一种超厚沙层超前支护大直径灌注桩的施工方法

一种超厚沙层超前支护大直径灌注桩的施工方法

程乐  ,王勇文  ,刘平宇  ,柴佳  ,余熙

中建三局集团有限公司 

摘要：在超厚砂层的地质条件下，在工程桩外围提前施工三轴搅拌桩超前支护，与工程桩桩位咬合，入全风化1米。通过比较三轴搅拌桩超前支护条件下与传统泥浆护壁施工方法的成桩质量，验证三轴搅拌桩超前支护的效果。在灌注桩浇筑前对比清孔缩短时间，利用水下电视技术检验清孔效果。浇筑后进行抽芯检测，每根大直径灌注桩至少抽4个点位，验证桩身质量和桩底沉渣质量。通过与传统泥浆护壁施工方法结果的数据对比，验证三轴搅拌桩超前支护工艺在超厚砂层大直径灌注桩工程中的实际效果与应用价值。

关键词：三轴搅拌桩；超厚砂层；超前支护

引言：大直径灌注桩单桩承载力高，桩身刚度大，能承受较大的竖向荷载和水平荷载，在超高层建筑地基基础中广泛采用。但是大直径桩成孔复杂、钻孔时间长、浇筑量大、清渣难度高，尤其是在超厚砂层或砂质土层等地质条件下，大直径灌注桩施工存在清孔难度大时间长等工期风险和塌孔等安全风险，以及断桩、桩底沉渣过厚等质量风险。使用三轴搅拌桩对灌注桩实施超前支护，再利用泥浆护壁旋挖成孔，可基本消除塌孔风险，缩短清孔时间，减小桩底沉渣厚度，提高桩身质量。三轴搅拌桩超前支护方法施工简单、成本可控、效果稳定，对提高超厚砂层大直径灌注桩成桩质量的研究和应用具有重要的科学意义和工程价值。

1技术原理

一种超厚沙层超前支护大直径灌注桩施工采用“三轴搅拌桩超前支护+泥浆护壁旋挖成孔“的方法。

水泥搅拌桩采用φ800@600“两喷两搅”工艺，按喷浆法施工，水泥浆水灰比0.6～0.8，下沉和提升的速度为1.0~1.2m/min，搅拌桩施工所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，喷浆材料为水灰比1：1的纯水泥浆。用作工程桩加固的三轴搅拌桩每幅米水泥用量不小于500Kg/m，水泥掺入量≥20%。

搅拌桩按φ800@600进行钻孔布置，与工程桩桩位咬合200mm，以确保工程桩的外径全部位于搅拌桩的区域内。钻孔深度根据地质柱状图判定，搅拌桩需穿过砂层和砂质粘性土层，入全风化岩层1米即终孔。

由于采用搅拌桩对桩侧进行了加固处理，施工时采用比设计桩径大20cm、3米长的钢护筒，护筒顶比现状地面高30cm左右，以防止施工时孔口周边杂物掉落至孔内。采用泥浆护壁的方法施工，要确保泥浆比重、泥浆含砂率和泥浆粘度达到施工要求。如果出现泥浆比重降低，则往泥浆中加膨润土以增加泥浆浓度。泥浆循环时使用分砂机进行泥浆含砂率的控制。三轴搅拌桩超前支护加固大直径工程桩平面图如图1所示。

图1 三轴搅拌桩超前支护加固大直径工程平面图

2施工前的准备

为了确保可以在规定的时间完成项目施工，在正式施工前需要做好充足的准备，需要保证各部门之间都可以密切配合。前期的准备工作主要包括以下内容，各技术部门的技术人员培养，工程需要的设备准备，布置场地，对员工进行岗前培训，确保原材料的质量和数量。

2.1人员准备

根据本工程的特点，需要公司进行合理的规划，并安排相关的项目监督人员，包括项目经理和各个部门的负责人，还需要抓紧寻找施工团队，确保工期可以如期完成。根据技术原理选择合适的工程地，开工前对所有员工进行安全宣导，向技术部门交代技术质量，尽量保证在整个项目周期不要出现人员伤亡。

2.2材料准备

本工程在施工时需要用到的建筑材料主要有：水泥，钢筋和混凝土。当原材料运输到工地现场之后，必须要对原材料的质量证明书进行检查，检查材料数量是否正确。为了确保施工安全，工程在施工过程中必须严格把控材料质量。

2.3机械准备

因为工程在施工阶段需要对大型设备进行搬运，因此工地现场需要用到起重机和相关的辅助设备，来对大型设备进行运输。这些大型设备进入到工地后，需要进行测试和调试，需要工程师来进行验收，只有合格之后才能使用。

3质量控制措施

因为工程在施工时的难度较大，而且对施工质量的要求也高，因此，在施工时，一定要制定相关的质量控制措施。尤其是针对重点的施工环节，和材料的质量。除了保证工程质量，工人的安全才是第一位的，一定要为工人提供安全的保护措施。

3.1重要施工环节

大直径超深灌注桩因为具有比较复杂的水下作业项目，如果在施工时不注意施工质量，很有可能导致工程质量不达标，需要进行返工处理，这样不仅会延误工期，还会造成比较大的经济损失，在无形中增大了工作量。因此，在施工完成后，需要安排质量检测人员对工程的重点结构进行检测，检测时要使用专业的安装质量检仪器，如果存在质量问题，需要及时制定合理的补救措施，以免造成更加的损失。工程单位不能只考虑工程的成本问题，需要更加关注工程的质量问题，工程质量不合格只会增加更多的工程成本，严格控制隐蔽性的水下施工处理环节质量。

3.2施工安全

施工者在危险性程度较高的水下作业和高处落锤作业施工过程中,首先应当注意自己的施工作业安全,应该严格遵守安全的工作流程，不可以进行违规作业。建筑公司同样需要为施工人员提供安全保护装备，保护工人在出现意外时的生命安全。

3.3专业协作

灌注桩项目通常存在很大的项目实施作业规模,需要多个单位进行合作才能完成。各施工专业间如果不能取得相互促进和协调的作用,将会对大口径灌注桩的整个项目实施效果带来很大负面影响。因此,各专业要能够顺利展开互相协调,在施工前需要制定合理的施工计划，各单位负责人在施工前，需要提前进行沟通，以确保施工时，可以顺利配合。

3.4隐蔽工程

浇注混凝土施工需要注意入模混凝土量。在运输混凝土中,选择专业用来运输混凝土的料斗和运输车辆,防止混凝土遭受破坏。浇注混凝土应注意保持45°的高度,逐步开展混凝土浇注施工作业。施工技术人员应严格控制混凝土各层厚度,密切关注施工和养护材料的各种施工要求。混凝土材料是灌注桩施工中最重要的一项施工材料,需要确保混凝土材料符合最基本的材料特性和材料品质要求。

对隐秘性较大的大口径灌注桩部位,需要严格遵照工程施工流程进行养护,并保证养护期限达到二十八d以上,从而保证了灌注桩结构的可靠性。管理单位应强化监督管理,出现问题要求建筑施工公司及时整改,避免大口径灌注桩的建筑施工安全隐患。

4效益分析及应用情况

通过使用“三轴搅拌桩超前支护+泥浆护壁旋挖成孔“的方法，有效的控制成桩质量，达到桩底沉渣控制在1cm内的效果，此外还极大的提高了超厚沙层灌注桩施工的安全性，降低了塌孔风险。

由于其工艺方便可靠，黄埔CBD项目在塔楼灌注桩施工时使用，提高了成桩质量，为项目高品质履约提供了保障，得到了业主及监理的一致好评。

结论

本项目地质情况中，中粗砂层、砂质粘性土层较厚，中粗砂层最厚达11m，平均4.6m，呈松散-稍密状；砂质粘性土层厚1.80～15.10m，含砂率高，平均厚度4.6m，地质情况易发生塌孔。工程桩以2.8m以上的大桩径灌注桩为主，质量控制是施工重难点，要求桩底沉渣1cm内

本项目工程桩的持力层为微风化0.5m，上面需穿透较厚的中风化岩，单根桩成孔的时间预计是5-7天，成孔时间长容易发生塌孔现象。

由于地下水位较高，在桩基础施工时，地下水会往桩孔内渗透，造成桩孔内泥浆被稀释，导致桩底沉渣难以控制。

为降低单桩成孔时间长、地下水位较高可能稀释桩孔内泥浆、沙层厚等诸多原因造成的塌孔风险，避免影响成桩质量，黄埔CBD项目灌注桩施工采用“三轴搅拌桩超前支护+泥浆护壁旋挖成孔”的工艺方法，降低塌孔风险，提高成桩质量。

参考文献

[1]卢维兵. 基于超厚软土层小直径超长冲孔灌注桩主要施工处理方法[J]. 交通世界, 2017(13):2.

[2]崔炳辰,雷斌,王涛,李波,李先圳.深厚软弱地层长螺旋跟管、旋挖钻成孔灌注桩施工技术[J].施工技术,2020,49(19):23-26.

[3]王彦虎,李相周,李晶晶.复杂地质超深入岩大直径旋挖钻孔灌注桩施工技术研究与应用[J].交通科技,2016(06):37-39+54.

[4]籍跃奎, 王东亮, 卫芷,等. 一种复杂地质条件下钢筋混凝土灌注桩施工方法:, CN114703831A[P]. 2022.