韦鹏喜
（广西建工集团第二建筑工程有限责任公司，南宁，530000）
摘 要：旋挖灌注桩作为一种较为成熟的施工技术，被广泛应用在建筑工程中。本文通过介绍单桩竖向承载力受力机理，结合某较大单桩竖向承载力旋挖灌注桩工程，对影响单桩竖向承载力的施工工序进行分析，并提出相关质量控制措施，以提高旋挖灌注桩施工质量，满足工程对竖向承载力的要求。
关键词：旋挖灌注桩；质量控制；单桩承载力；技术复核
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
Application of quality control measures for rotary cast-in-place pile with large vertical bearing capacity of single pile
Wei Pengxi
(Guangxi Construction Engineering Group No.2 Construction Engineering CO,Ltd.，Nanning Guangxi 530000，China;)
Abstract: As a mature construction technology, rotary cast-in-place pile is widely used in construction engineering. In this paper, by introducing the mechanism of vertical bearing capacity of single pile, combined with a large single pile vertical bearing capacity of rotary cast-in-place pile project, the construction process affecting the vertical bearing capacity of single pile is analyzed, and the relevant quality control measures are put forward, so as to improve the construction quality of rotary cast-in-place pile and meet the requirements of the project for vertical bearing capacity.
Key words: rotary cast-in-place pile; quality control; bearing capacity of single pile; technical review
[作者简介] 韦鹏喜（1974-），男，广西南宁人，本科，高级工程师。
地址：南宁市安吉大道17号
E-mail: 402312258@qq.com
1 工程概况
1.1 工程简介
南宁师范大学武鸣校区二期项目3#教学实验楼工程位于广西南宁市武鸣区，是政府投资的大型公建工程，也是南宁师范大学武鸣校区标志性工程，建筑面积17848.17㎡，共15层，建筑总高度78.00m。其中地下室共一层，建筑面积14657.09㎡，基础形式为桩基础、独立基础及筏板基础。3#教学实验楼主楼部分采用桩基础，总桩数为50根，分为ZH1直径1000mm桩22根，ZH2直径1200mm桩28根。在广西地区旋挖灌注桩单桩承载力一般为5000-9000KN，而该工程ZH2桩，桩身直径较大且单桩竖向承载力特征值达到12000KN，承载力施工难度大，对成桩的质量控制提出较高要求。
根据建设方提供的《南宁师范大学武鸣校区（二期项目）1#、2#、3#教学实验楼岩土工程详细勘察报告》，场地位于岩溶发育区，持力层情况较为复杂，岩土层从上到下分别为红黏土、破碎灰岩及较完整灰岩，个别桩位存在全填充可塑红黏土的溶洞。根据项目工程特点及地质情况，3#教学实验楼采用旋挖钻孔灌注桩基础，以较完整灰岩作为持力层，其饱和单轴抗压强度标准值45.6MPa，桩端全断面进入完整岩不小于一倍桩径，混凝土浇筑方式采用水下混凝土灌注。
图1 3#教学实验楼效果图
2 旋挖灌注桩单桩承载力受力机理
当桩顶承受荷载时，桩身产生相对于土层的向下位移，桩周土层提供向上的摩阻力，桩底持力层提供桩端反力。本工程桩基为端承型大直径灌注桩，桩的长径比均小于10，在荷载分担中桩侧阻力较小，仅作为工程的安全储备能力，单桩竖向承载力绝大部分由桩端阻力承受。当桩身材料或桩底持力层因荷载而发生破坏时，为桩竖向承载力的极限值。
由于本工程旋挖灌注桩单桩竖向承载力特征值达12000KN，承载力较大，通过对单桩竖向承载力受力机理的分析研究，发现灌注桩成孔、桩身成型、桩底沉渣清理及混凝土浇筑质量，是保证旋挖灌注桩竖向承载力的关键。
3 施工顺序
施工准备→桩位放线→旋挖桩机进场→埋设护筒→成孔→成空桩位复核测量→孔深、垂直度、沉渣厚度→第一次清孔→钢筋笼试安装及位置复核→第二次清孔→安装导管及钢筋笼→水下混凝土灌注→灌注完成后桩位复核→成桩、拆除护筒
4 施工质量控制要点
4.1 施工准备阶段的质量控制要点
与在旋挖桩机进场前，需根据本工程桩基位置分部及桩基试验要求进行针对性布置，对旋挖桩机进场路线及配重进场路线进行详细规划，避免因施工期间对土层的扰动及静载试验期间配重运输堆放困难而产生的不利影响。
由于部分桩间最小距离仅为3.5m，桩基强度易受临桩影响导致强度降低，在灌注桩施工方法的选择上，确定采用跳桩法进行跳桩施工，应注意完成浇筑作业的桩与邻桩成孔安全距离应大于等于4倍桩径，或浇筑完成36小时后进行临桩成孔作业。除此之外，还应考虑由于本工程试验桩静载重量较大，对试验桩周边地面要求高，所以施工时先进行试验桩及试验桩周边桩的施工，后依次根据施工布置进行施工。
4.2 桩位放线的质量控制要点
根据施工图及建设单位提供的测绘成果资料，使用全站仪进行定位放线。桩位放线应按照“先整体后局部，高精度控制低精度”的放线原则，放线前需注意对总图、施工平面图及地上地下障碍物等原始资料进行重新复核。
使用全站仪放线时，先定出桩中心位置，在桩中心位置钉好木桩后，以桩中心为圆心拉线撒白灰，钻进以此为基准进行钻进。
桩位放线关键在于严格监督对轴网、桩位的技术复核，技术复核资料应准确反应现场放线情况。对桩位放线的技术复核，要先对控制点进行复核，再对桩中心及护筒安装后，对护筒的定位复核；桩位放线允许偏差群桩20mm，单排桩10mm，复核无误后方可进行成孔作业。
4.3 埋设护筒的质量控制要点
护筒埋设需要注意以下质量控制要点：①选用护筒时应选用厚度大于10mm的钢制护筒，若钢板厚度不足，可能导致护筒变形；②护筒内径宜大于钻头直径200-300mm，埋设宜为2~4m；③护筒上部宜开设1-2个溢浆孔；④护筒安装施工完成后，护筒埋设完成后，用粘土回填并夯实，施工完成后需要进行护筒护筒中心与桩位中心定位的复核，允许偏差不得大于50mm，以及垂直度的技术复核，垂直度允许偏差不得大于1%。施工过程中，为防止钻头起落时碰触护筒导致的移位，要定期检查护筒位置。
图2 护筒定位
4.4 成孔的质量控制要点
成孔质量直接关系到旋挖灌注桩的竖向承载力是否达标，对成孔过程的质量控制，主要是对泥浆制备及配比调整、进尺速度、垂直度及成孔直径的全施工过程监控。旋挖施工前应核对桩号及设计桩径、桩长与超前钻所对应孔号，并记录开始时间等相关技术资料。
（1）泥浆配比。该工程土层为红黏土土层，根据其特性，确定泥浆配比，如有需要可在泥浆中加入膨润剂，以提高泥浆性能。泥浆相对密度应控制在1.10至1.20之间，如遇到易坍塌土层，可将泥浆比重提高到1.30。泥浆粘度在18s到22s之间，含砂率宜控制在4%左右。除此之外，在施工过程中应根据土层变化及时调整泥浆配比，如根据地勘资料，对易发生泥浆渗漏的土层，应掺入增粘剂提高泥浆密度。
（2）进尺速度的控制。根据孔径、土层情况，按 n=60V/πD(V为钻头线速度;D为钻头直径)设定钻进转速;开始钻进施工时，在护筒位置应低档慢速钻进，后逐渐加大转速及钻压，钻进速度应随地层变化而进行调整。整个钻进过程中，应进行钻头情况的检查，若钻头磨损较为严重，对成孔质量造成影响时，应进行更换。进尺过程中还需检查护筒是否移位，及时进行修正。
（3）垂直度的控制。对于成孔垂直度的控制，重点在于钻杆垂直度及机台水平度，对于施工场地土层不均匀的情况，应采取措施加固土体，避免钻进时钻杆倾斜。在进尺前、每次施工前必须核对钻杆垂直度及机台水平度，施工过程中每2到3小时进行一次核对，并进行记录。
（4）成孔直径的控制。对于成孔直径的质量控制，关键在于施工过程的全过程监测与控制，及时发现问题并采取相应措施，消除质量隐患。施工过程中发生的缩孔，可采用加大钻头直径或扫孔的方式处理，也可调整泥浆配比，使用失水率较小泥浆，防止因渗水导致的缩孔现象；发生塌孔现象，应准确查明坍塌部位，用最佳含水率的粘土和含砂率较大的粘土混合回填至坍塌部位以上，充分捣实后再向下钻进。除此之外，还要尽量缩短工序间隔，减少空孔时间也是有效的防止缩孔的手段。
4.5 孔深确定的控制要点
对于终孔孔深的测量，一般都使用测绳量测，但由于测绳遇水会发生收缩，收缩量可达1cm/m，对测量精度会发生测量工具层面的误差。本工程为避免此类误差，采用钢丝进行测量，避免测量绳的遇水收缩问题。在确定孔深时，应根据钻机转速反馈、钻头磨损、岩样及原始钻探资料，做出岩层分布的等高线图，按等高线图确定最终成孔深度。
4.6 清孔的控制要点
由于工程桩基为端承桩，竖向承载力基本由端部提供，因此清孔的质量是影响桩承载力的关键因素之一。本工程桩基竖向承载力要求较高，因此必须进行清孔及二次清孔。
本工程第一次清孔采用掏碴筒方式进行，主要是对沉渣及沉淤进行清理。掏碴筒以正循环方式旋转下压，应保证旋转20-30圈后，方可提升钻杆卸渣。测量沉渣及沉淤厚度，反复快放触底，确保尖端能触碰完整岩面，若孔底沉渣较多应反复多次清孔，测量时应进行多点测量，防止局部沉渣过厚，直至测出沉渣厚度小于50mm为止。在配置泥浆时应注重提升泥浆质量，并及时清孔，减少空孔时间，可有效减少沉淤量。
二次清孔在钢筋笼安装完成后，混凝土浇筑前进行，二次清孔完成后应在4小时内立即进行混凝土灌注作业，否则进行重新清孔工作。
4.7 钢筋笼制作及吊装的控制要点
主筋的对接连接采用搭接焊，主筋与箍筋、螺旋筋与主筋之间均采用点焊，在钢筋笼外圈自上而下间隔4.0m设置一层保护层垫块，以使钢筋笼居孔中，垫块穿φ8钢筋焊于主筋外侧，每层4块，垫层厚度50mm。钢筋笼制作完工后，施工单位应对钢筋笼规格、焊口规格、焊缝长度、焊缝外观和质量，主筋和箍筋的制作偏差等进行技术复核。
表2 钢筋笼制作允许偏差表
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为防止钢筋笼吊装过程中发生的碰撞孔壁形成沉渣、钢筋笼扭转弯曲及下放时造成的孔壁坍塌，钢筋笼安装完成后先进行钢筋笼的试吊装。吊装时应采用十字桩及水准仪测量确保下笼深度进行监测，并居中缓慢下放，保证钢筋笼中心与桩中心重合，吊装时吊点应大于等于4个，安装完成后应立即固定。下放过程若遇阻，必须停止下放并探明原因。钢筋笼应加设支撑架防止混凝土灌注时上浮及骨架倾斜。
4.8 水下混凝土灌注的控制要点
混凝土原材料及灌注工艺直接关系到单桩竖向承载力能否达到标准，若混凝土灌注过程出现问题，会出现断桩、钢筋笼上浮、短桩或超灌等问题。因此混凝土灌注需要对灌注工艺进行选定，并加强灌注工程的质量控制，确保桩身灌注后的密实性、完整性。
工程水下混凝土浇注采用直径288mm导管，导管接头采用丝扣连接，导管底部至孔底的距离最大为300mm，由于工程桩径较大，达1200mm，所有原材料必须检测合格并且质保资料齐全，杜绝不合格材料进入施工现场，未经试验的材料坚决不予使用。加强施工现场混凝土浇筑监测，严禁工人在现场私自加水、加大水灰比，在浇筑前，每个单桩塌落度至少抽检一次，与商品混凝土公司协调，根据现场情况添加缓凝剂，塌落度控制在180mm至200mm左右。
在灌注桩初灌时，对首斗混凝土进行积蓄，斗内放满一定量混凝土后再开闸一次快放冲击入桩孔内，第一可冲散桩底剩余沉渣，混凝土与持力层可较好的结合，第二可使导管有足够的埋深，可保证混凝土浇筑顺利进行。本工程导管埋深按3m计算，根据公式计算混凝土初灌量：
图3 水下混凝土灌注流程示意图
V=πD2 (h2+hm)/4+πd2h1/4
D——桩孔直径(m);
hm——导管埋深,取3.0m;
h2——导管底口至孔底高度,取0.4m ;
d——导管内径,取0.288m;
h1——达到埋管高度时,导管内砼柱与导管外水压平衡所需高度(m)
混凝土灌注时应重点灌注混凝土灌注速度，灌注速度过慢、不连续，致使首次灌注混凝土流动性较低甚至初凝，会导致混凝土堵管、卡管，严重的会导致断桩的发生；灌注速度过快，振捣不到位，对钢筋笼冲击力过大，易导致混凝土的密实性降低及钢筋笼上浮，因此必须要对混凝土灌注速度进行监控，灌注前应结合现场情况及混凝土运输情况对混凝土灌注速度进行计算，注意灌注速度与拔管速度的关系。
为确保振捣密实，抽压导管振捣时按要求上下缓慢抽压导管，起到振捣作用，且上下拔压幅度不可超过500mm，振捣直至底部砼密实后再进行下一步灌注。浇筑中振捣均需缓慢拉压，且导管埋深需达到2~6m，也可提升料斗高度，加大混凝土灌注冲击力，大直径桩混凝土灌注应分层捣实，每层浇筑高度小于1.5m；当灌注到桩顶部位时，冲击力不足，可插入混凝土振捣器进行振捣，放慢灌注速度，保证混凝土的密实性。灌注完成后桩顶标高应比设计标高高0.5m，以满足破桩头后的桩顶标高满足要求。
4.9 桩基检测的控制要点
单桩施工完成后，要先对选定的试验桩进行检测，检验成桩工艺及质量控制，测定单桩竖向荷载作用下的荷载和变形。
工程单桩竖向承载力为12000KN，静载试验堆载量达28800KN，堆载量较大，对堆载平台、堆载方式、堆载场地提出较高要求，若以上因素无法满足试验要求，导致静载试验精度降低，对判断竖向承载力能否满足设计要求造成不利影响。试验前应先破除桩顶部的松散破碎层和低强度混凝土，露出主筋，冲洗干净桩头后再浇筑桩帽。由于最小堆载量较高，现场堆载场地地基土承载力无法满足实验要求，不满足 1.5 倍地基土应力时，应进行换填砖渣处理并测试场地承载力，使堆载场地承载力满足试验要求。
图4 静载试验压重平台装置示意图 图5 静载试验现场施工图
对于桩基完整性检测，使用低应变检测法或钻芯检测法进行，使用钻芯检测法时，按照一桩二孔的数量进行检测，采取若干组代表性砼芯样及一组岩样进行室内加工和单轴饱和抗压强度试验，并参照检测标准综合评价其强度。
该工程试桩经过静载试验，在堆载量达到28800KN时，其平均沉降量为7.24mm，使用钻芯检测法进行检查，桩身完整性及平均沉降量等参数均达到规范要求。
5 结束语
旋挖灌注桩施工工艺复杂，成桩过程中，单桩承载力易受到多方面因素影响。本文通过对旋挖灌注桩单桩承载力受力机理分析，提出桩基在单桩竖向承载力较大时的施工工艺选择及质量控制要点，着重控制清孔质量及混凝土灌注质量，加强桩基施工的全过程监控及技术复核，提前针对每个工序易发生的质量问题提出预防措施，可为旋挖灌注桩对竖向承载力要求较高工程提供参考，进一步提高桩基施工质量，加快施工进程，提高工程效益。
参考文献：
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