長螺旋后插筋法在孟津文藝中心樁基工程中的應(yīng)用

1、長螺旋后插筋法在孟津文藝中心樁基工程中的應(yīng)用宗 源（中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計(jì)研究院，西安，710054）摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，論述了長螺旋鉆機(jī)成孔壓灌混凝土后插筋灌注樁的施工工藝，并針對(duì)該樁在施工過程中容易出現(xiàn)的施工質(zhì)量影響因素進(jìn)行了分析，從而提出相應(yīng)的對(duì)策，以供日后類似工程借鑒。關(guān)鍵詞：長螺旋鉆機(jī)、后插筋、施工工藝流程、質(zhì)量因素、對(duì)策1 前 言長螺旋鉆機(jī)壓灌混凝土后插筋灌注樁是近些年發(fā)展起來的一種新工藝，由長螺旋鉆機(jī)成孔至設(shè)計(jì)深度，以一定的壓力將混凝土壓至樁孔中，混凝土灌注到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再借助鋼筋籠自重及專用振動(dòng)設(shè)備將鋼筋籠插入混凝土中至設(shè)計(jì)標(biāo)高，形成鋼筋混凝土灌注樁。該施工方法應(yīng)用

2、廣泛，不受地下水位限制，所用混凝土流動(dòng)性強(qiáng)，骨料分散性好，所用螺旋鉆機(jī)即可鉆孔又可壓灌混凝土，操作簡便，具有機(jī)械投入少、無泥漿污染、成樁速度快、效率高、樁身質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)1。2 工程實(shí)例2.1 工程概況孟津縣文博中心藝術(shù)中心項(xiàng)目，位于河南省洛陽市孟津縣城東新區(qū)文化中心，西霞路以東、洛孟路以西、嶺南路以南、負(fù)圖大道以北的地塊內(nèi)。本工程由八大場館組成，包括大劇院及音樂廳、群眾藝術(shù)館及城市規(guī)劃館、圖書館及檔案館、博物館及科技館，均為多層公建（詳見下表1）。本工程基地總面積102501m2，建筑總面積125233 m2。2.2 工程地質(zhì)條件根據(jù)野外勘察及室內(nèi)試驗(yàn)資料分析，在勘探深度范圍內(nèi)，頂部主要由人

3、工堆填形成的素填土組成，素填土之下為第四系沖洪積作用形成的黃土狀粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等地基土層形成，第四系地層之下為上第三系粉質(zhì)粘土。地基土從上至下共分為八大層，其中第層、第各分出1個(gè)亞層?，F(xiàn)將各層巖性特征分層描述如下：素填土（Q4m1）:褐黃色、黃色，土性以粉質(zhì)粘土為主，除部分地段表層為耕植土層外，其余均為人工回填土，含有植物根、碎磚屑、瓦片等雜物，土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松表1 建筑物相關(guān)參數(shù)表項(xiàng)目數(shù)量m2高度m層數(shù)基地總面積102501建筑總面積125233其中地下242471其中大劇院及音樂廳115451城市藝術(shù)館及城市規(guī)劃館90491博物館及科技館36531地上1009865其中大劇院及

4、音樂廳2542429.274城市藝術(shù)館及城市規(guī)劃館2283223.944圖書館及檔案館2714523.945博物館及科技館2558523.944散疏松。厚度0.503.40m，層底標(biāo)高298.38317.05m，層底埋深0.503.40m。黃土狀粉質(zhì)粘土（Q4lal+pl）:褐黃色、黃褐色、褐灰色，硬塑為主，局部可塑。具大量的針狀小孔隙及個(gè)別大孔隙，含有許多姜石、灰色土團(tuán)。稍光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。屬中壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.219MPa-1。厚度0.603.80m，層底標(biāo)高303.56316.35m，層底埋深1.105.40m。黃土狀粉質(zhì)粘土（Q3al+pl）：

5、黃色、褐黃色，硬塑可塑。具許多的針狀小孔隙及個(gè)別大孔隙，含有零星姜石、許多白色菌絲等。稍光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.152MPa-1。厚度0.607.40m，層底標(biāo)高300.75313.09m，層底埋深0.6010.30m。粉質(zhì)粘土（Q2al+pl）：棕黃色、棕紅色、黃褐色，硬塑可塑，局部堅(jiān)硬。具少量的針狀小孔隙，含有許多鈣質(zhì)條紋、姜石、黑色錳質(zhì)氧化物斑膜等，局部呈塊狀結(jié)構(gòu)。稍光滑，局部具油脂光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.114 MPa-1。厚度2.9010.20m，層底標(biāo)高295.18304

6、.05m，層底埋深5.4017.00m。粉質(zhì)粘土（Q2al+pl）：棕黃色、褐黃色、黃褐色，硬塑可塑。具少量的針狀小孔隙，含有大量鐵錳質(zhì)氧化物斑跡、鈣質(zhì)條紋、姜石等，局部呈塊狀結(jié)構(gòu)。稍光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.123 MPa-1。厚度4.008.60m，層底標(biāo)高289.48296.44m，層底埋深10.8022.10m。粉質(zhì)粘土（Q2al+pl）：棕紅色、褐黃色，硬塑為主。具少量針狀小孔隙，含有許多姜石、鐵錳質(zhì)氧化物斑跡、黑色鮞狀錳質(zhì)粒、鈣質(zhì)條紋等，局部呈塊狀結(jié)構(gòu)，底部段姜石局部富集成薄層。稍光滑，局部具油脂光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性

7、高。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.108 MPa-1。厚度0.709.90m，層底標(biāo)高284.20292.57m，層底埋深15.9031.40m。-1粉土（Q2al+pl）：褐黃色、棕黃色，稍濕，中密密實(shí)。具少量的針狀小孔隙，含有鐵錳質(zhì)氧化物斑跡、砂粒、姜石、砂結(jié)石等，該層局部夾有薄層粉細(xì)砂。無光澤反應(yīng)，搖震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低。屬中壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.112 MPa-1。厚度0.606.00m，層底標(biāo)高285.78290.23m，層底埋深19.1027.90m。富鈣質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q2al+pl）棕黃色、棕紅色、褐黃色，硬塑為主。具少量針狀小孔隙，含有大量的

8、鈣質(zhì)及姜石、鈣質(zhì)條紋、鐵錳質(zhì)氧化物斑跡等，部分地段鈣質(zhì)膠結(jié)成層，鉆探難度較大，取原狀樣較難。稍光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.105MPa-1。厚度1.409.70，層底標(biāo)高280.36287.86m，層頂埋深19.5033.30m-1粉土（Q2al+pl）：褐黃色、灰黃色，稍濕，中密密實(shí)。具少量針狀小孔隙，含有鐵錳質(zhì)氧化物斑跡、姜石、砂粒、砂結(jié)石等，該層局部夾有薄層粉細(xì)砂。無光澤反應(yīng)，搖震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.110 MPa-1。厚度0.606.30m，層底標(biāo)高281.00286.81m，層底埋

9、深20.5031.00m。粉質(zhì)粘土（N）：棕黃色、黃灰色、灰白色，硬塑堅(jiān)硬。含有小姜石、灰綠色高嶺土條紋及斑塊、黑色錳質(zhì)薄膜。稍光滑光滑，具油脂光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。局部稍有弱膠結(jié)，已膠結(jié)部分呈半成巖狀態(tài)，強(qiáng)度很高。屬中低壓縮性土層，壓縮系數(shù)平均值1-2=0.095 MPa-1。該層未揭穿，揭露最大厚度11.90m。2.3 樁基施工設(shè)計(jì)參數(shù)孟津縣文博中心藝術(shù)中心項(xiàng)目共八大場館，每兩個(gè)場館為一個(gè)單體建筑物，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致，現(xiàn)以科技館及博物館為例?？萍拣^及博物館共有長螺旋鉆孔壓灌樁597根，均為承臺(tái)樁（單樁承臺(tái)、兩樁承臺(tái)、三樁承臺(tái)、四樁承臺(tái)、五樁承臺(tái)），有效樁長27.0m，樁徑

10、600mm。分非地下室部分及地下室部分，非地下室部分承臺(tái)頂標(biāo)高為-1.70m（±0.0=314.7m），地下室部分承臺(tái)面標(biāo)高除特殊注明外，均為-4.20m，樁頂標(biāo)高根據(jù)承臺(tái)高度確定。單樁承載力特征值1500KN，樁身混凝土等級(jí)為C35，樁身混凝土充盈系數(shù)不小于1.0，螺旋鉆孔灌注樁施工樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高不少于0.6m，主筋816，8200螺旋箍，樁頂3m處為 8100螺旋箍，內(nèi)側(cè)焊加強(qiáng)箍122000，鋼筋籠長度為有效樁長的3/4，樁身縱向鋼筋保護(hù)層厚度為50mm。2.4 施工工藝流程施工工藝流程詳見圖12-3。圖1 工藝流程圖u2.4.1 施工機(jī)械的準(zhǔn)備、安裝及調(diào)試根據(jù)樁基設(shè)計(jì)參

11、數(shù)，科技館及博物館有效樁長27m，孔徑600mm，樁頂灌注標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高不少于0.6m，成孔深度大于27.6m。選用湖南德邦重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DBCFG-B32長螺旋鉆機(jī)(見圖2)。該機(jī)最大鉆孔深度32m，最大拔樁力640KN，電機(jī)功率2×75KW，額定轉(zhuǎn)矩130KN·m，整機(jī)重量69t。插入鋼筋籠選用TDZ20振動(dòng)錘，電機(jī)功率22KW，激振力160KN，靜偏心力矩132Nm，整機(jī)質(zhì)量2t（見圖3）。起吊振動(dòng)器及鋼筋籠選用25t吊車，孔口開挖及清理土方選用Cat308E小型挖機(jī)，鏟斗容量0.38m3，工作質(zhì)量7160Kg。施工機(jī)械進(jìn)場后組裝調(diào)試機(jī)械，長螺旋鉆機(jī)

12、系大型機(jī)械，組裝及調(diào)試要有經(jīng)甲方或監(jiān)理審批的專項(xiàng)方案。 圖2 長螺旋鉆機(jī) 圖3 TDZ20振動(dòng)錘2.4.2 平整場地、放線定位根據(jù)施工樁頂標(biāo)高整平場地，并按樁位設(shè)計(jì)圖紙要求測設(shè)樁位坐標(biāo)，并做好標(biāo)記。標(biāo)記時(shí)可采用直徑25以上鋼筋在樁位處打入深度不小于500mm的孔，在孔中填入白灰并插入一次性筷子，筷子上寫好樁基編號(hào)并用膠布粘好，以便施工時(shí)技術(shù)員及質(zhì)檢員核對(duì)樁位。樁位測放完畢后由技術(shù)負(fù)責(zé)人組織質(zhì)檢員、施工員到現(xiàn)場對(duì)樁位進(jìn)行檢查，確認(rèn)準(zhǔn)確無誤后與甲方或監(jiān)理辦理預(yù)檢簽字手續(xù)。2.4.3 鉆機(jī)就位、對(duì)準(zhǔn)樁位、調(diào)整垂直度鉆機(jī)就位避免行走過程中碾壓已放樁位點(diǎn)。鉆機(jī)定位后進(jìn)行預(yù)檢，鉆尖與樁位點(diǎn)對(duì)中，保持鉆機(jī)平

13、穩(wěn)，調(diào)整鉆機(jī)垂直度，在鉆機(jī)大臂上掛有兩個(gè)鉛垂線，兩個(gè)方向（水平夾角90°）調(diào)整鉆機(jī)垂直度，同時(shí)保證鉆桿連接牢固。2.4.4 鉆進(jìn)成孔鉆機(jī)動(dòng)力頭啟動(dòng)前應(yīng)將鉆桿、鉆尖內(nèi)的土塊及殘留混凝土清理干凈，鉆進(jìn)速度根據(jù)地層情況及試樁鉆進(jìn)過程中動(dòng)力頭電流變化情況確定，本工程鉆進(jìn)速度定為1.0m-1.2m/min，同時(shí)保證鉆進(jìn)過程中動(dòng)力頭工作電流穩(wěn)定在150A220A之間（見圖4），鉆進(jìn)過程中不易反轉(zhuǎn)或提升鉆桿，如需提升鉆桿或反轉(zhuǎn)應(yīng)將鉆桿提升至地面，對(duì)鉆尖開啟門須重新清洗、調(diào)試、封口。若在鉆進(jìn)過程中電流不穩(wěn)或電流過大，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)速度，直至鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁長。若遇到卡鉆、鉆機(jī)搖晃、偏斜或發(fā)現(xiàn)有節(jié)奏的聲響

14、時(shí)，應(yīng)立即停鉆，查明原因，采取相應(yīng)措施后，方可繼續(xù)作業(yè)，當(dāng)需停鉆時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)將鉆桿提至地表4。2.4.5 壓灌混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高終孔驗(yàn)收后，進(jìn)行壓灌混凝土作業(yè)?；炷灵_始?jí)汗嗲埃桓鶚端杌炷帘仨毜綀銮医?jīng)過驗(yàn)收合格，混凝土坍落度控制在200240mm，用坍落度筒進(jìn)行檢驗(yàn)（見圖5）。開始?jí)汗鄷r(shí)宜先提升鉆桿200300mm，開始泵送混凝土，確認(rèn)鉆頭閥門打開后方可提鉆?；炷恋谋盟鸵诉B續(xù)進(jìn)行，邊泵送混凝土邊提鉆，控制提鉆速率與混凝土泵送量相匹配，保證料斗內(nèi)混凝土的高度不低于400mm，并保證鉆頭始終埋在混凝土面以下不小于1000mm，本工程提鉆速度控制在0.8m-1.0m/min。 圖4 成

15、孔電流控制 圖5 混凝土坍落度檢驗(yàn)2.4.6 清理孔口土方壓灌混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆機(jī)移動(dòng)至旁邊，用挖機(jī)將孔口多余土方清理干凈，并用鐵锨將掉入孔口中的泥土清理干凈，保證孔口處是新鮮混凝土。2.4.7 鋼筋籠的制作、鋼筋籠插入鋼筋籠的制作應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的規(guī)格、尺寸進(jìn)行制作，剛度應(yīng)滿足振插鋼筋籠的要求。鋼筋籠底部應(yīng)有加強(qiáng)構(gòu)造（見圖6），保證振動(dòng)力有效傳至鋼筋籠底部。鋼筋籠制作后，應(yīng)如實(shí)填寫質(zhì)量檢驗(yàn)表，必須經(jīng)監(jiān)理工程師檢查和批準(zhǔn)后才能使用。鋼筋籠插入前先將鋼筋籠用吊車吊入事先打好的引孔中，再將振動(dòng)器及振動(dòng)桿穿入鋼筋籠中，鋼筋籠頂部與振動(dòng)裝置可靠連接，一同起吊插入混凝土中（見圖7）。因鋼筋籠較長

16、，下插鋼筋籠必須進(jìn)行雙向垂直度觀察，使用雙向線垂成垂直角布置，發(fā)現(xiàn)垂直度偏差過大及時(shí)通知操作手停機(jī)糾正，下籠作業(yè)人員應(yīng)扶正鋼筋籠對(duì)準(zhǔn)已灌注完成的樁位。下籠過程中必須先使用振動(dòng)錘及鋼筋籠自重壓入，壓至無法壓入時(shí)再啟動(dòng)振動(dòng)錘，防止由振動(dòng)錘振動(dòng)導(dǎo)致的鋼筋籠偏移，插入速度宜控制在1.21.5m/min。鋼筋籠下插到設(shè)計(jì)位置后關(guān)閉振動(dòng)錘電源，最后摘下鋼絲繩，再將鋼管和振動(dòng)錘緩慢提出孔外，提出過程中一直開啟振動(dòng)錘，以保證混凝土的密實(shí)性。圖6 鋼筋籠底部加強(qiáng)構(gòu)造 圖7 插入鋼筋籠2.4.8 補(bǔ)灌混凝土、移打下一根因鋼筋籠在插入過程中振動(dòng)，混凝土密實(shí)，同時(shí)振動(dòng)鋼管會(huì)將等體積混凝土擠出孔口，以至于在鋼筋籠插入完

17、畢后，在振動(dòng)器緩慢提起過程中，混凝土面下沉。在振動(dòng)器離開孔口時(shí)再將鉆機(jī)緩慢移至孔口，泵送混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。高壓泵送出的混凝土?xí)⒖卓诓幻軐?shí)混凝土沖壓密實(shí)，保證樁頭質(zhì)量。3 長螺旋后插筋法施工過程質(zhì)量影響因素及對(duì)策通過本工程實(shí)踐，我們綜合分析，長螺旋后插筋的質(zhì)量影響因素主要包括以下兩類:長螺旋后壓灌施工過程質(zhì)量影響因素；后插鋼筋籠施工過程質(zhì)量影響因素。下面就這兩方面質(zhì)量影響因素分別提出相關(guān)控制措施。3.1 長螺旋后壓灌質(zhì)量影響因素分析及其對(duì)策3.1.1 混凝土泵管堵塞混凝土泵管堵塞的主要原因是混凝土配比或坍落度不符合要求，當(dāng)然也有導(dǎo)管路徑過長、彎頭過多等原因。該問題的對(duì)策主要是要保證粗骨料的粒徑

18、、混凝土的配比和坍落度符合要求，并盡量做到地泵靠近鉆機(jī)并在澆筑完畢后導(dǎo)管清洗干凈。3.1.2 鉆孔垂直度偏差和樁位偏差長螺旋后插筋施工過程中的鉆孔垂直度偏差和樁位偏差的原因是由于場地較松軟、地下水位高導(dǎo)致提鉆時(shí)大量出水浸泡樁機(jī)支腿土體而導(dǎo)致鉆桿傾斜。另外也有人為操作原因。該類問題的處理對(duì)策包括:確保施工前場地的壓實(shí)和平整。認(rèn)真落實(shí)交底制度，做到定位準(zhǔn)確，標(biāo)識(shí)清晰，并隨鉆隨校核，確保樁位準(zhǔn)確。3.1.3 樁身斷樁，夾層中心壓灌混凝土要求提鉆速度和混凝土壓灌速度匹配，若提鉆太快，而混凝土泵送量較小時(shí)，鉆頭埋人孔內(nèi)混凝土面較淺甚至無法埋人，極易造成孔壁坍塌現(xiàn)象，其直接后果就是樁身出現(xiàn)斷樁和夾層。為了

19、避免上述現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)保持混凝土灌注的連續(xù)性，確?；炷帘盟土亢吞徙@速度匹配，嚴(yán)格控制鉆桿提速，確保中心鉆桿內(nèi)有1.0m以上的混凝土。3.2 后插筋質(zhì)量影響因素分析及其對(duì)策3.2.1 樁頭質(zhì)量問題后插筋施工過程的樁頭質(zhì)量問題多為夾泥、氣泡、混凝土不足、浮漿太厚等。樁頭質(zhì)量問題的原因一般是由于操作控制不當(dāng)而引起的。為了保證樁頭的完整性，在后插筋施工中應(yīng)做到以下幾點(diǎn):及時(shí)清除或外運(yùn)孔口土方，防止下籠時(shí)孔口土體坍塌混人混凝土中。保持鉆桿頂端閥門開啟自如，防止混凝土中積氣造成樁頂混凝土含氣泡。由于鋼筋籠下沉過程中要排出孔內(nèi)部分混凝土，因此在混凝土壓灌階段應(yīng)適當(dāng)增加樁頭壓料量，避免因孔內(nèi)出水或混凝土離析造

20、成樁頂浮漿多，保證樁頭的完整性和整體質(zhì)量。3.2.2 后插鋼筋籠質(zhì)量問題 鋼筋籠制作控制要點(diǎn)鋼筋籠制作采用架力環(huán)筋成型法，架力環(huán)筋設(shè)于主筋內(nèi)側(cè)，應(yīng)保證鋼筋的位置及角度準(zhǔn)確無誤。螺旋箍筋與主筋之間綁扎牢固。鋼筋籠主筋采用搭接焊，同一截面上主筋焊接接頭數(shù)不得多于主筋總數(shù)50%。鋼筋籠在運(yùn)輸?shù)醴胚^程中嚴(yán)禁高起高落，以防彎曲變形。鋼筋籠人孔時(shí)，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位徐徐輕放，避免碰撞孔壁，下籠過程中如遇阻，不得強(qiáng)行下人，應(yīng)查明原因后繼續(xù)下籠。鋼筋籠下部加工加強(qiáng)點(diǎn)，加強(qiáng)點(diǎn)應(yīng)牢固，保證鋼管充分著力，起吊過程保證鋼筋籠不彎曲，將鋼筋籠徐徐插人孔內(nèi)，前期靠自重下沉，后期啟動(dòng)振動(dòng)錘，靠振動(dòng)力將鋼筋籠振人孔內(nèi)，以水準(zhǔn)儀抄平控

21、制籠頂標(biāo)高，其后拔除振動(dòng)錘和鋼管。另外，為了保證鋼筋籠在沉人孔中有良好的鋼筋保護(hù)層，在鋼筋籠制作時(shí)應(yīng)多增加保護(hù)層支撐架，并使其均勻布置在架力筋周圍。 籠底開口等導(dǎo)致鋼筋籠無法沉人鋼筋籠在后插人過程中會(huì)受到樁體混凝土的粘滯阻力和孔壁土體的摩擦力，因此鋼管給樁頭的給進(jìn)力很大，極易造成鋼筋籠籠底開口，鋼管穿透鋼筋籠，從而導(dǎo)致整個(gè)沉籠工作失敗。該事故的處理對(duì)策主要有:采用改善混凝土配合比，保證粗骨料的級(jí)配和粒徑等措施來提高樁體混凝土的和易性。吊放鋼筋籠時(shí)保證垂直和對(duì)位準(zhǔn)確。采用圖6所示的籠底端加強(qiáng)措施，并提高鋼筋籠的整體穩(wěn)定性。 鋼筋籠上浮在后插筋過程中，在施工下一根樁時(shí)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致與之相鄰的樁鋼筋籠上浮事故，究其原因，是由于地層原因或相鄰樁間距太近等造成了樁體澆筑混凝土串孔或樁周土壤擠密作用而引起的。其處理對(duì)策主要是在施工時(shí)采用跳打法間隔施工，確?；炷敛淮??？刂坪孟噜彉兜氖┕r(shí)間間隔，其施工間隔最好大于混凝