复杂地质及填海区域仓储工程较长桩基灌注桩施工技术的相关分析

2021-04-03陆俊杰吕小海叶会峰李云鹏于志权中国二十二冶集团有限公司华东分公司上海200120

建筑科技 2021年4期

陆俊杰，王明，吕小海，叶乾，叶会峰，李云鹏，于志权（中国二十二冶集团有限公司华东分公司，上海 200120）

较长桩基灌注桩施工技术的优势在于可以保证成孔安全与桩孔的垂直度，同时可以减小钻孔灌注桩的施工难度，近年来在钻孔灌注桩施工中得到了广泛的应用。更为重要的一点是，在长期的实践应用中发现，较长桩基灌注桩施工技术可以满足一般深度的钻孔灌注桩施工工艺难以满足的要求，这对于大型建筑物超深桩基施工来说具有十分重要的意义。为进一步推动较长桩基灌注桩施工技术的广泛应用，对其应用要点与质量控制策略进行深入系统的分析探讨十分必要。

1 相关工程简介

某仓储工程位于浙江省台州市玉环县芦蒲镇；项目建设用地面积 66 667 m2，总建筑面积 116 481 m2，计容建筑面积 146 632 m2，建筑总占地面积 40 580 m2。项目主要建设内容为两个物流仓储结构、汽车坡道、食堂宿舍楼、分拣中心、设备用房、门卫结构等。

该工程桩基设计为桩径 700 mm，长度为 62～70 m。桩身混凝土强度为 C 35，约 2 000 余根钻孔灌注桩。工程地质为填海区域，地表往下约 6 m 为山石填土，粒径大小不一，最大者超 1 m。填土层以下多为淤泥土质层及部分黏土层。桩基施工设计文件要求灌注桩桩长及伸入持力层（＞2 D）深度双向控制。

2 较长桩基灌注桩施工技术简述

随着近年来城市化进程的加快，建筑得到了较大程度的发展，但同时荷载压力不断加大，如何通过加深桩孔和桩基密度来均衡建筑物压力显得尤为关键。建筑行业在长期的实践应用中发现较长桩基灌注桩施工技术可以有效保证成孔安全和桩孔的垂直度，可以满足大型建筑物超深桩基的施工要求，因而得到了广泛的应用。较长桩基灌注桩施工技术是一种以钻孔方式成孔及水下混凝土等工艺结合而成的基础桩技术，其所形成的基础桩形状较为细长，而且桩孔深度通常大于 70 m。就目前较长桩基灌注桩施工技术的应用情况来看，其不单单可以保证成孔安全，还可以保证桩孔在孔径、垂直度及弯曲度等方面的要求，有效确保整个施工质量，不过因为其施工存在较大的技术难点，因而在使用此技术时需要给予充分的重视。

较长桩基灌注桩施工技术的优势集中体现在以下 4 个方面。

（1）通常在施工过程中均会使用一些较为常规的机械设备，施工人员通过合理选择与控制钻孔灌注桩的技术参数可以提升钻孔成孔的效率与质量，且可以有效防止灌注桩出现坍塌和缩径的质量问题。

（2）与一般深度的钻孔灌注桩施工工艺相比，较长桩基灌注桩施工技术的最大优势在于对清孔工艺进行了完善和创新，尤其是所使用的提钻前一次性清孔技术可以避免后续开展清孔操作，灌注混凝土前的二次清孔技术可以对泥浆性能作出较好的改善，大大提升清孔效果。实践应用发现，通过这种施工工艺可以保证孔底沉渣满足施工规范，保证混凝土灌注前的转孔稳定性和水下混凝土灌注质量。

（3）在成孔施工过程中，为有效控制桩孔的垂直度，较长桩基灌注桩施工技术可以始终采取防斜技术，这样可以最大限度确保钢筋笼安装质量，同时邻桩相互之间不会产生影响，可以开展正常施工。

（4）近年来随着较长桩基灌注桩施工技术的发展，其施工技术得到了较大程度的完善，比如为有效确保桩身混凝土强度、混凝土与桩周之间的饱满度，较长桩基灌注桩施工技术特别对水下混凝土灌注工艺进行了改进，在临海及填海区域仓储建筑及重型建筑物的深基础施工中均得到了广泛的应用。

3 较长桩基灌注桩施工技术应用过程中的常见问题与解决措施

3.1 沉渣问题与解决对策

在开展桩成孔与混凝土浇筑施工前，往往所完成的钻孔底部会残留较多的沉渣，这些沉渣积存于孔底部，会很大程度上对基桩端的承载力产生影响，对整个施工质量有较大的影响。针对这种情况，目前主要是通过泵吸循环技术或者气举反循环技术，这两项清孔技术均有良好的应用效果，尤其是气举反循环技术的应用效果较为突出，当钻孔较深时采用杆内液柱增加的方式，可以大大提升清孔效率。实践应用发现，泵吸循环技术随着可以取得较好的清孔效果，但因为受到自身技术条件的限制，在施工过程无法保证驱动压力大于大气压，导致其在钻孔较深的情况下无法实现最佳的清孔效果，应用范围受到一定的限制。

3.2 泥皮问题与解决对策

较长桩基灌注桩施工技术在应用过程中，需要考虑较多的技术问题，比如复杂地层情况与多层的地层状况，原因在于此阶段施工往往成孔时间会较长，基桩孔壁会残留一些泥皮，这些泥皮会对桩基承载力产生一定的影响，因而必须对泥皮问题的解决给予充分的重视。就目前泥皮问题的解决措施来看，主要有以下 3 点。

（1）在施工前施工人员可以根据施工现场地层的情况，合理确定施工工艺，确保所选的施工工艺具有较高的可行性和可操作性。

（2）如果在施工过程中发现土层质量较差，或者部分泥浆无法自行造浆，则施工人员可以根据具体的施工要求和特点选择高塑性的土开展人为操作，以确保可以制造合适的人工造浆。

（3）待成孔之后，施工人员要及时对成孔进行清扫，解决泥皮问题。需要注意的一点是，在清孔操作过程中，施工人员务必选择质量优等的泥浆完成清孔，最大限度消除泥皮。

4 较长桩基灌注桩施工技术要点

4.1 灌注桩施工的泥浆控制要点

泥浆配制与控制是较长桩基灌注桩施工的基础性工作，且会对较长桩基灌注桩施工质量产生直接的影响。通常情况下，泥浆的主要作用是护壁、排渣和冷却钻头，当泥浆性能良好时，其失水量会大大降低，可以确保泥浆具有较高的粘结力，这对于维护孔壁施工质量具有十分重要的意义。因此，必须给予泥浆配制充分的重视。总的来说，在泥浆配制与控制过程中需要重点遵循以下技术原则。

（1）施工人员要及时对钻孔过程中出现的废弃泥浆进行清除，组织专人的施工人员捞取沉淀池中的沉渣，补充优质泥浆。

（2）可以采用优质的膨润土与化学外加剂来提升泥浆瓢，比如可以选择纯碱作为化学外加剂，实践应用发现，通过这种方式可以有效减缓砂粒的沉淀速度。

（3）在施工过程中施工人员要确保钻杆接头的密封性，确保泥浆可以彻底有效的从孔底返出。

（4）及时打开泥浆分离器，以此来实现降低含砂率的目的。除此之外，研究发现，在泥浆的水化作用下，粘土和泥浆的分散效果可以得到有效的强度，粘土的造浆率也可以得到提升，这对于整个钻孔施工十分有利，因而给予泥浆配制足够的重视十分有必要的。

4.2 钻机就位与钻进技术

钻机的有效应用可以大大提升较长桩基灌注桩施工的效率与质量，近年来得到了广泛的应用。在钻机及时就位过程中，施工人员重点需要做好两方面的工作，一方面要科学调整天车中心和转盘中心，确保两者可以与桩位中心处于同一垂直线之上，另一方面待钻机安装工作完成后，施工人员要及时通过水平尺、测锤等设备对钻机的安装位置进行二次检查，对于不符合安装要求的内容及时进行调整，确保钻机安装质量满足相关的规范要求。

待钻机安装工作完成后，即可以利用钻机技术开展施工。钻进技术应用过程中需要把控好以下要点。

（1）为确保钻进技术的顺利应用，施工人员需要在钻进施工前对施工现场的地层情况进行全面的勘察，并根据试验成孔的情况分析钻进曲线，确定钻进技术参数。

（2）务必保证钻机顶部的起吊混轮缘、桩孔中心与转盘中心均处于同一铅垂线之上，并保证偏差不大于 2 cm，采用减压钻进技术来保证超深钻孔的垂直精度。

（3）应当最大限度减少泵量的钻进，同时要防止因为泥浆冲刷孔壁而导致塌孔扩径现象的出现。

（4）钻进施工时可以在钻头上部安装导正器，对于浅孔施工则要适当配重导正器，上部可以采用钻机的液压顶来承受钻具的重力，以此确保钻杆可以呈铅垂态旋转。

（5）为确保钻孔的垂直度，施工人员需要在护筒钻杆上设置 2 个钻具扶正器，通常间距可以控制在 20～30 m。需要注意的一点是，要尽量减少钻具的自由变形长度，确保钻具可以在重力作用下始终处于垂直向下，实践应用发现这种施工方法可以最大限度保证钻孔的垂直度，值得推广应用。除此之外，如果发现施工现场的土壤无法满足钻进技术要求，则可以根据土壤特点合理添加膨润土和化学处理剂，尤其是粘性差、防水能力不强的土壤更要给予充分的重视，以此确保土壤可以满足钻进技术要求。

4.3 清孔操作的技术要点

清孔操作可以确保较长桩基灌注桩施工技术的有效应用，不过鉴于清孔工作对专业性有较高的要求，因而实际开展操作时要严格遵循相关的技术规范，具体需要做好以下工作。

（1）施工人员在进行一次清孔操作时可以优先选择双泵并联式循环清孔工艺，同时借助相关的辅助钻具来提升清孔效率。比如在清孔过程中施工人员要对钻机的转动情况开展检查，确保钻机处于慢速转动状态，确保可以在 5 min 内有效破碎泥块。

（2）清孔过程中施工人员要对泥浆循环进行改变，确保各个断面的泥块可以有效返出，并清除泥屑。

（3）二次清孔过程中施工人员可以通过导管反复活动替浆法和双泵正循环法来替换之前的高浓度泥浆，确保沉渣整体厚度控制在 120 mm。

4.4 钢筋笼加工与吊装要点

因为较长桩基灌注桩所需要的钢筋笼较长，钢筋的直径较大，一次无法完成，通常需要分段制作和分段吊装，而且常规的焊接技术无法有效满足较长桩基灌注桩施工工艺要求，因而可以选择套筒连接技术。钢筋笼加工与吊装过程中需要重点把控以下要点：（1）钢筋笼加工台通常要选择在较为宽敞的场地，加工台长度要同时可以满足3节钢筋笼的加工制作要求，尽量保证钢筋加工台的长度与钢筋笼长度相等。（2）在钢筋笼制作时，需要先制作主筋和加劲筋，主筋通过钢套筒连接，确保套筒两端均为顺丝或反丝。同时应该对主筋进行标号，标注桩号和钢筋笼节号。（3）待钢筋笼制作工作完成后，施工人员可以卸除钢套筒，将已经分段完成的钢筋笼推离钢筋加工台，分批次进行吊装，并在孔口部位进行接长，可以通过钢套筒实现接长目的，满足施工需求。

4.5 混凝土灌注问题及解决对策

混凝土灌注可以直接影响较长桩基灌注桩施工技术的应用质量，对基桩承受程度有较大的影响，因而必须给予混凝土灌注施工充分的重视。实际开展施工过程中需要注意以下要点

（1）鉴于较长桩基灌注桩施工过程中需要大量的混凝土，而且往往混凝土灌注深度较深，因而在开展水下混凝土灌注施工时务必合理确定混凝土配合比。同时保证混凝土的质量。

（2）首灌量对混凝土灌注质量也有一定的影响，比如在混凝土注入过程中，极易出现首灌球塞和混凝土无法同时到达孔底的情况，这种情况往往会出现混浆的不利情况，直接对混凝土注入质量产生影响。针对这一问题，可以从两方面着手，一方面相关的施工人员要严格按照相关的技术规范开展混凝土灌注施工，给予混凝土灌注施工充分的重视，另一方面在混凝土灌注施工过程中，要合理确定和把控首灌时间，尤其是要对一些灌注时间较长的桩给予充分的重视，加强灌注施工过程中的质量控制，做好混凝土灌注施工质量的全过程和动态监管。