旋挖桩基础施工技术在雅砻江官地水电站武警营房工程中的应用

旋挖桩基础施工技术在雅砻江官地水电站武警营房工程中的应用

季海凌

中国水利水电第四工程局有限公司青海西宁810000

摘要：文章结合了雅砻江官地水电站武警营房工程中队部大楼旋挖桩基础施工技术的成功应用，对旋挖桩基础施工方法和桩基础检测原理及方法进行了较详细的阐述，可为类似工程提供施工参考。

关键词：旋挖桩基础；施工技术；应用

1概述

雅砻江官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，上游与锦屏二级电站尾水衔接，库区长约58km，下游接二滩水电站。

官地水电站武警营房及总平工程，总用地面积23224.00m2，总建筑面积约6541.22m2。武警营房工程中队部大楼基础采用桩基+承台模式，灌注桩根据设计图纸要求，桩径为800mm，桩基共计66根。

根据工程地质条件及设计要求，结合桩基设计参数，本工程灌注桩成孔工艺采用RS280旋挖钻机成孔，钢筋笼焊接绑扎成型、整体吊装，导管灌注混凝土。

工程钻孔施工采用旋挖钻机干法成孔方式施工，结合本工程钻孔桩的地质情况，数量多、工期紧等综合因素，回填土钻头采用旋挖斗钻头，清孔时采用旋挖捞砂钻头。嵌岩时采用旋挖截齿桶钻，有局部砂岩的桩采用旋挖螺旋钻头。对于部分地下塌孔较大的桩采用钢护筒支撑，遇到孤石则采用低压慢进方式进行钻孔。

工程采用旋挖钻孔灌注桩基础深由原地面计起约9.5～17m，桩净长约8～15.5m。桩端支撑层为碎石层，其承载能力标准值为1800kpa，桩径为800mm。

2旋挖钻机成孔桩施工工艺

2.1场地平整及钻机就位

液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角≤4°，现场地面承载能力＞250KN∕m2，钻机平台处碾压密实。进行桩位放样，将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，无需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心对正准确，误差控制在2cm内。经现场质检复核，监理验收合格后进行钻孔施工。

2.2钢护筒埋置

根据桩位点设置护筒，护筒的内径大于钻头直径100mm，护筒位置埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差≤1％，护筒与坑壁之间用粘土填实。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差不短于设计要深度，超钻深度不大于50cm。首先正确就位钻机，使其机体垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，再用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻机动力头将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用铅油标识护桩方向线位置。

2.3钻孔

当钻机就位准确后开始钻进，钻进时每次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时纠正。

操作人员随时观察钻杆垂直度，并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后再提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重磨擦加压，150Mpa压力下，进尺速度为20cm/min；200Mpa压力下，进尺速度为30cm/min；260Mpa压力下，进尺速度为50cm/min。

2.4清孔

钻挖至设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理；一般用沉渣处理钻斗（带挡板的钻斗）来排出沉渣。

2.5钢筋笼安装

钢筋笼在加工场加工完成，利用25t吊机整体吊装到孔内，钢筋笼上口到达护筒口上方时，用型钢扁担将钢筋笼搁置在护筒上。吊装时考虑起吊和移位时的钢筋笼变形控制。为了保证钢筋笼起吊时不变形，宜用两点吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上部三分之二点之间。起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架与地面或平台垂直，停止第一吊点起吊，用劲形骨架固定。

钢筋笼在起吊的部位设置加强措施，防止或尽量减小在起吊和安放的过程中钢筋笼变形。吊放时应对准孔位轻放、慢放，禁止强行下放，防止倾斜、弯折或碰撞孔壁。如果放不下去，要吊起分析原因然后重新下放。钢筋笼就位后，立即将吊筋固定，防止钢筋笼移动。钢筋笼顶面和底面标高误差小于5cm。钢筋笼下放到设计深度后，立即下放混凝土输送导管，避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难及时查明原因。

为保证钢筋笼竖向轴线垂直度及混凝土保护层厚度，在钢筋笼外周采用焊接钢筋耳环进行控制，耳环钢筋采取沥青漆涂刷防腐。

为防止钢筋笼因自重下落或灌注混凝土时往上窜动造成错位，钢筋笼上端可采取钢筋连接加长4根主筋与孔口设置的钢管定位支架固定。钢筋笼入孔后，按设计要求检查安放位置并作好记录，符合要求后，报监理验收。

2.6灌注导管连接

导管采用壁厚3mm，直径30cm导管，每节长2m，上部导管长为1m或0.5m。导管采用螺栓连接，橡胶“O”型密封圈密封。导管吊放入孔时，将橡胶圈或胶皮垫安放周正、严密，确保密封良好。导管在桩孔内的位置保持居中，防止导管跑管，撞坏钢筋笼并损坏导管；导管底部距孔底高度，以能放出混凝土为宜，一般为25～40cm。导管全部入孔后，计算导管柱总长和导管底部位置，并作好记录。

2.7混凝土灌注成桩

混凝土灌注采用导管法，混凝土灌注在钢筋笼吊放完成，各项检测数据合格后，根据现场实际检测的桩长度核算混凝土用量，用量须满足整根桩用量时，才能进行灌注施工。混凝土运至桩位，汽车吊配合灌注。灌注前，在孔口安放护孔漏斗，并再次测量孔内虚土厚度，沉渣厚度须满足规范要求。浇筑桩顶以下5m范围内混凝土时，随浇筑随振动，每次浇筑高度不得大于1.5m。

混凝土连续灌注至设计标高，实际灌注桩顶面高度要求高于设计要求0.3m，以确保设计桩顶下桩身混凝土强度。灌注过程中导管埋深宜为2～6m，严禁导管提出混凝土面，设专人检测导管埋深及管内外混凝土液面高差。随着孔内混凝土的上升，需逐节拆除导管，拆下的导管及时清理干净。灌注至桩顶部位时，严格控制桩顶标高。

根据现场实际需求，每根灌注桩留置三组试块，用于桩基不同时间的混凝土强度检查。

2.8桩头破除

根据规范要求，桩基施工完成后，根据试块试验强度来判断桩基破桩头时间，破桩采用电镐进行桩头破除作业，凿除废渣人工结合机械清理。环切时注意不要伤及钢筋，钢筋弯折不能超过15°。桩头破除后，桩顶部分微凸（桩中心略高，周边略低）。

钻孔灌注桩施工桩头破除要求：按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）检测灌注桩混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可破除桩头（桩砼强度达到70%，且不低于15MPa时可以做低应变或者声波桩身完整性检测）。

破桩过程中，保护好桩头钢筋，不得随意弯折桩头钢筋。嵌入承台（或系梁、接桩）的锚固钢筋长度不得45d。破除桩头后，桩顶无残余的松散混凝土；在测设桩位中心完成后，在破除后的桩顶弹两条交叉墨线，明显标识出桩中心和桩号，留取照片存档。

3桩基础检测

工程采用机械旋挖灌注桩基础，桩基础设计等级为丙级。灌注桩直径为800mm，以碎石土作为桩端持力层。桩底进入持力层的深度不应小于5.0m，设计要求单桩竖向承载力特征值Ra≥1100kN。

3.1检测项目

根据设计图纸要求，全数进行低应变法检测桩身完整性。每个单体工程选取总桩数的5%且不少于5根桩进行高应变法检测单桩竖向抗压承载力。

⑴低应变检测：

检测桩身完整性，评定桩的质量类别；检查桩身长度符合性。

⑵承载力试验：

进行高应变试验，以检测工程桩单桩承载力是否满足设计要求。

3.2测试原理

3.2.1低应变检测

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）进行低应变动力检测，检测方法采用弹性波反射法。其基本原理是把桩看作一维杆状体，将波动理论应用于桩基检测，根据反射波的旅行时间、幅度、频率、相位特征，分析桩身的波阻抗变化以及应力波传播速度，进而判别桩身完整性及混凝土质量，达到检测基桩桩身质量的目的。

3.2.2高应变试验

高应变检测的基本原理就是往桩顶轴向施加一个冲击力，使桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向抗压承载力及桩身完整性的检测方法。

高应变法所测结果为瞬时冲击作用下土的反力，与桩正常工况下的荷载形式不同，能反映动力作用下的贯入度，不能检测沉降及桩底软卧下卧层的影响。验收检测允许不激发出极限土阻力，实测承载力小于等于极限承载力。

其Case法判定单桩承载力可按下列公式计算：

3.3检测方法

3.3.1低应变检测

低应变检测时，将拾振器安装在桩头的1/2桩璧处，桩头的处理需满足规范的要求，利用手锤或力棒敲击安装拾振器的垂直方向的1/2壁厚处，激发应力波。应力波沿桩身向下传播，遇到缩径、夹泥、断裂等缺陷，或传播到桩底，都将产生反射波，向桩头传播，被埋设在桩头的拾振器所接收，通过低应变动测仪记录并将波形存储在磁盘上，经计算机处理、分析，并打印出结果。检测流程如下图所示：

检测流程图

低应变反射波法判定桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按下表所列时域信号特征进行综合判定。

低应变反射波法桩身完整性判定标准

注：对同一场地、地基条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。

3.3.2高应变试验

高应变检测时，桩头的处理需满足《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）的规定。检测时对称安装冲击力和冲击响应测量传感器各两个，传感器分别安装在距桩顶不小于2D的桩侧表面处。用重锤冲击桩顶，在桩内激发下行应力波，桩相对土运动，使桩周土产生塑性变形，土反力在桩内激发上行应力波。在检测截面桩身内力和速度的时程曲线，通过波动理论分析得到桩抗压承载力及其它分析结果。

高应变现场试验示意图

4质量保证措施

⑴坍孔处理：钻孔过程中发生塌孔后，查明原因进行分析处理，采用原地回填捣实和加深埋护筒等措施后继续钻进。塌孔严重时，回填重新钻孔。对于比较松散的抛填土层及石块含量大的桩基位置采用在桩基周围100cm处对称钻Φ100孔后压灌M30水泥砂浆，孔深钻至原土基。

⑵缩孔处理：钻孔发生弯孔缩孔时，将钻头提到偏孔处进行反复扫孔，直到钻孔正直，如发生严重弯孔和探头石时，采用小片石或卵石与黏土混合物，回填到偏孔处，待填料沉实后再钻孔纠偏。

⑶埋钻和卡钻处理：干法成孔埋钻主要发生在一次进尺太多时，卡钻则主要发生在钻头底盖合拢不好，钻进过程中自动打开或在碎石地层钻进时，碎石掉落卡钻等。埋钻或卡钻发生后，在钻头周围形成很大的侧阻力。因此处理方案首先消除阻力，严禁强行处理，否则有可能造成钻杆扭断、动力头受损等更严重的事故。事故发生后保持孔内压力，稳定孔壁防止坍塌，为事故处理奠定基础。

⑷钢筋笼上浮的处理：钢筋笼上浮发生于灌注混凝土的导管位于钢筋笼底部或更下方而混凝土埋管深度已经较大时，此时钢筋笼靠自身重力及孔壁的摩擦力来抵抗混凝土上顶力、摩擦力，一旦失去平衡，钢筋笼就会上浮。为防止钢筋笼上浮，须加强观察，以便及时发现问题，并在钢筋笼顶施加竖向的约束，如将钢筋笼顶部钢筋接长，焊于护筒顶部，一方面阻止钢筋笼上浮，另一方面可悬挂住钢筋笼，以保证钢筋笼的垂直度。

⑸断桩预防：混凝土塌落度选用17~19cm，灌注时随时掌握混凝土面的标高和导管的埋入深度，导管在混凝土中埋入深度保持在2~3m，禁止将导管底端提出混凝土面，提升导管力度要适中，保证有序拔管和连续灌注提升速度不得过大，若大幅度提升导管易造成混凝土冲刷孔壁，致使孔壁坍塌，桩身加泥，造成断桩；断桩已发生在砂砾层厚的桩位。每灌注2m3左右测一次混凝土上升高度，确保桩身的充盈度。

5结语

通过雅砻江官地水电站武警营房中队部大楼基础旋挖桩基础的施工实践证明，在复杂地质条件下采用旋挖混凝土灌注桩施工技术，可以节约开挖成本，并提高施工速度，缩短工期，确保施工质量，为同类工程桩基基础施工提供参考。

参考资料：

[1]《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）；

[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；

[3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）。