湿陷地质下密集嵌岩桩微沉降施工控制技术

湿陷地质下密集嵌岩桩微沉降施工控制技术

周亚,                     

（中建八局第一建设有限公司 250100）  

【摘  要】通过对湿陷地质下密集嵌岩微沉降施工控制技术的改进和创新，模拟密集桩群施工单桩相互间的影响，确定施工方法及控制沉降的技术措施。解决了单桩沉渣厚度大及塌孔严重的问题，保证了工程桩的沉降量满足要求，缩短了施工工期。

【关键词】密集嵌岩桩；长护筒；分布式组合；桩端后注浆；微沉降

一、引言

随着国内大中型城市改善居民医疗环境，人民的幸福生活指数不断提高，近年来医疗健康卫生业的发展迅速，特别是疫情期间，医疗健康行业受到空前的重视，也带动各个行业的技术水平不断前进。在癌症治疗方面，中国引进了国际公认的、最先进的质子重离子治疗技术：质子重离子放疗，是运用质子或重离子射线治疗肿瘤的一种手段，也是现今 最尖端的放射治疗技术，其具有一系列优势，是目前国际公认的治疗固定癌肿的最先进手段。目前国内质子重离子医院建成并投入使用成功案例极少，质子重离子肿瘤医院建设必定成为未来发展方向之一。但是质子重离子设备对建筑物的要求极高，而如何保证建筑物的微沉降就是施工中的一大难点，因此，采用合适的工艺减小地基变形成为本工程施工的关键，对质子重离子技术的发展应用意义重大。

二、工程概况

徐州质子重离子医院项目位于徐州市新城区汉源大道东侧、徐州市奥体中心以南、徐州市中心医院新城区分院西北侧，占地面积82亩，项目总用地面积5.6万平方米， 该区域为沼泽地，南侧紧邻河道，地质湿陷程度不一，地下水类型为第四系空隙潜水及第四系孔隙承压水，埋深1.00～2.60m。第③层和第④层为流塑状态粉土，在桩基施工过程中极易出现塌孔现象，如果沉渣厚度控制不到位将无法保证工程桩施工质量。为满足质子重离子仓体地基形变的严格要求，质子重离子仓体下的工程桩采用桩间距1.4米，直径700mm的密集钻孔灌注桩，桩端支承在第⑬层中风化岩上，采用桩底后注浆减小沉降变形。

图1 质子重离子中心地质剖面图

三、施工关键控制点

质子重离子设备对建筑结构的形变要求极高，当建筑物形变超出设备要求的极限值将导致设备无法使用。建筑结构的形变依赖于基础的稳定性，桩基的施工质量是决定建筑物形变是否满足要求的关键。通过对湿陷地质下嵌岩工程桩微沉降控制施工技术的改进和创新，为确保工程质量满足质子重离子设备的沉降要求，密集嵌岩桩的施工关键控制措施主要以下几点：

（1）通过试桩成孔确定不同程度的塌孔区域并依此选采用哪种择钻机施。

（2）采用分布式钻机组合解决密集桩施工问题，充分利用各设备的优点，实现高质量成孔，缩短工期。

（3）通过采用旋挖循环造浆护壁+长护筒护壁技术解决单桩在超硬地质下的流塑粉土层塌孔问题。

（4）采用泵吸反循环清孔技术，使用沉渣检测仪有效控制沉渣厚度。

（5）通过在桩身内预埋注浆管，并通过压力控制式注浆机进行桩端后注浆，有效控制单桩沉降变形。

（6）加强过程质量控制，确保桩基工程整体施工质量。

四、施工技术及控制措施

1、工程试桩确定施工工艺参数

为验证桩身质量即单桩竖向承载力特征值满足设计要求，检验施工工艺的合理性与适应性，按照设计要求开展重离子区试桩施工。

通过试桩复核了项目工程地质，根据现场施工情况确定采用确定旋挖循环钻机，采用膨润土泥浆护壁+长护筒相结合方式保证单桩不出现塌孔。通过试桩确定了钻机施工效率、单桩充盈系数、混凝土配合比、塌落度、钻进速度、拔管速度等各项工艺参数。根据试桩过程确定后续正式桩施工时的人员和机具配置，修正施工方案，完善施工组织，指导后续灌注桩施工。  

2、密集群桩施工工序控制

质子重离子中心施工空间狭小，工程桩密度大，单桩间距只有1.4m，单桩成孔质量受桩间距影响大。加上第③层和第④层为流塑状态粉土，钻机施工过程中的振动，非常容易造成塌孔，甚至导致相邻两孔串孔。根据桩的布置，分单元平行施工，制定合理的打桩顺序。单元内减小单桩之间施工的相互影响，采用跳打，对称施打，分段均衡施工等措施，使土层挤密均匀，降低塌孔风险。

施工过程中重点坚持隔二打一，在钻机布置上统筹布置，使作业面上施工的钻机有序施工，互不干扰，工序衔接紧密，确保施工质量及施工工期。

3、单桩成孔质量控制

成孔是混凝一灌注桩施工过程中的一个非常关键的工序,成孔质量的好坏直接影响灌注桩质量的优劣，如果控制不好,会导致发生塌孔、缩颈、桩孔偏位等质量问题。为保证成孔质量,钻孔桩机就位后，应对钻机的钻杆垂直度进行复测,准确无误后开机钻孔。采取扩大桩机支承面积的方式使桩机稳固，因桩机成孔振动大、机前压力大，采用2根300x300的枕木并排垫于前端支腿下，保证机身的稳定，每钻进3-4m验孔一次，自上而下徐徐下放钻头，查看有无受阻或打钝现象，以确保桩孔垂直度。钻机钻进过程中，要求慢速进尺，增加护壁时间。要求对不同的地层和深度按不同的方式操作：刚开钻时，要轻压慢钻，回转速度不能太快，以免钻杆过分抖动，造成孔位偏斜。

本工程地质条件复杂，表层土为杂填土，第③层和第④层为流塑状态粉土，地下水位高，钻进容易，护壁困难，施工过程中非常容易造成塌孔。第四层流塑态粉土底标高离地面大约11米，采用旋挖湿成孔工艺，泥浆护壁不能有效地控制塌孔。单桩定位后采用打拔机将12米长护筒打入地下，护筒埋设前校准桩心，打入过程中多次复核，确保护筒的定位准确。长护筒有效的解决了流塑态粉土层的塌孔问题。在旋挖湿成孔作业工艺和长护筒相结合进行施工。施工过程中除钻机自身造浆功能外，成孔前利用膨润土、火碱、纤维素等原料提前造浆备用。严格按照土层地质条件的不同配置不同性能的泥浆护壁。在粉土层中成孔时,泥浆比重控制在 1.1~1.3;在含砂黏土层及易坍塌的土层中成孔时,泥浆比重适当提高控制在1.3~1.5。泥浆粘度控制在18 s~22 s，含砂率≤4%,以确保每根桩的成孔质量。

图2 超长护筒埋设

4、桩端沉渣厚度控制

本工程桩由于表层为杂填土，且持力层在中风化岩层，桩基施工采用旋挖钻机施工，由于旋挖钻机的施工工艺，孔底沉渣过厚。灌注桩孔底沉渣过厚会导致承载力降低，根据以往桩基超声波检测分析，桩基根部有缺陷，基本都是沉渣过厚导致。质子重离子中心对桩基承载力要求极高，旋挖成孔桩的沉渣厚度控制成为工程桩施工重点和难点。传统的旋挖清孔由导管注入孔底，带动沉淀物上浮清孔。如果想把桩底较大沉渣颗粒排出孔外，受现有泥浆泵排量的限制，排量太大还会导致塌孔，引发质量隐患，并且很难将泥浆中大岩砾石完全置换到孔外去，因此传统清孔方法不理想。泵吸反循环工作原理是通过泥浆泵的抽吸作用，在导管内腔形成负压，在孔内液柱和大气压双重的作用下，环状空间的泥浆流向孔底，沉渣吸进导管，通过泥浆泵排至地面沉淀池内；沉淀砂石后，泥浆流向孔内，形成反循环。采用泵吸反循环法进行二次清孔，采用排量为200m3/h的泥浆泵，用φ0.3m的导管进行清孔，满负荷运转泥浆上返流速能够达到1.58m/s，因此进入导管内的桩底沉渣能够被有效的清理上来。　　

图3 沉渣检测仪使用

5、桩端后注浆质量控制

由于桩底沉渣导致桩端和持力层有一定缝隙，使桩端混凝土强度降低，影响桩基承载力。采用桩端后注浆技术，有利于消除桩端缺陷，提高钻孔灌注桩单桩承载力。

首先，加强现场桩基施工的管理,每个环节安排专人负责,实行全程旁站式管理。其次要保证注浆管与钢筋笼的牢固，每2米设置固定钢筋，注浆管比钢筋笼长50cm。在注浆管底部安装铜单向阀,检查单向阀的性能，确保注浆的成功率。桩基施工过程中记录好每颗桩的混凝土灌注时间，灌注桩成桩后的 7～8小时内，应采用清水进行开塞,水量不宜过大,以疏通为准。初始压力2 MPa 左右，持续时间3 min，清水开塞的时间特别重要,早则对桩身混凝土产生破坏作用,晚则开塞失败。群桩注浆应一次性注浆，注浆先施工周圈桩再施工中间桩。成桩2天后且周围10米范围内没有正在施工的桩基时开始进行注浆。泥用量及注浆压力根据设计要求（水泥不少于1.3t，注浆压力为4Mpa，注浆流量不宜超过75L/mi）。施工时根据每个孔的情况进行优化并最终确定注浆参数。终止注浆标准采用注浆量和注浆压力双控的原则，以注浆量控制为准，注浆量不少于1.3t，注浆压力控制为辅，当注浆总量已达到设计值的75%，且注浆要超过设计值，可终止注浆。每完成一根桩的注浆工作，须做好施工记录，试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、特殊情况处理记录等资料。

最后，通过压力注浆加固桩端沉渣,提高桩端、桩侧土体强度,从而将沉降变形降低到最小。

五 结语

总之，为了保证湿陷地质下密集钻孔灌注桩的施工质量, 避免因沉降或沉降不均对后期建筑物的使用造成影响。必须选择合适的施工设备,合格的施工人员,严格按照施工规范要求把握每道工序质量, 严格按照施工规范要求进行施工，做到精心、精准施工并加强监管和控制施工质量。现场管理人员要具有周密的组织协调能力,要有高度的责任心,各个部门协同配合,做到精益求精,才能保证工程质量。实践证明，本工程通过合理的施工工艺，严格的施工控制措施，确保了单桩的施工质量和形变量均符合建筑物的要求，桩基的微沉降是完全可控的。  

参考文献

（1） 《建筑地基基础工程施工质量验收标准》，GB50202-2018

（2） 《建筑基桩检测技术规范》，JGJ 106-2014

（3）吕秀杰，浅谈钻孔灌注桩施工中的质量控制[J];嘉兴学院学报，2002

（4）王金水，浅谈钻孔灌注桩的施工要点；建筑时报，2010