钻孔灌注桩在某基础工程中的应用与研究

钻孔灌注桩在某基础工程中的应用与研究
周欢
摘要：针对目前常用的钻孔灌注桩和静压桩两种桩基类型的适用范围和施工工艺进行了对比分析，并结合增城市某小区高层住宅建筑基础工程中钻孔灌注桩的应用，就其旋挖钻机成孔、钢筋笼制作安装、水下混凝土灌注等施工工艺进行了探讨。
关键词：基础工程，桩基础，钻孔灌注桩，静压桩
1 工程概况
增城市某小区高层住宅建筑基础工程桩基工程，地下水对混凝土具有中等腐蚀性，钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水的情况下，具有弱腐蚀性，在干湿交替的情况下，具有强腐蚀性。根据场地地基土物理力学性质指标特性，将其分层如下：
(1) 冲填土：结构松散，层厚0.60m；
(2) 粉质粘土：呈黄褐色，可塑性状态，中高压缩性，层厚3.3m；
(3) 细砂：湿，中密～密实状态，中低压缩性，层厚5.6m；
(4) 粉土、粘土：呈黄褐色，可塑性状态，中高压缩性，层厚11.4m；
(5) 粘土：呈灰黄色，局部灰绿色，可塑状态，中压缩性，层厚5.1m；
(6) 粉质粘土：呈灰绿色，低压缩性。
2 成桩方式的对比分析
2.1 钻孔灌注桩
通过钻孔机打孔，并在孔内放置钢筋笼、然后再灌注混凝土而成的桩叫钻孔灌注桩，在很多大型建筑物和重型构筑物中被广泛应用[1]。
钻孔灌注桩和静压桩不同，静压桩是通过静力压桩机将桩压入土体进而将周围土体挤开，桩身本身强度高，土体对桩产生较大的土压力。钻孔灌注桩则不同，它是桩机成孔后，在孔内灌注混凝土进而成桩，周围土对桩身产生的压力相对较小。
钻孔灌注桩施工，孔的垂直度控制非常重要，若孔的垂直度偏差过大，钢筋笼和导管将很难完全放入孔中。
当孔钻至设计标高后，尽量利用钻杆在原位进行清孔。由于孔内泥浆中处于悬浮状态的沉渣在吊放钢筋笼时会再次沉到孔底，所以在灌注混凝土前要再次进行清孔施工。当孔口回流泥浆指标均符合设计及规范要求后，才可开始灌注混凝土。
2.2 静压桩
静压桩基础是通过静力压桩机自身的巨大重力和机架上的配置重块提供反力将预制桩压入土体的沉桩工艺[2]。其特点主要如下：
压入预制桩时，挤密了桩身周围的松软土层，使桩的承载力显著提高；压入预制桩的桩身混凝土密度大，使得其抗腐蚀性能增强；噪音和振动对周边环境影响较小，在工程量大，打桩数量多的情况下经济效益较高。
静压桩在现场的施工通常都采取分段压入，逐段接长的施工方式，具体如下：桩身定位、桩尖就位、桩身对中调直、压入、接长、再压入，直到达到设计深度。
成桩方式的选择应考虑工程上多方面的因素，归纳起来主要如下：
（1）上部结构传递给基础的荷载大小和类型，以及基础的类型要求；
（2）工程场地的地质条件、水文条件，以及地下水深度等；
（3）工程场地机械设备和材料的运输、吊装难度，场地施工设备和工程材料的供应，应尽量因地制宜，就近取材；
（4）成桩过程中对环境的不利影响。
（5）桩基设计应比较经济，节能，符合工期要求和环保要求。
综合考虑该基础工程的结构类型、荷载情况、地质条件及施工技术能力，工程工期及特点等因素，本工程采用φ800mm钻孔灌注桩，共40根，设计桩长30m，桩端持力层为粉质粘土层，桩端断面进入持力层4.0m，桩底均采用压浆工艺。钻孔设备投入2台SD-20型旋挖钻机，清土设备采用200型反铲挖掘机配10T自卸卡车。
3 主要施工工艺
3.1 旋挖钻机成孔
旋挖钻机内置动力设备带动钻杆和钻头，由钻头转动切削孔内土层，钻头取出钻渣后孔内泥浆下沉，泥浆顺着地沟流入孔内，钻头倒出钻渣后继续下入孔内转动切削孔内土层，同时将上层泥浆（水）循环到孔底，如此依次循环成孔，钻头钻至设计桩底标高完成钻孔作业。
钻机就位前应对各项准备工作进行检查，钻机就位后，做到平整、稳固，确保施工时不发生倾斜，钻机钻杆中心与护筒中心偏差应不大于20mm[3]。
钻机钻孔过程中，要根据不同地层地质情况控制好进尺速度，在淤泥质土层中要缓慢钻进，确保泥浆充分护壁，并反复上下扫孔，防止缩颈。
采用膨润土泥浆护壁，对孔内护壁及清孔排渣，均收到良好效果。
当钻孔达到设计要求孔深时，现场质检人员自检后并会同有关单位人员进行检查验收；
孔深验收合格后立即安装导管，清孔时向导管内加注大流量优质泥浆，进行孔内循环换浆，以清除悬浮在孔内造孔泥浆中的渣粒。
3.2 钢筋笼制作安装
根据设计要求，确保钢筋笼质量，同时便于施工，在施工现场的钢筋制作场内分段制作。
钢筋笼由人工运到孔口，钢筋笼在孔口分节焊成整体后，沉入孔内。
钢筋笼在沉放前，必须由专职质检人员对钢筋笼的尺寸、焊接点等进行严格检验；钢筋笼保护层采用和混凝土预制空心圆盘套入箍筋内实现，依设计要求，钢筋笼保护层厚度75mm，每三米上一道，每道沿钢筋笼周边均匀布置4个，空心混凝土圆盘外径为Φ850mm，盘厚40～50mm，确保钢筋笼保护层不小于75mm，钢筋笼起吊时应对称吊在加强箍筋上，对准孔位，吊直扶稳、缓慢下放，避免碰撞孔壁，下入到设计要求位置后应立即固定。
钢筋笼制作时，主筋应校直，焊缝饱满，搭接长度符合规范要求（≥35d，d为钢筋直径，单面焊）。钢筋笼主筋焊接接头按La（La为最小锚固长度40d）长度错开布置，同一断面上接头数量不得超过50％[4]。
3.3 水下混凝土灌注
针对本工程地下水对混凝土有较重的腐蚀性，在实现设计中所提各项混凝土技术指标及符合相关规范要求下，择优选用；在水下混凝土浇筑前，应进行清孔，直到回流泥浆比重在设计要求之内。
混凝土浇筑方法采用直升导管水下混凝土灌注法，导管内孔直径为250mm，导管分节长度0.5m、1m、2.5m、3.5m，节头用螺旋连接，节间用橡胶圈密封防水，导管总长度根据孔深和施工要求配置，导管及料斗由吊车配合提吊。导管应放置在孔内的中心位置，下放时应先放到孔底，复测一下孔深，然后再提管300～500mm待灌注。
混凝土开始灌注时采用隔水栓分隔泥浆与混凝土，并在孔口平台上储备好足够的混凝土，保证初灌量后再开浇，以满足开浇后使导管底端在孔底部位埋入混凝土中0.8m以上。
灌注过程中保证混凝土能连续紧凑地进行，随着混凝土面的上升，要适时提升导管和拆卸导管，导管底部埋入混凝土下一般2～6m。
混凝土灌注时，试验人员控制混凝土坍落度，使混凝土有足够的和易性和流动性，并由专人用测绳经常测量混凝土面的上升情，防止导管堵塞或埋管，砼浇筑结束，应立即拔出钢护筒，并及时回填桩孔空浇部分；为保证设计桩顶以下混凝土的密实性，终浇混凝土面必须满足设计加灌要求（应考虑1m以上）。
4 结论
选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低成本起着举足轻重的作用。本工程采用的钻孔灌注桩施工成桩，实践证明是可行的，结合工程特点，因地制宜，就近取材，在保证工程质量的前提下，经济效益十分可观，且把对环境的影响降到最低程度，对类似工程具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].中国建筑工业出版社,2008.
[2] 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S].中国建筑工业出版社,2002.
[3] 冯春强.浅谈建筑工程中预制桩与灌注桩的应用[J].建材与装饰,2007(07).
[4] 张忠亭,等.钻孔灌注桩的设计也施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2007(2).