加勒比海地区旋挖钻孔灌注桩施工技术

朱慧玲

上海建工股份有限公司海外事业部 上海 200032

旋挖钻孔灌注桩因其适应范围广、效率高、污染少、成本低等特点，日益成为建筑工程地基的首选。目前，旋挖钻孔灌注桩在加勒比地区罕有应用，但随着相关工程的不断开展，施挖钻孔灌注桩今后在该地区将有更大市场。因此，探讨如何提高该地区旋挖钻孔灌注桩施工技术，并满足美国规范标准要求，对确保工程推进十分重要[1-5]。

1 工程概况

库瓦儿童医院工程位于中美洲特立尼达和多巴哥共和国内库瓦区，建筑面积约34 194 m2，主要由医院楼、能源中心、培训楼、训练中心等组成，地上1～4层，最高建筑总高度22.05 m。

工程一期用地约14万 m2，基地西侧为高速公路，其余三侧为丘陵地。现场标高33.00～59.00 m，地势起伏较大。场地所在地区地下水位较低，根据地质勘探报告的描述，在雨季，一般地下3 m以内没有水，3 m以下逐渐有水，到7 m含水量变高。

场地土质为粉质黏土，在自然地面下0～2.75 m为带黏土和碎石的黏质粉土，2.75～15.70 m为带有一定细砂的粉质黏土。项目设计单位为美国HKS公司，工程须符合美国材料实验协会（ASTM）的标准要求，项目验收需取得JCAHO认证。该项目工期紧、工作量大，对质量、环保要求高。

2 工程重、难点

1）本工程采用桩基础。由于场地地处高速公路，使用何种桩机选型既满足工程技术要求又能对周边环境影响较小是一大技术难点。

2）结合当地资源情况以及现场实际，选择合理的沉桩工艺和流程是桩基工程的关键。旋挖钻孔灌注桩具备施工效率高、噪声小、有利于环保以及适用地层广泛、易于管理等众多优点，但同时也有自重大、孔壁护壁差、软土孔内易产生负压等不足，如施工工艺处理不当，极易造成成桩质量问题。

3）按业主要求，桩基础施工和检测需满足ASTM标准要求，中美规范标准存在一定的差异性，必须进行差异比较和施工工艺合理控制。

3 施工研究过程

3.1 工艺与设备选型

根据本工程单体多而分散且邻近高速公路的特点，选择便于转场且对周边环境影响较小的旋挖钻孔灌注桩机。旋挖钻孔灌注桩机是一种综合性的钻机，可以适应多种地层，具有机动性强、成孔速度快和对环境污染小等特点。

旋挖钻孔灌注桩机的选择应综合考虑桩的规格、穿越土层的特性、桩端土的特性、单桩极限承载力及布桩密度等因素。本项目选用KR-125A型多功能钻孔桩机施工，工作状态宽度2 800 mm，高度14 800 mm，成孔直径600～1 200 mm，成孔深度可达32 m，最大提升力主卷扬机最大提升力120 kN，辅卷扬机最大提升力60 kN。

3.2 主要设计参数

选用旋挖钻孔灌注桩，基础桩径600 mm，合计约2 678根，桩长12～19 m，承台有单桩、多桩承台，部分位置上部结构存在剪力墙的位置为群桩承台。单桩承载力特征值≥2 650 kN，桩体混凝土的设计强度等级C30。

3.3 施工部署

根据本工程多个单体的总体部署，灌注桩2 678根，现场做了6组试桩，其中5组为静载测试，分别在医院楼、动力中心、训练中心和儿童住院楼位置；1组为抗拔测试，在成人住院楼位置。

为满足工期要求，桩机平均每天完成桩数量为16～20根，桩基施工工期约为175 d。总体施工顺序：A医院楼低跨→B医院楼高跨→C儿童住院楼→D成人住院楼→E医院楼入口→F动力中心→G污水处理中心→H连廊→I培训中心→J挡土墙（图1）。

图1 库瓦儿童医院总平面布置

4 主要施工技术控制要点

4.1 准备工作

1）图纸与方案。组织有关人员认真学习和研究图纸，完成自审、会审等工作，编制专项方案作为工程施工生产的指导性文件，方案通过内部审核后还需向业主代表提交全部施工方案，包括机械设备和材料清单、施工流程和工艺方法、质量控制措施、环保控制措施，业主代表进行审批把关，并全程监督实施。

2）场地准备。场地平整直至满足桩机进场和移位条件，根据工程控制网点，对测放的各桩位中心坐标及开挖位置进行复核，无误后做好交桩记录。

4.2 护筒设置

ASTM规范对护筒的埋设没有具体规定。现场采用厚8 mm钢板护筒制作，护筒内径800 mm，长度4.0 m，埋设时护筒口地面30 cm，以防钻渣倒灌，在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于5 mm，护筒四周用黏性土捣实。

4.3 桩机就位

桩机就位，ASTM与国内标准规范大致相同。保持桩机机身水平且平稳，使钻孔桩中心完全对准桩中心。

4.4 泥浆配置

ASTM规范对泥浆指标控制与国内规范存在差异，ASTM规范对泥浆的密度、黏度、pH性能指标有具体要求，泥浆注入时，要求相对密度1.03～1.11，黏度14.0～22.5，pH为8～11，在浇筑混凝土时泥浆要求相对密度为1.03～1.20，黏度、pH与泥浆注入时相同，对胶体率和含砂率没有规定，只要满足孔壁稳定和有利于混凝土浇筑即可。

本次泥浆制备途径采取现场2台GPS-10回转钻机实施原土造浆、泥浆护壁成孔后的泥浆回收，经除砂处理后，供KR-125旋挖钻孔灌注桩成孔的稳定液备用。

4.5 成孔控制

1）正式开工前要试孔，主要是检查孔壁的稳定性和持稳时间。

2）如果孔壁稳定性差，持稳时间短，则要给旋挖钻孔灌注桩成孔预备泥浆做钻孔稳定液。泥浆制备可通过2台GPS-10钻机原土造浆成孔后的泥浆回收后，经除砂处理给旋挖钻孔灌注桩备用。

3）成孔至设计桩底标高时，将调制好的泥浆注入，维持孔壁的稳定。浇筑前如孔底沉渣超限，应采取泥浆循环二次清孔，结合中美规范控制泥浆指标，在浇灌前孔内的泥浆相对密度≤1.2，含砂率≤4%，黏度18～20 s。用测锤控制成孔深度并保持孔底沉渣厚度≤50 mm。

4）终孔条件同时满足：以设计孔深（＝孔口标高－设计桩底标高）为依据，与岩土工程勘察报告附近勘察孔资料基本吻合，无地层突变情况。

5）ASTM规范成孔施工允许偏差：桩中心位置±75 mm；孔深≥设计规定；倾斜度≤1.5%；钢筋笼顶标高允许偏差－75 mm、＋150 mm；桩直径≥设计桩径，桩顶标高＜25 mm。国内规范相比ASTM规范偏差控制要更严，实际操作时应严格按国内规范要求进行质量控制。

4.6 钢筋笼制作及吊放控制

1）钢筋笼制作吊放。进场后的钢筋应按规范规定按批量取样送检，并按要求做焊接试件送检，检验合格才准许使用。在钢筋笼四周按2 m间距设置定位船形保护层定位筋，为节省孔口安放时间，钢筋笼在制作场一节成形（含焊好吊筋）。钢筋笼制作质量检验控制标准与ASTM规范差异不大，现场按国内检验标准控制。

2）钢筋笼吊放。钢筋笼经验收合格后，成孔同步送到孔前，起吊时使用主钩和副钩，先以平直的方式脱离地面后，继续调整主钩和副钩，在空中完成钢筋笼竖直和直溜，并徐徐入孔，不碰擦孔壁，居中就位固定。

4.7 混凝土浇筑工艺主要控制

1）导管安装。ASTM规范要求导管直径≥254 mm，导管选用直径300 mm钢导管，安装前认真检查导管外观、丝扣完好情况及密封性，严禁使用变形或破损、内壁黏挂混凝土不光洁、丝扣损坏的不合格导管。导管要安装匹配的密封胶圈，并上紧上严，否则要予以更换。不使用泥浆冲孔时，灌注前一定要湿润导管漏斗内壁。水下混凝土封底须设置隔水栓，隔水栓应有良好的隔水性能并能顺利排出。混凝土浇筑完毕，将导管、漏斗清洗干净。

2）混凝土浇筑。采用C30预拌混凝土浇筑，确保良好的和易性和流动性，ASTM规范和国内规范对坍落度的要求见表1，实际混凝土坍落度能够满足中美规范要求。混凝土供应和钢筋笼制作安装要与成孔工序同步，即确认到场的钢筋笼、导管和混凝土均合格后就可开孔。ASTM规范对首灌混凝土的数量和操作过程无具体要求，只要求导管内首灌混凝土充满直到漏斗底部。现场按国内规范标准施工，导管浇筑前距孔底≤50 cm，首灌混凝土后桩内混凝土面应保证高于导管出料口800 mm以上，在混凝土面高于导管出料口2 m以上方可抽拔导管，用导管回插捣实，以后每次拆导管后埋深应保持2 m以上，导管埋深≤8 m。与此同时把溢出孔口泥浆由管沟排至已挖好的沉淀池内，以防止泥浆污染环境。浇筑混凝土时，随时检查混凝土浇筑量及浇筑桩长，混凝土浇筑的充盈系数由根据实际浇筑量计算确定，作为申报下次浇筑混凝土计划的计算依据。混凝土浇筑将至设计桩顶时，要用长柄漏勺，捞取桩顶混凝土样见证，保证浮桩（设计桩顶以上的混凝土）高度为1 m左右，同时，决定终灌混凝土后，要慢速活动导管数次，插挤流动性已经变差的桩顶混凝土，使其向笼外挤密扩散，保证桩顶混凝土保护层厚实丰满，落距控制在1 m以内，以密实桩顶混凝土。

表1 水下混凝土坍落度规定

5 静载试验

本工程对成桩进行了低应变检测和单桩静载实验。根据采集的低应变检测曲线分析，静载荷试验前判定桩身结构完整，均为Ⅰ类桩。

现场根据美国ASTM-D1 143标准采用了快速荷载试验法进行工程试桩的静载试验。与国内标准JGJ 106—2014差异主要体现在加卸载程序和读数，美国标准更注重试验过程的控制，快速荷载试验法具有试验周期较短、采用时间间隔加载便于控制的特点，减少了人为因素和昼夜温差给试验数据带来的误差影响。试验结果显示：沉降和稳定时间正常，荷载-位移曲线未发生陡降，单桩竖向抗压承载力特征值均满足设计要求。

根据工程桩的静载试验数据和逐级加载、卸载的情况（图2），进行检测的工程桩单桩承载力和累计沉降量均满足设计要求。

6 结语

旋挖钻孔灌注桩施工工艺因其优点多也逐渐在国外工程中得到应用，但由于受标准规范差异、地质条件、工艺控制复杂等因素影响，极易造成质量问题和事故，必须掌握所在地的地质特性和气候条件，从施工准备、设备选型、成孔控制、混凝土浇筑等方面加强施工过程控制。国内外规范并非孰优孰劣，而是各有所长，本文通过库瓦儿童医院旋挖钻孔灌注桩施工技术控制，将中美标准有效结合起来，制定积极有效的技术控制策略，严格管控、精心施工，确保了旋挖钻孔灌注桩施工质量和安全。