广东省建筑工程集团有限公司 510013
摘要：广州白天鹅宾馆更新改造第一期工程BC轴临江部位桩基础采用潜孔钢管桩的加固方法进行施工，有效解决了遇到旧河堤或抛石层钢管桩无法钻进，旋喷桩无法成桩等施工难题。
关键词：钢管桩；加固；钢套管；潜孔钻车；成孔
一、概况
白天鹅宾馆更新改造第一期工程位于广州市荔湾区沙面南街1号，本工程裙楼D、E区南侧BC轴交1/12c～23c轴10个旧承台原有桩基础为单桩支承，因上部屋面及装修的荷载增加，需对基础进行加固处理。
针对BC轴临江部位施工中出现遇到旧河堤或抛石层，钢管桩无法钻进及旧河堤或抛石层以上位置的地下土层长期受珠江水潮汐影响导致地面土层疏松，水泥浆出现跑浆现象，导致旋喷桩无法成桩等困难，该部位采用能够潜孔凿岩的高风压潜孔钻车施工，才能钻穿抛石层直下至持力层，并考虑到珠江水长期对钢管的侵蚀，外侧还需另加钢套管对钢管桩进行保护。
具体做法为：带φ168套管钻孔，成孔后套筒不拔出。插φ121（壁厚6mm）结构用无缝钢管，钢管的抗压强度设计值fy'不小于335N/mm2，钢管底部2米范围按φ20@400钻出浆孔，每周开两孔，交错布置，管内要求灌注M15水泥砂浆；要求单桩承载力特征值达到180kN。注浆前应对桩孔进行清孔，桩底沉渣厚度不大于50mm。桩长根据地质钻探报告分区确定如下：1/12C、14C、16C轴，桩长暂定24米，入强风化岩不小于8米，桩底入中风化岩0.5米；17C～23C轴，桩长暂定23米，入桩底入中风化岩2～3米；由于江水对钢管有弱腐蚀性，为保证钢管的耐久性，要求钢管外侧喷涂阻锈剂。
二、施工部署
1、施工总体安排和流程：
平整场地后，先在D区23c轴附近桩承台钻一条进行试桩，试桩完成后根据试桩初步数据确定施工控制参数，正式施工安排由D区向E区进行施工，先施工南侧的一排钢管桩，后施工北侧的钢管桩。
2、施工机械：KY130型高风压露天潜孔钻车一台，SPC-10/10型柴油移动螺杆空压机一台，功率130KW，泥浆泵一台。
因受楼层高度限制及钻孔直径较大影响，潜孔钻车的钻臂需根据现场实际楼层高度由出产厂家进行改装完成后方可进场。
三、嵌岩微型钢管桩的工作原理
嵌岩微型钢管桩受荷载后，钢管桩起双重作用：竖向受压承受垂直荷载，横（环）向受拉约束管内M15水泥砂浆，管内M15水泥砂浆在钢管内，在管壁的侧向约束下，横向变形受到阻止，形成三向受压的应力状态，使管内M15水泥砂浆的强度大幅度提高。因此钢管桩的整体承载能力也大幅度提高。由于钢管的直径较钻孔的直径小，钢管外存在一定厚度的水泥固结体，作为保护层保护钢管，提高钢管桩的耐久性；该保护层M15水泥砂浆又可增加桩身的摩擦力。由于钢管与M15水泥砂浆的共同作用，既提高了桩柱承载力，也改善了M15水泥砂浆的脆性性能，大大提高了桩柱的抗弯刚度，从而减少了因桩身长细比较大而发生纵向弯曲，降低失稳的可能性，因此允许采用的长细比值，可较基本为脆性的M15水泥砂浆管桩大。
高风压露天潜孔钻车
在桩身强度允许的范围内，地层对钢管桩提供的承载力大小，决定了单一桩柱能承担的承载力数值；钢管桩的承载能力由两部份组成，一是桩周和地层的摩阻力，这部份力首先作用于钢管外侧的水泥砂浆固结体，然后通过水泥砂浆固结体与钢管间的界面粘结力传递到钢管，最后才由钢管和M15水泥砂浆共同分担。另一部份是由基岩提供的桩端承力，桩端承力的由桩底基岩承载力和桩周基岩粘结力共同组成，由于桩周摩擦力远小于桩端端承力，并且在受力先后上存在不同步性，所以桩的承载力对嵌岩钢管桩而言，主要由桩端端承力提供。
四、加固施工的工序流程
钢管桩桩位开孔→ 采用φ168钢套管潜孔钻进至中风化面→φ168钢管桩施工至设计深度→下φ121钢管→钢管加压→灌注水泥浆或水泥砂浆→二次注浆→钢管桩施工完成→进行单桩承载力检测→承台结构施工→恢复室内地坪板→建立长期沉降测点→ 交验退场
五、成孔施工
1、施工测量
以业主提交的测量控制基准点为基础施工放样，测量放线定出钢管桩位，插上标签，经复核无误后方可施工。
2、泥浆循环系统
桩基础施工一律使用优质泥浆护壁，以保证施工安全和质量，达到桩壁无泥浆套和桩底无沉渣的设计要求。
3、施工过程中泥浆采用泥浆泵和泥浆池，以保证泥浆的储备及便于外运多余泥浆；泥浆循环采用气举反循环。为保护环境严禁把泥浆及废渣直接排入下水道，应由运泥浆车运往指定的弃土区排放。
4、成孔工艺
（1）造浆：正式钻进前，往要施工的桩及循环用的孔底供泥浆，换出原孔内清水。钻进过程中，要根据不同的土层制备不同浓度的泥浆，使泥浆既起到护壁及清渣的作用，又不致于太浓而影响钻进速度。
（2）钻孔：钻机就位后，进行桩位校核，保证就位准确。造浆完毕后低速开钻，待整个钻头进入土层后进入正常钻进。在桩的底部必须慢速钻进。泥浆比重控制在1.2～1.25，粘度控制在18～22s。
（3）孔深达到设计标高后，对孔径、深度、垂直度和孔底嵌岩情况进行全面检查合格后，采用换浆清孔法，当孔底基本无沉渣，泥浆沟只排出浊水而无泥浆废渣时，即可停止第一次清孔。
（4）成孔
a、钻、冲孔在终孔后应进行孔位、孔深检测。
b、灌注前进行二次清孔，采用气举法清孔。拟用一上端密封的管，插入一空压管和出浆管，插至离孔底20cm，外侧伸入进浆孔。空压机用大功率空压机，宜用20m3/h。当二次清孔的泥浆性能指标和沉渣厚度达到设计和规范要求，水泥浆浇注施工采用导管法灌注。导管采用内径Ф300mm的刚性导管。
六、钢管施工
1、钢套管制作与埋设
钢套管设计直径为Φ168mm，为保证钢套管有足够的刚度不至弯曲变形，钢套管壁厚采用12mm材质为Q345B的无缝钢管；钢管运至工地后应先喷涂阻锈剂。连接采用螺纹套筒，为加强护钢套管的整体刚度，在焊接接头焊缝处加设厚10mm宽20cm的钢带，套管底脚处加设厚14mm宽30cm的钢带作为刃脚。钢套管每节加工长度为3m（或按实际长度分节加工）。焊接采用坡口双面焊，所有焊接必须连续，以保证不漏水。
2、钢套管钻入中风化层不小于3米，钢套管钻进采用潜孔锤振动配以钢套管内用空气吸泥机吸泥下沉，必要时可在护筒外壁辅以高压射水下沉。
3、钢套管下沉步骤如下：
（1）在平台桩位处焊设套管下沉定位架→安装第一节钢套管于导向架内并与导向架下口临时焊连，使钢套管固定→吊起第二节套管对准第一节套管，校正后将两节套管螺纹对准，并旋转上节钢管至全部旋紧，连接处焊牢并加强→割除第一节护筒与导向架焊接处，吊下放第一、二节套管→吊装潜孔锤与套管上口连接牢固→开动潜孔锤振动钻进，再接长下节钢套管，如此反复直至套管至所需的深度。
（2）钢套管埋设首先在每个平台上，精确放出套管位置，利用钻孔平台上纵横工字钢安设套管沉放导向架，导向架比套管外径大5cm，在校正套管垂直度（小于0.5%）和钢套管平面位置偏差（小于3cm）后，采用潜孔锤振动下沉，并按需要焊接接长套管，在现场焊接钢套管时要采取有效措施保证钢套管的轴线顺直度，振动锤振动下沉直至护筒底部到达设计标高。
（3）若钢套管不能沉放到所需深度，则利用Φ300mm空气吸泥机，按先中部后四周再中部的顺序吸砂，必要时可在钢套管外壁辅以高压射水下沉。潜孔锤重心和套管中心轴尽量保持在同一直线上；开动空气吸泥机同时须往钢套管内加水，在钢管套管下沉过程中，当沉入土中一定深度后，要及时撤除套管导向架，以免影响套管下沉；钢套管沉放必须全过程测量，保证套管偏位和倾斜度在容许范围内。
（4）外套管下好以后，在套管内，二次洗孔，二次孔入岩30～50㎝，即在套管孔内加深30～50㎝，套管内清水清渣后，下φ121无缝钢管，钢管采用螺纹连接方式，φ121无缝钢管两端的内侧进场前需在工厂开螺纹，将预先加工好的连接头与上下钢管拧紧，螺纹长度约100mm。
七、灌注
钢管桩采用内灌M15水泥砂浆，初灌正常后应连续灌注，不得中途停工。灌注过程中不断利用测锤测量上升高度，适时拆卸导管，保证合理埋管深度。灌注时防止导管左右移动，提升导管时注意轴线竖直与位置居中。每次拆卸导管前，均应上下串动导管几次，使水泥浆密实。灌注完成后及时清理浮浆。实际灌注桩顶面高度要高于设计要求0.3m，以确保设计桩顶下桩身强度。
论文作者:梁军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/9
标签：套管论文; 钢管论文; 泥浆论文; 砂浆论文; 水泥论文; 导管论文; 承载力论文; 《基层建设》2017年第14期论文;