張培印

（中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

鉆孔灌注樁被廣泛應(yīng)用在基巖施工中，這是因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)可以有效控制成樁直徑和樁長(zhǎng)，受荷載后傳力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單樁承載力大，可以同時(shí)承受抗豎向作用力和水平荷載，成為房建工程、市政工程、橋梁工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的首選成樁工藝。在這樣的環(huán)境背景下，探究高強(qiáng)度花崗巖中大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某市政工程施工中，通過(guò)地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)地層分布有花崗巖風(fēng)化殘積土至微風(fēng)化、未風(fēng)化巖層，設(shè)計(jì)以抗拔承載力控制，1.5m直徑樁嵌入高強(qiáng)度硬質(zhì)巖層深度達(dá)13.5m，1.8m直徑樁嵌巖達(dá)13m；基巖最高抗壓強(qiáng)度達(dá)100MPa，巖面起伏劇烈，相鄰樁基巖面高差達(dá)10m，導(dǎo)致鉆具碎巖過(guò)程中非常容易發(fā)生筒體變形及卡鉆，極大地降低了成孔效率。后續(xù)開展三支試驗(yàn)樁，成孔設(shè)備采用36型鉆機(jī)進(jìn)行試鉆，由于樁基入基巖深度較深，其中中風(fēng)化和微風(fēng)化深度約為地面下48m，巖層均為花崗巖，完整性好，進(jìn)尺速度緩慢，基巖的進(jìn)尺效率難以保證。對(duì)此，結(jié)合工程情況，運(yùn)用大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)，采用高強(qiáng)度合金牙輪鉆頭，優(yōu)化焊接角度及質(zhì)量的同時(shí)，基于堅(jiān)硬巖破碎機(jī)理，采用分級(jí)回轉(zhuǎn)套鉆方法，提高入巖工效；結(jié)合土層實(shí)際標(biāo)貫值，充分考慮土層側(cè)摩阻力，科學(xué)經(jīng)濟(jì)的確定入巖深度，避免超嵌，提高成孔效率。

2 基于標(biāo)貫值的抗拔樁豎向承載力研究

2.1 明確標(biāo)貫值

根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的要求，在標(biāo)貫值的基礎(chǔ)上開展抗拔樁豎向承載力的研究，得到基樁抗拔承載力為：

推斷出等效抗拔狀態(tài)下的樁側(cè)阻力。式中：Tuk-樁抗撥承載力標(biāo)準(zhǔn)值；λi代表抗拔系數(shù)，數(shù)值在0.50～0.80之間；qsik-樁側(cè)第i層土的抗壓側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；ui-樁身周長(zhǎng)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中，基于不同土層范圍值，利用樁體長(zhǎng)細(xì)比確定取值范圍，得到折減系數(shù)。這種方法主要適用在土層抗拔承載力計(jì)算，若要得到巖層中的抗拔承載力，結(jié)合地方標(biāo)準(zhǔn)，估算單根錨樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：

其中：Qbk-錨樁抗拔承載力的標(biāo)準(zhǔn)值；fr-錨樁混凝土軸心抗壓強(qiáng)度較小值；Ur-樁身周長(zhǎng)；hr為錨樁深度。由于承載力與巖石抗壓強(qiáng)度相關(guān)，確定其側(cè)阻力取值范圍為0.02＜C2＜0.04或是0.03＜C2＜0.05。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)極限承載力試驗(yàn)得出抗拔側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 試驗(yàn)樁得出土層設(shè)計(jì)參數(shù)

選擇1根1000mm直徑灌注樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抗拔靜載試驗(yàn)和應(yīng)力測(cè)試，得到抗拔樁的Q-s曲線，揭示該場(chǎng)地嵌巖灌注樁的抗拔承載特性。在土層變化位置、標(biāo)貫試驗(yàn)位置埋設(shè)應(yīng)變計(jì)和位移計(jì)，觀察試樁基于加載情況下的軸力分布值。試驗(yàn)樁樁長(zhǎng)為26.5m，嵌入巖層1.1m，試驗(yàn)擬施加2.5倍工作荷載，使其達(dá)到1545t；在加載過(guò)程中，上拔荷載達(dá)到530.9t時(shí)，試樁位移過(guò)大，土體與樁周接觸滑動(dòng)失效。通過(guò)土層樁側(cè)阻力的分析，得出不同性質(zhì)的土層，其側(cè)阻力發(fā)揮特征也不相同；巖層中的單位側(cè)阻力遠(yuǎn)高于上覆土層，所占總荷載的比例較大。通過(guò)樁側(cè)阻力與各土層的標(biāo)貫值對(duì)比，基本上可以得出土層中樁側(cè)抗拔阻力約等于標(biāo)貫值（kPa），巖層的樁側(cè)抗拔阻力約等于5.5倍的標(biāo)貫值，即550kPa。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備工作

針對(duì)本工程樁基直徑大、成孔深、嵌硬巖的特點(diǎn)，選用國(guó)產(chǎn)三一SR360旋挖鉆機(jī)和德國(guó)寶峨BG36作為施工主力機(jī)械，考慮到旋挖鉆機(jī)自重對(duì)頂部孔口土層的影響，要采取孔口防護(hù)措施，以減小在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)孔壁穩(wěn)定性的不利影響。鉆機(jī)就位前，在鉆機(jī)作業(yè)區(qū)域鋪一層25mm厚鋼板，分散集中應(yīng)力對(duì)孔口的影響，增大鉆機(jī)兩側(cè)履帶受力面積，達(dá)到地表承載力的提升，為鉆機(jī)鉆進(jìn)施工提供平穩(wěn)施工面，保證鉆進(jìn)效果。

3.2 土層段鉆進(jìn)

根據(jù)勘察報(bào)告針對(duì)樁孔地質(zhì)特點(diǎn)選擇鉆進(jìn)方式，土層鉆進(jìn)時(shí)一般按設(shè)計(jì)樁徑一直鉆孔到底，鉆進(jìn)時(shí)間盡可能縮短，盡量加大回次鉆進(jìn)時(shí)的進(jìn)尺，增大每次提鉆的土方量，提升鉆頭出孔時(shí)行速緩慢，防止孔內(nèi)水壓力快速下降，在孔內(nèi)做好補(bǔ)漿處理，進(jìn)而維持孔內(nèi)水壓力的穩(wěn)定性。

3.3 巖層段鉆進(jìn)

3.3.1分級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)

本工程樁基持力層為中、微風(fēng)化巖層，巖層極其堅(jiān)硬，為克服大斷面鉆進(jìn)阻力，硬巖鉆進(jìn)時(shí)采用分級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)施工方案。旋挖機(jī)鉆桿連接牙輪筒鉆頭，鉆頭直徑為1.0m，通過(guò)旋挖鉆機(jī)不斷的輸出扭矩、壓力，帶動(dòng)牙輪鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)，與巖層接觸面不斷的摩擦，最終在巖體四周磨出環(huán)槽，擴(kuò)孔鉆進(jìn)為全斷面破碎巖，巖壁被最終磨為石塊或石屑，進(jìn)尺達(dá)到一定深度時(shí)，截齒撈砂鉆頭進(jìn)行石屑清理。

3.3.2旋挖鉆機(jī)破巖

在旋挖鉆機(jī)破巖過(guò)程中，需要提供增加壓力的方式，把鉆具截齒壓進(jìn)巖石中，通過(guò)動(dòng)力頭輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)巖石剪切破碎。在此過(guò)程中，還要借助加壓載荷和旋轉(zhuǎn)扭矩聯(lián)合作用，使得鉆具和巖石接觸后，發(fā)生較強(qiáng)的剪切力，達(dá)到破巖剪切的目的?？茖W(xué)使用破碎工具，可以保證以最小阻力壓進(jìn)巖石，鉆進(jìn)效果明顯，故本項(xiàng)目選擇鑲嵌球形體的合金鋼牙輪鉆頭，制作鉆頭焊接專用工具及平臺(tái)，便于統(tǒng)一焊接位置與角度，以便成孔過(guò)程中減少或不存在局部破壞點(diǎn)，使得一組牙輪在切向與方向同步碎巖。

3.4 鋼筋籠制安、導(dǎo)管安放、混凝土澆筑

采用直徑φ300mm絲扣導(dǎo)管灌注混凝土，灌注前對(duì)使用導(dǎo)管的長(zhǎng)度和數(shù)量進(jìn)行分配，導(dǎo)管長(zhǎng)度適中，入孔前逐根記錄，保證底端距孔底30～50cm預(yù)先計(jì)算好初灌時(shí)導(dǎo)管埋管深度及所需混凝土方量，現(xiàn)場(chǎng)檢查混凝土標(biāo)號(hào)、坍落度合格后，在澆筑料斗的導(dǎo)管口放置適量膨脹蛭石，以防止底部混凝土離析。兩輛混凝土灌車同時(shí)灌注，確保導(dǎo)管底端埋入混凝土中1m以上的要求?；炷脸喔叨戎辽俦仍O(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高多50～100cm，澆筑過(guò)程中做好記錄。

4 施工中的常見問題及處理方案

4.1 鉆孔偏斜

在高強(qiáng)度花崗巖中大直徑鉆孔灌注樁施工中，很容易出現(xiàn)鉆孔偏斜問題，這是因?yàn)槭┕?chǎng)地平整度與密實(shí)度不夠，再加上鉆機(jī)底座安裝偏斜，或是施工中，施工人員將鉆機(jī)組安裝在軟硬土層交界面，鉆機(jī)運(yùn)行中會(huì)沿著界面開展，發(fā)生鉆孔偏斜。同時(shí)，地層中砂卵石過(guò)多，巖石形態(tài)不同，鉆孔過(guò)程中，在高強(qiáng)度鉆壓下，花崗巖會(huì)受力不均；孔道擴(kuò)充位置，鉆頭很容易發(fā)生擺動(dòng)，迫使鉆頭偏斜到另一處，造成鉆孔偏斜。

針對(duì)鉆孔偏斜問題，在施工中，鉆機(jī)安裝前，施工人員要夯實(shí)支撐點(diǎn)基礎(chǔ)，保證基礎(chǔ)平整，禁止出現(xiàn)偏斜情況；及時(shí)檢查鉆孔情況，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜位置，將鉆桿設(shè)置在偏斜位置，通過(guò)反復(fù)掃孔的方式，恢復(fù)鉆孔正直；在鉆孔偏斜嚴(yán)重的問題填入適當(dāng)?shù)纳梆ね?，夯?shí)后進(jìn)行小幅度鉆進(jìn)。

4.2 掉鉆落物

在施工中，掉鉆落物也比較常見，會(huì)影響施工質(zhì)量，鉆機(jī)卡鉆中，可能會(huì)由于操作方法不當(dāng)或是用力過(guò)大導(dǎo)致，鉆桿和鋼絲承受負(fù)荷較大，發(fā)生斷裂問題；鉆桿接頭安裝不到位而發(fā)生滑絲問題，也會(huì)造成掉鉆落物。除此之外，若各個(gè)部件磨損過(guò)重，引發(fā)鋼絲偏轉(zhuǎn)，再加上操作人員操作不當(dāng)，會(huì)讓該部件脫落，鉆桿松動(dòng)脫節(jié)，進(jìn)而造成掉鉆落物情況。

在實(shí)際處理中，針對(duì)掉鉆落物的突發(fā)情況，施工人員要做好準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)對(duì)鋼絲繩、鉆頭、鉆桿和卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備的定期檢查，保證連接固定，鉆孔前清理孔中的雜物，優(yōu)化鉆頭和連接位置設(shè)計(jì)，有效預(yù)防掉鉆落物事件的發(fā)生，一旦發(fā)生掉鉆落物問題，要找到落鉆問題，清理雜物找到鉆頭，針對(duì)零星鐵采用電磁鐵吸附出來(lái)，或是選擇打撈工具撈出，及時(shí)更換鉆桿和鉆頭，擰緊連接松動(dòng)位置，保證經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)活動(dòng)的正常運(yùn)行。

4.3 孔底沉渣厚

在施工中，由于花崗巖的強(qiáng)度大，鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)形多的沉渣，孔底沉渣過(guò)厚，會(huì)影響樁身承載性能，容易引發(fā)地基沉降，進(jìn)而對(duì)上部建筑物的使用造成不利影響。造成這一現(xiàn)象的原因主要是鉆進(jìn)過(guò)程中的地基土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，若清孔中泥漿沒有清除干凈，或是清孔方式不當(dāng)，就會(huì)引發(fā)孔底沉渣過(guò)厚問題。

在實(shí)際處理中，施工人員要選擇抽漿法進(jìn)行沉渣治理，徹底清孔，鉆孔前提高護(hù)筒埋深，護(hù)筒高出地面25cm。同時(shí)，施工人員要控制泥漿密度與黏度，適當(dāng)添加黏土粉，使其密度在合理范圍內(nèi)，粘度控制在30—40s范圍內(nèi)，及時(shí)檢測(cè)孔底沉渣厚度，沉渣厚度在30cm以內(nèi)，就要吊放鋼筋籠，終孔后立即停止進(jìn)尺，鉆機(jī)保持運(yùn)行，吸渣時(shí)間達(dá)到15min后，清除孔底沉渣。

4.4 鋼護(hù)筒變形

在鉆進(jìn)過(guò)程中，樁的鋼護(hù)筒很容易發(fā)生變形情況，使得鉆頭無(wú)法通過(guò)，影響鉆進(jìn)進(jìn)程。這主要是受到花崗巖中的漂石的影響，插打鋼護(hù)筒時(shí)擠壓鋼護(hù)筒，造成鋼護(hù)筒變形或是撕裂開，影響鉆孔過(guò)程。針對(duì)這一問題，施工過(guò)程中要選擇APE 400型振動(dòng)打樁錘，及時(shí)拔除已經(jīng)變形的鋼護(hù)筒，切除變形部分，重新插打鋼護(hù)筒。針對(duì)變形范圍小的鋼護(hù)筒而言，施工人員可以采用回填片石的方式，通過(guò)沖擊鉆機(jī)對(duì)變形范圍進(jìn)行重復(fù)沖擊，之后選擇KPG 3000A型鉆機(jī)進(jìn)行施工。而針對(duì)變形范圍內(nèi)大的鋼護(hù)筒而言，要選擇水下切割的方式，切除已經(jīng)變形的護(hù)筒，考慮到可能引發(fā)淤泥內(nèi)涌的問題，施工中同步注漿與下套保險(xiǎn)小鋼護(hù)筒的方式，達(dá)到鞏固效果，及時(shí)處理已經(jīng)變形的鋼護(hù)筒，保證施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高強(qiáng)度花崗巖成孔施工時(shí)，由于硬度較大無(wú)法保證樁基快速成孔，必須要選用大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)，提高成孔效率與成樁速度，縮短工期，降低施工成本，保證工程效益的最大化。