在深基坑支护冲孔灌注桩应用施工控制

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摘要:随着城市基础设施建设的快速发展，建筑基础结构施工难度逐渐增加，为了满足建筑基础施工要求，深基坑施工占比越来越高。本文以福建省福清市龙江汽车站项目为研究背景，具体分析了冲孔灌注桩在深基坑支护中的应用特点，重点阐述了冲孔灌注桩的施工工艺及质量控制措施。

关键词:深基坑;冲孔灌注桩;施工工艺;质量控制

前言

随着城市化进程的不断推进，城市人口数量将持续攀升，给城市基础设施建设带来重大挑战。为了提高基础设施对大量人口的接纳能力，工民建建筑结构必然要向超高、大跨等方向发展，而大跨、超高层建筑基础结构施工必须在深基坑内完成，为保证基坑侧壁的稳定性，必须对建筑结构深基坑进行必要的支护。目前建筑结构施工，因大跨、超深、复杂地质条件等特点，如何解决好深基坑的安全开挖及基坑侧壁的稳定性，同时又兼顾好基坑开挖及支护成本是基础工程领域亟待解决的问题［1］。本文以福建省福清市龙江汽车站项目为例，重点分析冲孔灌注桩在深基坑支护中的应用，并就该桩的施工质量控制工艺进行深入分析，为该桩在深基坑支护中的应用提供借鉴。

1项目概况

福建省福清市龙江汽车站项目地处福清市龙江街道大真线与龙迳环路交叉口东南侧，施工区域原作为菜地使用，菜地内敷设有一条沿东西向的灌溉渠，渠道内水深约为1．2m;汽车站主体工程为1栋6层钢筋混凝土框架结构(地上部分5层，地下部分1层)、1栋1层钢筋混凝土框架结构及1栋2层钢筋混凝土框架廊道。考虑到现场地质条件相对复杂、地下各类管线交错、地下水位较高，为了确保主体结构安全可靠，基础拟选用桩基础形式，桩基础类型为冲孔灌注桩，桩端持力层为碎块状强风化凝灰岩，为了确保桩端承压可靠，冲孔灌注桩深入持力层厚度应大于1．5m。项目使用的冲孔灌注桩桩身为混凝土形式，混凝土设计强度为C30，混凝土配合比按照水下混凝土标准设计，坍落度为180～220mm，桩身现浇混凝土水灰比不应超过0．5，为了避免出现桩基础内钢筋锈蚀及混凝土结构的“碱－骨料”反应，桩身混凝土氯离子含量不能超过0．15%，且碱性物质占比不能超过3．0kg/m3;为了保障冲孔灌注桩的顺利施工，施工现场应配套完备的施工机具。项目主要施工机具配套情况见表1。表1施工机具配套情况机具设备数量/台额定功率/(kW/台)冲击钻进机械1237．5泥浆循环泵1018焊接机械517．5钢筋加工机械73

2深基坑支护工程应用特点

随着基坑深度、地质条件复杂程度的不断提高，放坡、护坡等常规基坑支护体系已无法满足深基坑的支护要求，通过总结大量深基坑支护施工经验发现，目前深基坑支护具备以下突出特点。1)深基坑支护设计标准不断深入。传统的基坑支护体系设计主要以强度作为控制参数，认为基坑支护体系强度是控制基坑稳定性的关键因素，对支护体系的抗变形刚度、受荷位移、体系变形及基坑土体稳定性的关注度不够;随着基坑开挖深度的提高，加之复杂地质条件、既有管线等因素的影响，在设计基坑支护系时，不能单纯以强度作为控制参数，应综合强度、抗变形刚度、土体变形等参数进行优化设计，以力求实现深基坑支护体系的可靠性、安全性、经济性。2)深基坑设计与施工的结合程度进一步深化。传统的基坑设计与施工环节存在严重的脱节问题，由于设计与施工两方的对接不到位，导致支护设计方案中的土层分布、地质条件、地下水位等参数与施工实际不符;为了避免以上问题的出现，深基坑在设计与施工过程中的结合程度得到大幅提升，设计方向施工现场派驻设计代表，通过现场勘察论证工程实际与设计假定之间的差异，根据实际勘察结果反推支护设计方案，对原方案进行优化改进［1］，对现场遇到的特殊地质条件应联合施工方开展专项设计，且设计方案中应对施工工艺做出具体规定。3)第三方基坑监测得到快速发展。早期的基坑开挖及支护施工因施工环境相对单一，施工现场空间较大，一般未对基坑变形进行单独监测;但随着城市化进程的推进，城市中的基坑施工条件日益苛刻，大量既有建筑基础、地下管线、城市基础设施对基坑的开挖及支护施工带来严重的不利影响，如果未对基坑及支护系进行实时监测，一旦出现大变形、大位移而无法及时预警，必将造成严重的基坑坍塌事故。目前，在深基坑开挖及支护施工项目中，基坑监测已成为必不可少的环节，基坑监测数据对基坑开挖及支护起到了重要保障作用。

3冲孔灌注桩施工质量控制工艺分析

3．1冲孔灌注桩施工工艺流程

根据冲孔灌注桩施工的先后流程，大体上可分为桩孔放线及定位、冲击成孔、孔道清理、钢筋骨架吊装、导管二次清孔、混凝土现场灌注及成桩等环节。施工工艺流程见图1［2］。

3．2冲孔灌注桩主要施工工艺及质量控制措施

1)施工预备及参数控制。施工预备主要包括桩位放样和护筒埋设方面。在施工现场设计冲孔位置标定纵横十字线，测绘人员现场放出冲孔的准确位置，放样后应对孔位进行校核，确保孔位与设计方案一致，以冲孔中心放样点为基准埋设护筒，钢制护筒内径应略大于冲孔钻头，以确保冲孔的顺利进行。为了保证准备工作的顺利进行，应做好相关参数的控制，首先，护筒表面应预留2～3个溢浆孔，以满足泥浆外溢需求，合理控制钢制护筒的入土深度，最小入土深度不能低于200mm，对于塌孔风险较高的软弱土体，为了保证护筒的稳定性，其入土深度应适当增加，严格控制钢制护筒的外露长度，外露长度不能低于100mm，且护筒中心点与冲孔放样中心点之间的偏差应控制在50mm以内。2)“正循环式”冲击成孔及过程控制。冲孔机械与放样点对准后应保持冲孔机械固定且平稳，为了控制冲孔机械在作业过程中的稳定性，冲孔机械轨道支撑系应使用沙袋垫平，以控制冲孔精度，避免冲孔过程中因冲孔机械移位而造成冲孔歪斜。冲孔起步阶段设定为小行程高频锤击，合理控制冲击锤的提升高度和冲击频率两大参数，冲击锤提升高度宜控制在0．5～0．6m，冲孔过程中应伴随泥浆护壁，一方面保持孔壁润滑，降低冲孔阻力，另一方面，则提高孔壁的稳定性，避免出现孔道塌方事故。当冲孔钻头深入至软弱土层时，应适当增加护壁泥浆补给量，同时控制冲击速率;冲孔至桩基础持力层后，应控制好钻入持力层的深度，钻入持力层深度应控制在100～120mm，进行第一次孔道清理，同时取样送检;护壁泥浆泵送采用正循环模式，在整个冲孔、清孔过程中，应控制好孔道内泥浆液面高度范围，始终保证孔道内护壁泥浆液面高度超过地下水位1．5m以上，同时控制好泥浆泵设备，保证设备工作的连续性和稳定性，确保孔道内泥浆浓度始终处于合理范围内。泥浆正循环清孔示意见图2。3)灌注桩钢筋骨架焊接吊装及过程控制。首次清孔完毕后，提起冲击钻头，使用起重设备吊装钢筋骨架，钢筋骨架采用分段焊接拼装，为了保证钢筋骨架的刚度和荷载稳定性，应严格控制同一截面内的钢筋接头数量，同一截面内的接头数量不能超过钢筋总数的50%，钢筋骨架焊接应严格按照钢筋设计图纸进行。为了保证混凝土灌注后的钢筋保护层厚度满足设计要求，吊装钢筋骨架后应在钢筋骨架外侧垫设与保护层厚度相同的垫块，应合理控制垫块布设间距，间距宜控制在2～2．5m，钢筋骨架顶部应焊接起吊环，以便于现场吊装和位置控制。钢筋骨架焊接采用搭焊形式，为了控制好焊接强度，搭接长度不能低于钢筋直径的10倍，相同截面内的钢筋搭接位置应相互错开，以避免钢筋骨架出现应力集中现象;钢筋骨架内的接头数量应坚持“宜少尽少”的原则，为了提高骨架的横向刚度，骨架每隔3m增设一道“井字形”加劲撑，以提高钢筋骨架主体的承载强度和抗变形刚度。4)灌注桩混凝土浇筑及质量控制。在冲孔灌注桩混凝土浇筑过程中，混凝土经注浆导管灌注至桩体内，由于注浆管内的混凝土液面高度高于清孔泥浆液面及孔道内混凝土液面，注浆管内的混凝土依靠压力差和容重优势完成快速注浆作业［3］。注浆开始后，应合理控制注浆管与孔底的距离，以提高注浆效率，注浆导管与孔底间距应控制在400～500mm，浇筑用混凝土坍落落度指标应控制在180～220mm，以保证其施工和易性和流动性满足灌注施工要求，当混凝土灌注至距离桩顶3～5m时，应适当降低坍落度指标至150～160mm，以保证桩顶浮浆的浇筑质量。应合理控制注浆导管的抽提力度，确保导管抽提的连续性和稳定性，抽提幅度不宜过大，以避免混凝土浇筑对孔道壁的冲刷影响，灌注过程中应连续监测浇筑面高度，从而合理确定每段浇筑的充盈系数，桩基础混凝土浇筑充盈系数不能低于1．1。

4结语

以福建省福清市龙江汽车站项目为研究案例，基于深基坑支护工程应用特点，重点分析了冲孔灌注桩在深基坑支护中的应用及冲孔灌注桩的施工工艺和质量控制问题，以期为其他类似项目提供借鉴。

参考文献:

［1］王首昊．碧水湾项目深基坑支护方案优化研究与应用［D］．沈阳:沈阳建筑大学，2019．

［2］徐国梁．基坑支护冲孔灌注桩施工技术［J］．施工技术，2013，43(S1):114－117．

［3］向泽．冲孔灌注桩施工技术研究［D］．重庆:西南大学，2015．

作者：林建标 单位：福州建工( 集团) 总公司