應配套完備的施工機具。項目主要施工機具配套情況見表1。表1施工機具配套情況機具設備數量/臺額定功率/(kW/臺)沖擊鉆進機械1237．5泥漿循環泵1018焊接機械517．5鋼筋加工機械73
2深基坑支護工程應用特點
隨著基坑深度、地質條件復雜程度的不斷提高，放坡、護坡等常規基坑支護體系已無法滿足深基坑的支護要求，通過總結大量深基坑支護施工經驗發現，目前深基坑支護具備以下突出特點。1)深基坑支護設計標準不斷深入。傳統的基坑支護體系設計主要以強度作為控制參數，認為基坑支護體系強度是控制基坑穩定性的關鍵因素，對支護體系的抗變形剛度、受荷位移、體系變形及基坑土體穩定性的關注度不夠;隨著基坑開挖深度的提高，加之復雜地質條件、既有管線等因素的影響，在設計基坑支護系時，不能單純以強度作為控制參數，應綜合強度、抗變形剛度、土體變形等參數進行優化設計，以力求實現深基坑支護體系的可靠性、安全性、經濟性。2)深基坑設計與施工的結合程度進一步深化。傳統的基坑設計與施工環節存在嚴重的脫節問題，由于設計與施工兩方的對接不到位，導致支護設計方案中的土層分布、地質條件、地下水位等參數與施工實際不符;為了避免以上問題的出現，深基坑在設計與施工過程中的結合程度得到大幅提升，設計方向施工現場派駐設計代表，通過現場勘察論證工程實際與設計假定之間的差異，根據實際勘察結果反推支護設計方案，對原方案進行優化改進［1］，對現場遇到的特殊地質條件應聯合施工方開展專項設計，且設計方案中應對施工工藝做出具體規定。3)第三方基坑監測得到快速發展。早期的基坑開挖及支護施工因施工環境相對單一，施工現場空間較大，一般未對基坑變形進行單獨監測;但隨著城市化進程的推進，城市中的基坑施工條件日益苛刻，大量既有建筑基礎、地下管線、城市基礎設施對基坑的開挖及支護施工帶來嚴重的不利影響，如果未對基坑及支護系進行實時監測，一旦出現大變形、大位移而無法及時預警，必將造成嚴重的基坑坍塌事故。目前，在深基坑開挖及支護施工項目中，基坑監測已成為必不可少的環節，基坑監測數據對基坑開挖及支護起到了重要保障作用。
3沖孔灌注樁施工質量控制工藝分析
3．1沖孔灌注樁施工工藝流程
根據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、導管二次清孔、混凝土現場灌注及成樁等環節。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量控制措施
1)施工預備及參數控制。施工預備主要包括樁位放樣和護筒埋設方面。在施工現場設計沖孔位置標定縱橫十字線，測繪人員現場放出沖孔的準確位置，放樣后應對孔位進行校核，確保孔位與設計方案一致，以沖孔中心放樣點為基準埋設護筒，鋼制護筒內徑應略大于沖孔鉆頭，以確保沖孔的順利進行。為了保證準備工作的順利進行，應做好相關參數的控制，首先，護筒表面應預留2～3個溢漿孔，以滿足泥漿外溢需求，合理控制鋼制護筒的入土深度，最小入土深度不能低于200mm，對于塌孔風險較高的軟弱土體，為了保證護筒的穩定性，其入土深度應適當增加，嚴格控制鋼制護筒的外露長度，外露長度不能低于100mm，且護筒中心點與沖孔放樣中心點之間的偏差應控制在50mm以內。2)“正循環式”沖擊成孔及過程控制。沖孔機械與放樣點對準后應保持沖孔機械固定且平穩，為了控制沖孔機械在作業過程中的穩定性，沖孔機械軌道支撐系應使用沙袋墊平，以控制沖孔精度，避免沖孔過程中因沖孔機械移位而造成沖孔歪斜。沖孔起步階段設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，沖擊錘提升高度宜控制在0．5～0．6m，沖孔過程中應伴隨泥漿護壁，一方面保持孔壁潤滑，降低沖孔阻力，另一方面，則提高孔壁的穩定性，避免出現孔道塌方事故。當沖孔鉆頭深入至軟弱土層時，應適當增加護壁泥漿補給量，同時控制沖擊速率;沖孔至樁基礎持力層后，應控制好鉆入持力層的深度，鉆入持力層深度應控制在100～120mm，進行第一次孔道清理，同時取樣送檢;護壁泥漿泵送采用正循環模式，在整個沖孔、清孔過程中，應控制好孔道內泥漿液面高度范圍，始終保證孔道內護壁泥漿液面高度超過地下水位1．5m以上，同時控制好泥漿泵設備，保證設備工作的連續性和穩定性，確保孔道內泥漿濃度始終處于合理范圍內。泥漿正循環清孔示意見圖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定性，應嚴格控制同一截面內的鋼筋接頭數量，同一截面內的接頭數量不能超過鋼筋總數的50%，鋼筋骨架焊接應嚴格按照鋼筋設計圖紙進行。為了保證混凝土灌注后的鋼筋保護層厚度滿足設計要求，吊裝鋼筋骨架后應在鋼筋骨架外側墊設與保護層厚度相同的墊塊，應合理控制墊塊布設間距，間距宜控制在2～2．5m，鋼筋骨架頂部應焊接起吊環，以便于現場吊裝和位置控制。鋼筋骨架焊接采用搭焊形式，為了控制好焊接強度，搭接長度不能低于鋼筋直徑的10倍，相同截面內的鋼筋搭接位置應相互錯開，以避免鋼筋骨架出現應力集中現象;鋼筋骨架內的接頭數量應堅持“宜少盡少”的原則，為了提高骨架的橫向剛度，骨架每隔3m增設一道“井字形”加勁撐，以提高鋼筋骨架主體的承載強度和抗變形剛度。4)灌注樁混凝土澆筑及質量控制。在沖孔灌注樁混凝土澆筑過程中，混凝土經注漿導管灌注至樁體內，由于注漿管內的混凝土液面高度高于清孔泥漿液面及孔道內混凝土液面，注漿管內的混凝土依靠壓力差和容重優勢完成快速注漿作業［3］。注漿開始后，應合理控制注漿管與孔底的距離，以提高注漿效率，注漿導管與孔底間距應控制在400～500mm，澆筑用混凝土坍落落度指標應控制在180～220mm，以保證其施工和易性和流動性滿足灌注施工要求，當混凝土灌注至距離樁頂3～5m時，應適當降低坍落度指標至150～160mm，以保證樁頂浮漿的澆筑質量。應合理控制注漿導管的抽提力度，確保導管抽提的連續性和穩定性，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，灌注過程中應連續監測澆筑面高度，從而合理確定每段澆筑的充盈系數，樁基礎混凝土澆筑充盈系數不能低于1．1。
4結語
以福建省福清市龍江汽車站項目為研究案例，基于深基坑支護工程應用特點，重點分析了沖孔灌注樁在深基坑支護中的應用及沖孔灌注樁的施工工藝和質量控制問題，以期為其他類似項目提供借鑒。
參考文獻:
［1］王首昊．碧水灣項目深基坑支護方案優化研究與應用［D］．沈陽:沈陽建筑大學，2019．
［2］徐國梁．基坑支護沖孔灌注樁施工技術［J］．施工技術，2013，43(S1):114－117．
［3］向澤．沖孔灌注樁施工技術研究［D］．重慶:西南大學，2015．
作者：林建標 單位：福州建工( 集團) 總公司