大直径扩底灌注桩逆作法施工控制关键技术

王 斌

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030024)

1 技术指标

大直径钻孔扩底灌注桩通常是指采用机械或人工成孔，孔径大于700mm，桩底再进行扩大的混凝土桩。大直径扩底灌注桩与一般灌注桩之间技术指标见表1。

表1 大直径扩孔桩与灌注桩技术指标比较

通过比较，大直径扩底灌注桩的优点是施工简单、效率高、质量好、承载力高、造价低。多采用一柱一桩形式。

2 施工控制关键技术

1)垂直度控制。大直径扩底灌注桩要求桩的垂直度精度，在施工过程中如果倾斜太大，会产生偏心荷载，导致桩体产生不均匀沉降，如果沉降差过大，影响工程质量。这就要求施工时，对钻杆的垂直度有很高的要求，保证x和y竖向偏差不大于5‰，这样成桩后的垂直度偏差控制在1%以内。首先在施工前对场地进行平整，平整度控制在规范许可内，其次在钻进过程中，随着钻孔深度适时调整钻杆的垂直度，保证成孔的质量。

2)扩底尺寸控制。大直径钻孔扩底灌注桩属于端承摩擦桩，承载力主要是由桩端土的端阻力及桩侧土的摩阻力承担。所以对于桩端尺寸有严格的要求，必须进行严格的计算，桩底尺寸在保证承载力的前提下尽量最优，一般桩底直径是桩身直径的3倍左右。这样既保证工程质量，同时也不会造成不必要的材料浪费。同时要求成孔后由专职人员进行检查，严格按照施工图纸施工。

3)孔底不留虚土。大直径桩多以端承摩擦桩为主，承载力主要是由桩端土的端阻力及桩侧土的摩阻力承担。为了提高桩的承载力，必须保证成孔后孔底不留虚土，虚土的存在使得桩的端阻力下降，工后沉降偏大，影响桩的质量。产生孔底虚土的原因及防治措施有以下几方面:a.若成孔位置处遇到松散填土或砖、生活杂物，同时成孔后孔壁暴露空气土体水分散失过多，土体脱落。预防措施是:机械钻孔、人工扩底后，将扩底土与虚土一并取出，并将孔底夯实。b.当人工扩底结束后，后续工序跟不上，造成孔壁土体长时间暴露在空气中，土体中水分散失，造成塌方。预防措施:合理安排好各个工序的时间衔接，尽量缩短工序的时间间隔，同时在进行下一工序前检查孔底虚土，如果发现虚土过多，必须清理干净再进行浇筑混凝土。如果塌孔比较严重必须把坍塌的土清理干净，必要时可以把钢筋笼提起。c.在吊放钢筋笼和漏斗过程中，孔口或孔壁土碰撞掉入孔底，并且在提钻时，土体从孔隙中掉入孔底，造成孔底虚土过多。采取的措施是:在成孔时放置孔口护筒，直径略比孔径大;钻机在钻进前应检查钻杆的质量，保证钻机的质量。

4)钢筋骨架符合设计要求。钢筋骨架在现场绑扎完成，在制作过程中，为了在吊装入孔时，保证钢筋骨架的刚度。在吊放钢筋笼前要检查钢筋笼是否符合设计要求和规范标准，吊放时应做到仔细，工艺严格要求。钢筋笼吊放结束后应检查钢筋笼与孔壁土体的间距，保证钢筋有足够的混凝土保护层厚度。

5)混凝土浇筑质量。大直径扩底桩采用C30混凝土进行浇筑，坍落度控制在80 mm～100 mm，偏差在±20 mm。当钢筋笼放置完成后浇筑混凝土前应检查孔底虚土厚度是否符合要求，如果符合才能浇筑。避免浇筑过程离析现象，在浇筑的过程中一般不进行振捣，而是采用长串筒管深入桩底进行浇筑，距桩底2 m。当混凝土浇筑至扩大头部的一半高度处，安放钢筋笼然后继续分层浇筑混凝土。每层浇筑厚度为50 cm～60 cm，最大不能超过150 cm，分层浇筑，分层振捣，快插慢拔。

3 施工过程中控制措施

1)支柱桩的正确定位。逆作法施工扩孔灌注桩时，对于桩柱的竖向及水平位移参数要求严格，必须按照规范要求进行，要求偏差在20 mm以内，垂直度小于1/300，在施工过程中采用施工动态控制措施对精度进行控制。对于立柱要按下部工程的种类设计专用定位仪器并采用具体定位措施，然后再浇筑混凝土。

2)支柱桩垂直精度调控。通过在临时支柱处安设倾斜仪来控制精度，倾斜度应不大于3%，柱横截面的x，y两个方向容许变位在50 mm以内。对于场地的平整度，可借助于全站仪或经纬仪确保平面精度。地下室每层钢结构临时支撑的竖向偏差必须在容许范围内，只要不改变垂直受力性能，可以在施工到该层劲性钢筋混凝土柱时进行调整。但如果在比较深的位置处出现精度超值，则必须调整。支撑柱的垂直精度可通过调整台架、桩头送桩、桩本身自重等来调节桩的垂直性。

3)土方开挖技术。在高层建筑中基础多采用一明二暗的逆作法施工［1］，为了节约工期，在基坑周围没有进行地下连续墙、钢板桩、锚钉墙等加固支护，当土方开挖时，为了保证土体变形控制在规范允许值之内，是基坑开挖成败的关键。在基坑设计施工时，主要依据朗肯理论，但是逆作法施工过程是先浇筑混凝土结构然后开挖土方，土体受力状态发生一系列的变化，从静止土压力、主动土压力再到被动土压力。就主动土压力而言，墙体从原始状态产生位移，只有位移量达到某临界值时，静止土压力才会逐渐衰减到主动土压力，若位移达不到这个值，土压力将处于静止土压力与主动土压力之间。开挖的土成因不同，土体粘聚力数值差距很大。在逆作法应用朗肯土压力计算主动土压力时摩擦角采用等值摩擦角，公式如下:

其中，φD为等值摩擦角，弧度;φ为地基土的内摩擦角，弧度;c为基坑土的粘聚力，kPa;H为挖土深度，m;γ为地基土的容重，kN/m3。

对于同样的土层地质分布，相比于传统的顺作法施工，逆作法施工土体产生的压力很小，同时土体在施工过程中产生的位移也很小。在土方开挖的过程中还应考虑空间效应影响，开挖深度与长度有关，开挖面必然受到相邻的两面的支撑，因此在开挖平面的四个角一定范围内，受力状态与中部是不一样的［2］，因此需要考虑计算空间效应影响范围和系数。

另外，逆作法施工过程中应考虑土体的时间效应理论［3］，软塑粘土及淤泥多采用时间效应理论分析土体变形。土是由固相、气相和液态组成，土体颗粒间的液态水随着土体开挖暴露于空气中时间越长散失的越多，水分的散失会影响土体的强度，因此时间效应理论对粘性土及塑性土同样适用。本工程采用逆作法，取运土方严重限制，基坑开挖土体暴露时间较长，土中水分散失较多，当受到外荷载作用时，土体结构应力分布不均匀，使得土体粘土颗粒排列发生变化，抗剪强度减小，容易发生破坏。

通过运用朗肯理论进行理论分析计算，结合空间效应理论和时间效应理论进行定性分析，确定合理的开挖顺序、分层开挖，找出逆作法施工中的最危险区域，采用合理分段、分层错层逐步开挖，减少土体暴露时间，降低时间效应对土体的影响。

4 施工过程中的动态控制

具体工程中土体的受力状态与岩土力学理论计算有很大的差距，为了工程桩的质量，对施工过程中每一个工序、每一个参数都有严格的要求和控制，并且对于桩的竖向和水平位移进行全程监测［4］，根据现场实际监测结果和工程桩的静载荷试验P—S曲线结合勘察地质报告等数据，估算一个地基承载力，找出一个接近的地基垂直支撑刚度，在具体的施工过程中，按照实际施工过程中土质情况反算土体力学参数对施工参数及工艺进行修正［4］，估算的土体垂直刚度可按桩土承载比进行计算，土体实际承受荷载为:

其中，p1为1层的总荷载，kN;p2为2层的总荷载，kN;λ为桩土承担荷载比;μ为土体固结度，根据一维固结理论求得，pr＜βf，β取0.5，f为天然地基承载设计值。

当相邻柱间土体位移超过报警值时，必须停止上部结构施工，或者浇筑主体结构局部放慢或加速挖土，同时结合采用注浆和加固措施。施工过程中采用动态控制可以保证沉降差控制在规范允许的范围内。

5 结语

通过对大直径扩底灌注桩施工过程中关键指标进行比较，并且在施工过程中对各个关键技术加以控制，结合朗肯土压力理论、空间效应和时间效应，运用动态控制手段，减小施工过程中产生的差异沉降。

［1］ 王有为，夏靖华，杜文库，等.城市地下空间开发利用设计施工技术若干问题［J］.建筑科学，2000(3):5-6.

［2］ June Sharp，Ted Splitter，John Sturman.Case Study of Support Critical Utilities For Underground Facilities，Urbana，1999:1060-1069.

［3］ 金瑞君，徐 伟.深大基坑开挖施工中的塑性区发展规律分析应用［J］.建筑技术，2000，31(11):767-770.

［4］ 张莉莉.逆作法施工条件下土压力的分布及其地下连续墙的影响［J］.建筑施工，1998(4):35-37.