钻孔灌注桩在深基坑支护结构中的应用

张 建

（上海建工五建集团有限公司，上海 200063）

0 引言

在工程行业快速发展及建设用地资源日渐紧张的背景下，深基坑项目的数量及深度都在不断增加，无形中增大了支护施工难度。为了克服这一难题，应选择合适的支护结构施工技术，而钻孔灌注桩作为一种比较成熟的技术，在深基坑支护结构施工中应用具有深远的意义，不仅可以适应多种不良地质，而且也有施工效率高、机械化水平高、操作简便、污染小等很多优点。下面进行详细论述。

1 工程概况

某项目建筑总面积为8.7万m，为框剪结构，地上7层、局部5层，地下3层。该项目的深基坑开挖深度是20m且呈不规则组合矩形，南北长度是92m，东西宽度是186m。基坑外缘距离既有建筑（基础埋深-9m，高度35m）为2m~5m且四周有既有办公楼、市政道路及雨污水等地下管线，施工安全控制难度大。

2 现场地质水文情况

为保证钻孔灌注桩施工顺利开展，深入现场做了全面的勘测工作，具体如下：1）经专业地质勘测人员现场勘测后得知，拟建场地的上部以杂填土和湿陷性粉质黏土为主且厚度不一，自地表算起厚度为5m~8m，其下面的土层主要以粗砂、粉质黏土为主。2）现场没有地表水，地下水位在-19.2m，基坑开挖深度为20m，因此现场采用基坑边坡设置φ300mm管井降水，基坑内部设置疏干井，疏干井同降水井规格一致，降水深度38m。

3 深基坑支护方案

结合现场地质水文情况经综合考虑后，决定深基坑支护采取排桩＋预应力锚索结构，桩数共计379根，桩径为100cm，按间距180cm布置，桩的顶部标高是-2.8m，底部标高是-30m，采用C35混凝土（设计图纸为C30，因采用旋挖钻机泥浆护壁成桩工艺，属水下浇筑混凝土，提升一个强度等级）浇筑桩身，桩身垂直度偏差≤1%，钢筋笼主筋采用Ⅲ钢，分上下两段加工制作，钢筋连接方式为直螺纹套筒连接，接头错开50%，保护层厚度是50mm。

4 钻孔灌注桩施工

4.1 施工准备

施工准备如下：1）结合钻孔灌注桩平面布置图，利用全站仪进行桩位测量放线，并做详细的验收工作，以确保桩位准确。2）将钻机、导管等钻孔灌注桩施工所需的各种设备准备齐全，并全部就位（见表1）。

表1 主要机械设备表

熟悉设计图纸内容，了解和掌握钻孔灌注桩施工要点及质量控制要点，以便后续施工高效、优质开展。针对既有建筑回填松软区域，采用加长钢护筒，配合旋挖钻机成孔，避开松软回填土层。协调和组织各部门资源，合理安排施工进度及工期，保证钻孔灌注桩施工如期保质完成任务。

4.2 钻机就位

先对现场地面进行平整处理，然后将钻机就位，旋挖钻机缓慢移至钻孔平台上，调整钻机，使桩孔处于钻机的工作范围之内。同时对钻机四周有效范围进行清理，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象。钻机对中前，复核桩位坐标位置，满足规范要求后，启动电脑自动复位装置，并对钻机进行调整，使钻杆、钻头的中心与桩位中心点对准，并用垂线复核，钻机就位后，底座必须用水平尺打好水平，达到平整、稳固，以确保钻进中不发生倾斜和移动；钻头中心与桩位中心的允许偏差应小于20mm，钻杆垂直误差小于1/300。

4.3 测量放线定桩位

测量时遵循“由整体到局部的原则”，用通过复测校准后的基准坐标点对各桩位进行定位放样。测设的主要内容包括各桩位的中心桩位、围绕中心桩的十字护桩桩位，同时测设出该位置的地面标高。桩位放样时，十字护桩距中心桩的距离不得小于1.5m并且应埋设稳固。每个桩位应按设计要求，用全站仪定放，具体做法如下：根据设计单位提供的控制点和桩位图，利用全站仪进行桩点定位放样。轴线桩及桩位点放好后，须进行自检，自检合格后报监理单位、建设单位进行验收。

4.4 钢护筒埋设

开工前，须将护筒按设计要求埋设到位，以此来确保钻机钻孔施工的垂直性并且也可以保护孔口稳定。当护筒埋设好后，对护筒面进行标高测量，以此确定成孔深度；成孔后对护筒再次测量，以确保成孔深度满足设计孔深。

该工程桩径为Φ1000mm的钻孔灌注桩，选用的护筒为Φ1200mm，采用厚度8mm钢板制作而成，并设置角钢进行加固，高度是1.2m。埋设护筒时，其中心线与桩位中心线偏差不得大于20mm，倾斜度不得超出1%且护筒应高出地面100mm，并与周围垂直（如图1所示）。开挖埋设的护筒周围用黏土分层回填夯实（夏季300mm每层、冬季200mm每层回填），避免发生漏水。同时，护筒上设计有溢浆口，以便施工中溢出泥浆且能回流到泥浆池中，实现泥浆回收及循环利用。

图1 护筒埋设示意图

4.5 钻孔

在钻孔施工的过程中，必须要严格按照规范及设计要求进行施工，以保证成孔质量。钻孔施工具体操作如下：1）开始钻孔施工前，须再次对钻机性能、平稳性等进行仔细检查和确认，这样做可以确保钻孔施工的质量，并防止钻进施工期间发生土体沉陷或位移。同时，也应做足其他相应准备工作，以保证一次性不间断地完成钻孔施工，中间不能无故停钻，以防孔壁四周土层失稳，并记录好施工原始数据。另外，为了尽可能地提高钢护筒和钻孔之间土体的稳固性，提前用水和黏土按设计比例制备了泥浆，并填筑进护筒中，这样一来可以有效保证护筒下面的土体不会因为钻孔施工而出现坍塌。2）待质检人员检查钻机安装质量合格后，将吊锤中心和桩位中心对准（偏差＜20mm）开始钻孔操作。刚开始要低锤快冲，等钻孔深大于护筒深度1.5m~2.0m，再按照设计要求的速度开始正式钻进施工，从而避免引起塌孔扩径问题。此外，为了保证钻孔施工的效率，安排了2个施工班组轮流严格按照规范开展钻进施工，并详细记录好现场施工的各项数据。钻孔施工过程中要严格控制钻进的深度，通常钻进深度要比设计深度值略大（约30cm），严禁出现超挖，从而有效保证最终的成桩质量。3）钻孔过程中，一定要使用优质泥浆进行护壁，以防出现缩径或者塌孔等问题影响成孔质量。泥浆宜用就地原土进行配制且必要的情况下也可以适量加入黏土。同时要注意保持孔内泥浆面稳定，要始终高于自然地面30cm。如果钻孔施工中遇到了松软易塌的土层，应根据实际情况及时对泥浆性能指标进行调整，并将泥浆池内剩余的废泥浆及时排放干净。通常情况下，注入孔口的泥浆密度应在1.05~1.2，黏度在18′′~22′′；而孔口排出的泥浆密度应≤1.30，黏度应在20′′~26′′。4）待钻孔达到设计要求的深度之后，要及时检查成孔质量，包括孔深、孔径、垂直度、沉浆浓度及沉渣深度等指标（具体标准及检查方法参考表2），确定成孔各项指标都合格之后，再开始实施下一道工序。同时，要注意对孔口进行保护，以防钻孔中掉入杂物，损害成孔质量。

表2 成孔质量指标及检查方法

4.6 清孔

待钻孔施工达到要求深度之后，应使钻头继续保持转动状态，同时缓慢往上提起钻头，搅动泥浆，使其中的沉渣顺着钻头排出到钻孔外面。随着沉渣不断地被排出孔外，孔内的泥浆比重也会随之下降，这时向孔内注入清水进行重复置换清孔，并实时监测钻孔的清孔情况，通常情况下应控制孔内的泥浆比重在1.13~1.20，钻孔底部的沉渣厚度应＜30cm。清孔作业通常都是在成孔之后30min开始进行且做完清孔作业之后，要及时对钻孔垂直度、钻孔深度、沉渣厚度及泥浆比重等进行检验，以确保清孔施工的质量。

4.7 钢筋笼放置

在特制的加工平台上对钢筋笼进行分段加工并组合成型，每节加工长度为9.0m。制作钢筋笼的过程中，必须严格按设计及规范要求进行，确保主筋足够平直且规格、数量、尺寸及位置等要正确，各箍筋之间的距离必须均匀，预防偏差过大。钢筋笼允许偏差见表3。焊接施工、搭接的长度及位置等也必须达到规范要求，同时每间隔2m距离须布置一组保护层垫块。钢筋笼主筋接头采用直螺纹套筒进行连接且同一连接区段的接头面积不大于50%；定位钢筋与主筋双面焊接牢固，焊接长度不小于100mm，焊接高度为10mm，在钢筋笼吊点处应加强，避免吊放时开焊。

制作完钢筋笼之后，安排质检员进行检查及验收，验收标准参考表3，并填写详细的钢筋笼隐蔽检查验收记录。验收合格后，开始进行钢筋笼下放入孔。钢筋笼采用16t以上的起重机进行现场钢筋笼的倒运和吊放；钢筋笼拟采用两点起吊，利用滑轮自动平衡的原理，达到由水平位置逐渐转换到垂直位置；根据笼长合理布置吊点位置，以防钢筋笼起吊变形过大。同时，为了确保吊装的安全性，将吊点位置设置在加强箍筋上且对纵筋做焊接处理，同一截面上的接头数量也控制在纵筋数量的50%以内。钢筋笼下放过程中，要确保钢筋笼中心点对准桩孔中心，然后缓慢下放，控制钢筋笼不能左右摇晃，避免碰到孔壁，破坏施工质量。钢筋笼入孔之后，在孔口将其固定，并在护筒上做出标记，确保主筋在孔内位置准确，偏差应≤5°。钢筋笼下放过程中若遇到阻碍，要上下轻轻活动钢筋笼或者停止下放操作，待确定原因后再做进一步操作，禁止强行下放。

表3 钢筋笼允许偏差

4.8 导管安装

该项目中用的导管每节长度为3m，直径是150mm，使用法兰进行拼装连接使用，两节导管的法兰要对称拧紧，以防单侧拧紧而引起法兰张嘴漏气情况发生，进而会在灌注混凝土时发生漏浆或者进水堵住导管。灌注过程中，导管下口要与钻孔底部保持约60cm的间距，以便控制灌注质量。导管安装的过程中也不可碰到孔壁，并使用吊车将导管吊起。

4.9 灌注水下混凝土

待商品混凝土运至现场后，安排质检人员对混凝土的均匀性及坍落度等进行检测，合格后再进场使用。砼浇筑过程中根据浇筑砼量，判断砼浇筑高度，以决定导管拔出时机。导管在混凝土中深度应保证≥2m，≤5m，一次拆除一节导管（3m）。混凝土灌注过程要连续施工、一气呵成、不能中断，直至灌注混凝土到桩顶标高以上设计超灌量，停止灌注混凝土。取样人员在灌注过程中进行取样，以供后续进行28d强度试验。

钻孔中的导管及料斗等一一拆除后，冲洗干净，码放整齐有序。以备下一根钻孔灌注桩施工使用。

综上所述，重复上述施工步骤直至所有的钻孔灌注桩施工完成。

4.10 实施效果

该项目钻孔灌注桩施工完成后，对基坑及四周既有建筑物位移情况进行了监测，得出结果：在基坑围护结构的顶部圈梁部位存在位移，位移最大值为1.95cm且附近市政管线收施工影响也发生位移，位移量为2.0cm，沉降量为2.65cm，均在合理控制范围内，满足设计及规范要求。同时，相对地下连续墙，采用钻孔灌注桩技术节省资金约243万元且施工周期也缩短了1.5个月。由此可见，在深基坑项目中应用钻孔灌注桩围护体系不仅施工效果良好，而且也能够有效节省成本，降低工程造价，工程效益更好。因此，也证明该项目采用钻孔灌注桩基坑围护体系是可行的。

5 结语

总之，对深基坑项目来说，选择合适的支护结构是确保安全及质量的关键因素。而钻孔灌注桩技术不仅可以适用各种不良地质环境，而且在效率、效益及安全等各方面有明显的优势。因此，在深基坑项目不断发展的背景下，加大钻孔灌注桩技术的应用及创新研究有深远的现实意义。同时，实际深基坑支护施工中应用钻孔灌注桩技术时，必须要从准备环节到成桩验收要做好全过程的质量控制，才能确保钻孔灌注桩技术充分发挥出其价值及优势，为深基坑提供安全可靠的支护，确保深基坑项目实现预期质量及安全目标的同时，也可以提高经济及社会效益。