云南第一高楼“春之眼”主楼桩基工程施工

2018-02-16肖弟康卢本琼

建筑施工 2018年12期

关键词：钢护筒护筒成孔

肖弟康卢本琼

重庆水利电力职业技术学院重庆 402160

1 工程概况

“春之眼”工程位于昆明市盘龙区东风广场兴仁街片区，其主楼77层，建筑高度为407 m，建筑面积逾200 000 m2，为云南第一高楼。

1.1 桩基设计参数

“春之眼”主楼桩基有503根桩，12种桩型，混凝土抗压强度等级为C50。桩径φ1 000 mm；设计桩顶绝对高程1 870.10～1 867.25 m；470根桩桩底绝对高程1 794.00 m，33根桩桩底绝对高程1 795.00 m；有效桩长73.25～76.10 m。桩基属端承摩擦型桩，单桩竖向抗压极限承载力30 000 kN，桩端持力层为粉砂、粉质黏土层。

桩身分段配筋，上部26.6 m主筋为16φ32 mm，中部25 m主筋为8φ32 mm，下部24.50～22.65 m主筋为8φ20 mm；上部5.50～8.75 m螺旋箍筋为φ10 mm@100 mm，其余为φ10 mm@200 mm；钢筋笼通长设置φ22 mm@1 500 mm加劲箍筋。

1.2 桩基施工难点分析

1）土方开挖问题。超长桩基穿越土层较多，需采取不同钻机成孔方法保证施工正常进行[1]。

2）地质问题。因工程地处青藏高原地震区，地质条件复杂，需要采取泥浆护壁措施保证桩基孔壁稳定。

3）桩钢筋笼超长，钢筋笼制安工艺要求高。

4）桩侧桩端后注浆施工问题。因桩基超长，桩侧注浆管阀常需多道且超规定间距设置；桩承载力大，桩端需注浆2次以满足要求。

2 桩基施工工艺流程

施工前准备→定位放线、桩位开孔→埋设护筒（含护筒加工）→钻机成孔（上部旋挖、下部正循环钻机成孔）→钢筋笼制作、吊装→二次清孔→混凝土浇灌→拔出护筒→桩孔回填→桩（侧）端后注浆

3 施工控制要点

3.1 桩基土方开挖

本工程桩基有效桩长逾70 m，先后穿越填土、黏土、圆砾、粉砂、粉质黏土、泥炭质黏土等土层。不同土层采取不同钻孔方法，以满足质量、成本、工期等要求。

1）上部钢护筒段（绝对高程1 888.50 m至桩顶）：成孔采用干成孔工艺，即选用φ800 mm旋挖钻机成孔。

2）下部有效桩长部分（桩顶至桩底）：施工现场试钻发现⑥1层（粉质黏土层）及以上土层粉质黏土采用循环钻机施工容易糊钻，钻孔困难且发生坍孔现象，为保证施工顺利进行，先采用旋挖钻机成孔穿透⑥1层粉质黏土，再用正循环钻机成孔至孔底。

3.2 桩基孔护壁措施

桩基穿越的圆砾层部分含卵石，粉质黏土层中含钙质结核，部分粉砂层夹腐殖物，极易导致坍孔，在钻机成孔过程中，需要采取相应的护壁措施。根据工程现场的实际情况，绝对高程1 888.50 m以上采用护筒护壁，绝对高程1 888.50 m以下至桩底采用泥浆护壁。

3.2.1 护筒护壁

为增加循环利用次数，降低施工成本，钢护筒的钢材强度等级为Q345。单根护筒长度10 m，为保证连接可靠，其接头处除采取对焊连接外，还采用同厚度、宽200 mm的钢板沿护筒外壁等间距帮焊补强。钢护筒埋设步骤如下。

1）堆放。将制作好的钢护筒运至待成孔桩位附近且在履带式起重机回转半径范围内。

2）吊运。将ICE（International Construction Equipment）振动锤固定于三轴搅拌桩机的桩架上，用ICE夹具夹住钢护筒顶部，将钢护筒吊离地面，运至桩位上方待埋设。

3）埋设。将钢护筒吊运至桩位上方对中，开动ICE振动锤，缓慢将钢护筒振动至绝对高程1 888.50 m。振动过程中，面对钢护筒呈90°的不同方位架设2台经纬仪监测钢护筒垂直度，发现钢护筒偏移及时纠正。

3.2.2 泥浆护壁

1）泥浆的主要性能指标。泥浆采用清水、膨润土和纯碱羚甲基纤维素钠（CMC）配制而成。设计泥浆质量密度为1.06～1.10 g/cm3，钻进过程中，泥浆质量密度控制在1.10～1.25 g/cm3，使泥浆具有一定的液柱压力，以平衡孔壁外围地层压力、稳定孔壁。黏度控制在23～ 28 s之间，以满足钻进护壁和二次清孔的要求。pH维持在8～9（加碱量为膨润土量的5%），使泥浆处于碱性状态，提高黏土的分散度。泥浆含砂率≤4%，降低对钻杆和钻头的磨损。

2）泥浆循环系统的设置。为节约施工成本和提高施工效率，泥浆需循环利用，同时也可大大降低二次污染。根据工程特点和工艺要求，设计了泥浆循环系统。

3.3 钢筋笼制安

为避免钢筋笼吊放过程中箍筋擦刮孔壁，在钢筋笼外设置耳环，以保证钢筋保护层厚度，耳环采用φ25 mm主筋制作，间距3 m（2倍加劲箍间距）。

1）控制主筋间距。因钢筋笼采用分段制作，需严格控制主筋间距以保证上下节钢筋笼的主筋对接接长。

2）钢筋笼吊装。主楼桩设置有注浆管，为避免吊装过程中对钢筋笼及注浆管造成弯曲变形、损坏，分节钢筋笼均采用双机抬吊法起吊。

3）吊点位置确定。采用双机抬吊法吊装钢筋笼，一字形钢筋笼横向摆放，钢筋笼可认为是均布荷载，其重心居中，吊点位置和数量根据钢筋笼的长度确定，并应符合起吊弯矩最小的原则，使正负弯矩平衡（相等）即可[2]。

4）钢筋笼接长。钢筋骨架对准护筒中心缓慢下放至设计标高，对分段制作的钢筋骨架，当前一段放入孔内后，即用钢管临时固定在钻机平台上，再起吊另一段，对准位置，连接合格后再次下放钢筋笼。依此完成钢筋笼接长。

5）钢筋笼固定。最上面一段钢筋笼用φ25 mm钢筋临时吊挂在护筒边上，检测钢筋笼中心位置及标高等符合设计要求后，将挂钩与护筒内壁焊接固定，避免在混凝土浇筑过程中整体上浮或位移。

3.4 桩侧桩端后注浆

3.4.1 桩侧后注浆

主楼东南角的地质条件较差，为保证单桩垂直承载力满足设计要求，此处的SYZB、YZ11、YZ12、YZ21及YZ31共5种桩型共计185根除了桩端后注浆外，尚需桩侧后注浆。桩侧注浆宜于成桩后2 d后开始。

1）注浆管阀多道且超规范规定间距设置。桩侧后注浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可离桩底5～15 m、桩顶8 m以下每隔6～12 m设置1道桩侧注浆阀，截面间距宜在8 m左右[3]。本项目桩侧后注浆的桩沿桩长设置3道注浆管阀（共3个注浆断面），桩断面位置分别为绝对高程1 819.00、1 834.00、1 849.00 m，截面间距15 m。桩侧注浆管阀应能承受1.0 MPa以上静水压力，管阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使管阀受损。管阀应具备逆止功能。

2）注浆孔布置。每道注浆管阀注浆孔数量不少于4孔，且应沿桩周均匀分布。

3）注浆导管设置。每一道桩侧注浆管阀设置1根注浆导管，注浆导管应选用钢管，其内径不宜小于25 mm，壁厚不应小于3.0 mm。注浆导管采用机械连接，接头处应缠绕止水胶带。

4）注浆水泥及用量。注浆采用P.O 42.5级新鲜水泥配制的浆液，受潮结块水泥不得使用。每道桩侧注浆的水泥用量不少于1.0 t，水灰比为0.55～0.60。

5）注浆压力及速度。注浆压力应大于注浆深度处土层压力，注浆流量不宜超过50 L/min。

6）注浆顺序。桩侧多断面注浆由上而下进行，桩侧每个断面注浆间隔时间不宜小于1 h。

7）注浆结束条件。桩侧后注浆结束控制采用注浆量和注浆压力双控方法，以水泥注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅：注浆总量达到设计要求；或者注浆总量已达到设计值的80%，泵送压力超过2.0 MPa可停止注浆。

3.4.2 桩端后注浆

桩侧注浆后，再进行桩端注浆，桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于2 h。桩基施工完毕并且桩身混凝土强度达到设计强度的70%或经桩身超声波检测后进行。

1）注浆导管设置。钢筋笼内设置3根注浆管，注浆管应沿钢筋笼周边均匀布置，管底位于桩底以下20～50 cm，以确保注浆管不受损坏。

2）注浆器设置。注浆器采用单向阀式注浆器且应长于钢筋笼底30cm。

3）开塞。桩身混凝土浇灌后7～8 h内，须对注浆管进行开塞，采用清水开塞。开塞压力0.8～1.2 MPa，开塞后立即停止注水。

4）注浆水泥及用量。注浆采用P.O 42.5新鲜水泥，每桩桩端注浆的水泥用量不少于6 t，水泥浆液水灰比为0.55～0.60，不得使用受潮结块水泥。

5）增强可灌性。现场配备与注浆器匹配的水泥浆液搅拌槽，注浆前对水泥浆充分搅拌4 min以上，再流经搅拌槽内设置的过滤网片，滤除可能存在的大颗粒水泥结块，防止堵塞浆管。浆液配制中可根据不同的地层条件加入一定比例的外加剂，以提高浆液的可灌性。

6）注浆速度为32～47 L/min，桩底压浆时，同一根桩中的全部压浆管宜同时均匀压入水泥浆，并随时检测桩顶位移和桩周土层的变化情况。

7）注浆。注浆过程中，控制好注浆压力和注浆速度，注浆过程应低压慢速。首次注浆压力0.6～1.0 MPa（宜为桩底静水压力的2～4倍），二次注浆压力＞1.0 MPa。首次注浆量宜为总注浆量的60%，首次、二次高压注浆间隔2～3 h（二次注浆在首次注浆的水泥初凝后）。

8）注浆结束条件。桩底注浆结束条件应实行注浆量与注浆压力双控的原则，以注浆量（水泥用量）控制为主，注浆压力控制为辅：当注浆水泥用量达到设计要求的6 t时，可终止注浆；当注浆压力＞3 MPa并持荷3 min，且注浆量达到设计注浆量的80%时，可终止注浆。

4 相关施工措施

4.1 气举反循环清孔

工程所在地粉砂层较厚，多层分布且易风化。安放钢筋笼耗费较长时间，粉砂层风化、剥落等致使孔底沉渣增多。当沉渣厚度超过10 cm时，在钢筋笼吊装完毕后，采用气举设备对孔底进行二次清孔、除渣，使孔底沉渣厚度满足要求。

4.2 混凝土灌注

为避免随时间延长而使桩底沉渣增厚，桩孔清孔完毕并经验收合格后，应立即进行浇筑工作。提前2 h与混凝土搅拌站取得联系，做好混凝土供应工作。

初灌量按照导管底端埋入混凝土面以下≥2.5 m控制，约为2 m3。终灌标高为设计桩顶以上5%的桩长，即主楼为设计桩顶以上3.9 m。混凝土终灌标高需用专用量具准确控制，避免过高造成费料，过低不满足设计要求。

4.3 桩孔回填

1）为保证人员、机械设备的安全，待桩内混凝土终凝后，及时对设计桩顶以上的空桩段进行桩孔回填。对立柱桩及共用桩以外的桩基，回填料可采用场地内的原土；对立柱桩及共用桩，回填料采用黄砂。

2）回填过程中注意对注浆管、声测管的保护。

5 工程质量问题处理

1）YZA5#桩基（浇筑前沉渣厚度50 cm）的注浆措施。桩端注浆压力、单位时间注浆量与土的性质、深度及注浆进程等有关，一般情况下，随着注浆工作的推进，后期注浆的桩注浆压力将有所增大，单位时间注浆量将有所降低。但该桩基存在虽注浆压力增大，单位时间注浆量却变化不大的异常情况。专家们论证分析认为产生这一情况的原因可能与基础地层裂隙大或地层中存在漏浆通道有关。可通过加大注浆量、增加注浆次数的方式进行处理。与此同时，注浆结束条件变更为：当注浆压力＞2 MPa，且注浆水泥用量不小于7 t时，可终止注浆。

2）SYZA1#桩基静载检验达不到设计要求的处理。专家们论证分析认为产生这一情况的原因可能与桩底沉渣清理不净或注浆器的设置不合理有关。可采用地质钻机在桩侧对称钻2个φ90 mm的小孔，孔深超过桩底500 mm，然后在所成孔中重新放2套注浆管，并在距离桩底约2 m处用托盘封堵，并用水泥浆液封孔，待成孔5 d后重新注浆。