旋挖成孔扩底灌注桩工程质量分析

2022-06-21刘敖然

中国新技术新产品 2022年5期

刘敖然

（北京住总集团有限责任公司轨道交通市政工程总承包部，北京 100029）

0 引言

目前，我国的桩基技术在工程技术的发展中，需要根据不同的建设环境进行科学施工，以满足人们的生产生活需求。因此，为保证建设工程质量，旋挖成孔技术在传统的施工技术下不断发展衍变，直至目前形成旋挖成孔工艺，有效解决特殊地质环境下，岩土较软造成开挖困难的情况，保证主建筑质量。

1 技术背景

为保证灌注桩作为一种端成型桩基，由于桩端面积扩大，承载力也随之提升，与同直径的等截面桩相比，性价比较高，目前已经获得工程的普遍应用。

以嵌岩桩基的承载力为例，嵌入分析岩体的直径一旦出现差距，综合系数也会呈现倍数增长，其中2倍桩径与0.5倍桩径的综合系数差距值为1.5倍。此前嵌岩扩底灌注桩施工中，挖孔并未有过多的设备参与。但是，随着科学技术的发展，人工成本的增加，人工挖孔逐渐被设备挖孔取代，在节约成本的同时，控制施工速度和施工质量。就目前我国的挖孔技术来说，仍旧存在部分问题：一方面，为扩底直线段形成出现困难。另一方面，孔底沉渣清理出现困难。具体的施工流程如图1所示。

2 工法原理及施工特点

2.1 扩底

在向前扩底技术的工程施工中，嵌岩扩底钻头技术的应用主要是传统的扩底钻头技术。具体变动是在扩底钻头底部增加一个环形底盘，底盘下周围有钻尺，可以向下钻进，且底盘底部有立柱，使下翼发挥其对底盘的推动作用，钻尺外缘与地表水平方向为标准的45°。在嵌岩扩底钻头放到底孔后，通过钻杆向钻头加压，才能够使钻头向两侧扩张，形成扩孔，使其达到标准位置。与此同时，钻头两翼下降，到达规定的支点，利用自身的转动优势带动底盘，向下扩底。之后的施工按照图2流程不断推进。

该种钻头的优势包括3个方面：①扩孔位置达到标准位置之后，底盘是不会出现转动的，钻头也不会持续向下钻进，只有两侧孔到达标准位置之后，才可以向下钻进。②钻头在扩孔过程中能够向下钻进，在重力的作用下进行钻孔，在到达相应位置后，减少扩孔次数，使扩孔的幅度逐渐达到预期标准，缩短扩孔时间，提高扩孔效率。③两下翼与钻尺之间的角度为45°，形成的扩孔通常情况下在底部为斜面，主要功能为减少清渣环节的工作量。

在设计前沿深度与预期标准相比较深的情况下，可以采取分段扩孔的形式。钻孔至整个钻头埋入泥渣中后，将扩底钻头向上提出，然后再向下钻进0.5m左右，然后重复扩孔，如此反复操作，能够尽快地完成扩孔工作。扩孔直径扩充的要求下，可采取分级扩孔的形式推进。首次扩孔完成后，转换成比扩孔底盘小一个规格的清渣设备。同时，完成清除渣土工作与引孔工作，引孔的深度要与设计钻孔的深度保持一致，如果要达到预期目标，可重复进行扩孔工作。

图1 旋挖成孔灌注桩工程施工工艺图

图2 旋挖成孔扩底灌注桩施工流程图

在实际施工前，在泥浆循环系统设计的过程中，施工人员要加强分析工程施工地点周围的情况，该研究发现，该区域主要是粉质黏土与强风化泥砂岩层，是很好的造浆地层。因此，在实际钻孔中可通过原土造浆的形式完成泥浆配比，具体的配比参数见表1。

表1 泥浆配比表

通常情况下，土层中的泥浆密度为1.30t/m～1.40t/m，黏度为16kg～28kg，含砂率为4%～8%，胶体化率为96%以上。在软土层钻进的过程中，泥浆密度需要控制在合理的范围中，一般为1.3t/m～1.5t/m，黏度最合适的数值为19kg～28kg,在具体钻进的过程中，泥浆浓稠度可以加强调解，通过稠度提升保证钻进质量。

2.2 清渣

平底清渣钻斗主要是在双底涝渣施工设备的施工实践中使用，根据施工中的规范展开工作，由之前的涝渣底板改良后，变为单底板，钻头底部只保留一个比较窄的进渣口。与此同时，刮板突出底板4cm左右，设置进闸口有阻止渣土回落装置，渣斗向上提升的过程中，钢板关闭，渣土及泥浆保留在钻斗中，可以控制泥浆及渣土的流出量。钻孔清渣完成后的泥浆性能指标可以进行控制，泥浆密度应在1.20 t/m左右，上下浮动不超出0.05t/m，黏度为17kg～22kg，含砂率降低，不应高于8%，胶体化率为95%。

在实际的扩底过程中，基岩裂隙水与切削下的岩土碎石混合后形成泥浆，扩孔环节，孔底不断拓展，主要部分为泥浆。在清渣的过程中，清渣正处于运转状态，泥浆进入清渣斗中，由于清渣斗附近为大面积的泥浆，其在上提的同时受泥浆的阻力影响，且在桩孔倾斜的状态下，产生负压作用，扩孔周边的泥浆沿孔道向下流入，清渣斗的在桩孔内的泥浆难以冲洗处理，虽清除时间较长，在反复做工下，桩底渣土不断减少。通常情况下，泥浆地清除次数需要维持在4～6次，在此之后，泥浆的残留仅在孔壁周围，再进行一次孔壁清洗工作，完成清渣即可。

首次清渣完成后，施工人员需要向桩孔中注入水，保证孔洞的稳定性，减少渣土滑落，增加施工难度，进而形成嵌岩效果。多次清渣工作完成后，孔底的水于泥浆含量较少，孔壁周围浇筑混凝土前，可进行二次清洗，完成后，采用水下混凝土浇筑技术，将剩余的泥浆抽出孔外，以保证桩底沉渣的厚度符合要求。

3 工程案例

我国某省的工程施工中，为建设工程项目，包含两层地下室，地上建筑为高层建筑，楼层在26层，属于框架剪力墙结构，地基采用墙下桩，桩基设计采用旋挖成孔扩底前期安装。桩体直径为上粗下细，扩孔直径属不均匀结构。

经地勘资料显示，桩顶标高之下地层的岩土结构为黏土与泥土，部分区域含有沙土及卵石、场地黏土层含水量稀少，泥浆中含有较为丰富的岩基裂隙水与孔隙潜水。建设地区的地层构成较为复杂，包括杂填土、黏土、粉土、细沙、卵石、全风化含砾岩泥、强风化砂泥质岩砂、中等风化泥质砂岩等。岩土工程特性指标见表2。

3.1 第一次检测

桩基单位检测中，检测单位根据建筑规范，先后对工程旋挖成孔灌注桩进行测试，得出结论：①第一次测试，通过抽取相应的桩基进行钻芯法试验。在检测的结果中，静荷载试验中，所抽取的桩基承载能力不同，与设计标准中的内容有一定的差距。②部分桩基桩身混凝土存在离析、夹泥，桩端以下2.4m内的持力层存在破碎段。为查明该工程桩基存在的质量问题，须进行二次检测。

3.2 第二次检测

通过抽取的形式对35#桩基进行抗压静载荷试验，抽取5根桩基进行去芯检测。检测结构和第一次检测结果相似，通过以上的检测结果可知，剩余的桩基需要进行第三次检测。

3.3 第三次检测

该种情况下，对剩余桩基进行全面检测，采用去芯法进行检测，进而获得检测结果，数据为静载试验后产生的结果，见表3。

就根据表3中的内容3，单项竖桩静载试验中的数据值未达到标准的荷载值，34#单桩承载力值的特征主要在2350kN。就钻芯法检查的桩基来说，具体情况被分成4种：①其中查找到的29根桩基内岩心出现破碎断裂的情况。②全部桩基中有5根桩身混凝土中存在破碎段的情况。③除上述桩基外，桩身混凝土存在破碎段，桩端范围内岩芯存在破碎段。④剩余的桩基在混凝土中芯样是完整的，无明显破损。

表2 岩土工程特性指标建议值

表3 单桩竖向抗压静载实验汇总

3.4 质量问题分析

就上述的检测结果数据分析后得出，该工程断桩基工程主要包括3个方面的问题：①持力层岩芯破碎。②混凝土、持力芯岩层保存完整的桩基中，仍有大量与设计标准不符的要求。③桩身混凝土出现离析以及夹泥等情况。就相应调查可知、资料收集、工程数据收集等文件，对出现的质量的主要因素加以研究。

4 施工质量控制

4.1 质量控制要点

施工中，施工人员在技术上加以重视，包括3个方面：首先，扩底的空间范围需要与设计中的几何空间保持同比例放大，且扩底还需要保证孔洞的坡度，以方便清渣。其次，在清渣环节，施工人员需要控制自身清理尺度，防止周边产生的渣土沿着孔洞向下滑落，增加施工人员负担，采用嵌岩技术，清洗孔壁，直至无渣土、泥浆滑落。最后，在浇灌混凝土的过程中，需要控制浇筑设备上管道与孔底之间的距离，以保证有效清理剩余的渣土。

4.2 成孔

旋挖主要再用带截齿双底板钻斗进行钻孔，将钻机钻杆回转到桩孔位置后，钻斗以90°的形式应用，完成转动取土工作。钻斗提起前，其斗卸土需要反向旋转720°，在此之后，利用摩擦技术将活动地板关闭进料斜口，之后再匀速提起钻斗，并将其移出护筒进行卸土工作。卸土主要通过自重和旋转摆动技术推进。钻斗在达到持力层后，施工人员需要鉴别岩土，了解土壤层之后，进行下一步施工工作，进而换成扩底钻头，采用扩充技术，完成扩底工作。扩孔完成后，桩底面形成中间低，周边高的状态。

4.3 清渣

清渣环节，清渣工作可以通过清渣钻斗推进，完成初次清渣的工作时，需要进行扩孔尺寸的测定，在与设计要求相符的条件下，向孔中注水。如果遇见地下水层，可利用地下水，通过清底钻头将孔壁上的泥皮清洗掉，尽可能地提高孔壁的抓土能力，提升混凝土以孔壁之间的摩擦力，保证其有效粘结。完成清洗工作后，孔壁需要具有一定清洁度。且施工人员对孔洞底部沉渣的厚度进行检测，如果厚度仍旧大于0.05m，仍需要重复清洗工作，直到沉渣厚度与标准厚度一致。在平底清渣的设备中，刮板作为设备的重要组成部分，可以满足孔底深度扩充的需求，该切削环节可以在清洗环节后进行。

4.4 浇灌混凝土

一般来说，在浇筑混凝土的准备。浇筑目标达成之前，施工人员需要保证一定的耐心，清渣完成后才可以将钢筋笼放入孔道中，直至混凝土经过运输到现场时，再进行最后一次的清渣工作，等到空洞中沉渣达到标准后，所有准备工作就绪，才可以开始混凝土浇筑工作，同时放入钢筋笼，进而引入浇筑导管，在刀光导管到达空洞底部4.0m处时，将其匀速放入桩孔中，判断其是否触底，然后将导管提起0.4m左右，进而向桩孔内注水，水高在达到6m左右时，同步操作混凝土浇灌工作。在浇筑过程中，务必保证开盘料数量，当第一盘混凝土高度达到1.0m时，受混凝土重力影响，沉渣在物理作用下会返回在混凝土表面，积聚在溢水口周围。