超深埋深大直径钻孔灌注桩施工技术改进策略研究
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【摘要】当前，我国对城市高层、超高层建筑物的需求量与日俱增，建筑地下室深度不断加深，超深埋深的施工场景不断增多。超深埋深大直径钻孔灌注桩具备较大的承载力、能够满足单桩单柱的需求等特征，符合超深埋深建筑施工的切实需求，因此在现阶段城市建筑物的施工中得到应用。本文主要从成孔施工技术、泥浆调配技术以及清孔技术等方面入手，探讨超深埋深大直径钻孔灌注桩施工技术改进策略，目的是为超深埋深大直径钻孔灌注桩施工的改进提供参考。
【关键词】超深埋深;大直径;钻孔灌注桩;施工技术
【中图分类号】TU74
【文献标识码】B
【文章编号】1671-3362（2020）11-0102-02
当前，我国大量人口向城镇集中的人口流动，导致城市土地资源日渐稀缺，因此我国对于高层、超高层建筑的需求近年来迅速扩张。对于高层、超高层建筑物而言，足够的地下室深度、深基础深桩基是保障其建筑安全的关键，超深埋深大直径钻孔灌注桩能够满足建筑物单桩单柱、大承载力、原土面施工等需求，因此在建筑施工实践中得到应用和推广[1]。超深埋深大直径钻孔灌注桩具有强度高、关联性强、桩位唯一的特征，对于施工技术要求较高，在施工中一旦出现偏差，补救成本较高、补救技术难度大，可能导致工期延长、成本增加等问题[2]。本文结合笔者的施工经验，重点从成孔施工技术、泥浆调配技术、清孔技术以及钢筋笼设置等技术环节入手，探讨施工过程中的技术改进策略，使钻孔灌注桩及其关联施工技术在实践中更好地为城市建筑施工服务。
当前我国建筑施工实践中，钻孔灌注桩的应用场景十分广泛，其施工流程围绕钻孔和灌注两个环节展開，在施工地基上打好桩孔的基础上，在桩孔内部放置不同建筑材料制成桩。由于这一施工过程能够适用于大多数施工环境、施工操作难度相对较小、建筑材料投入产出比较高，因此在当前施工被广泛应用。而超深埋深大孔径钻孔灌注桩在具备钻孔灌注桩优势的同时，能够更好地满足高层、超高层等城市建筑物的需求，未来发展前景广阔，而当前对于这一技术的理论研究与实践探索都十分有限，鉴于此，本文将从成孔施工技术、泥浆调配技术、清孔技术以及钢筋笼设置等技术环节入手，探讨施工技术的改进策略。
1.成孔施工技术改进策略
成孔施工技术是超深埋深大直径钻孔灌注桩施工技术的基础性环节，其施工流程是设定钻机位置、调节钻杆位置、实施钻孔，将钻头下降到预设标高，将土通过旋转钻斗的方式挤到钻斗中，挤满后关闭钻斗底部并将钻斗移到孔外，最后将土卸在规定堆放位置，反复循环以上过程直到成孔施工完成。成孔施工过程中，孔壁不稳定以及随之而来的塌孔问题多发，尤其在超深埋深的条件下更容易出现此类问题。
针对以上问题，超深埋深大直径钻孔灌注桩成孔施工技术的改进策略主要从钻头选取和参数设定两个方面入手。一方面，在钻头的选取上，除了根据施工计划选取大直径钻头外，还应当在施工现场通过试验的方式进一步明确钻头属性，建议利用强度高、导向度高、切削量大的合金钻头提升施工效率，同时也应当注意选取更适合超深埋深施工条件的尖状鱼尾，有助于在机械力的作用下提升钻速;另一方面，设定合理的参数也有助于施工技术改进，参数包含钻速、钻压等，钻速是指成孔施工过程中的钻进速度，在大直径钻孔中如果钻进速度过快可能会导致护壁质量不佳、塌孔、孔径不合规范等问题，重则会导致严重孔内事故，反之，如果钻进速度过慢，那么成孔施工的效率自然会下降，成本上升的同时工期难以得到保障，因此，建议根据土层性质设定钻速，普通土环境下建议7～9 m/h的速度，松软土环境下应适当降低速度，同时为了及时排空孔内的钻屑与残渣，在成孔施工后期也应适当放慢钻速。除此以外，在钻压的设定上，建议普通土中设定在10～25 kPa，松软土中建议钻压减半，为防止出现塌孔的问题，钻进过程前期适当减压，采取低挡慢速大泵量的方式钻进以形成坚固的泥皮，同时采取钻头大于桩径的方式以改善缩孔问题，如遇土层交界面采取复钻的方式避免斜孔问题的发生，每次加接钻杆前也应当采取复钻的方式进行修孔。
2.泥浆调配及清渣技术改进策略
泥浆是超深埋深大直径钻孔灌注桩施工中的核心施工材料，如果泥浆质量不佳会导致程控效率低、塌孔、缩径等问题，因此应当不断改进泥浆调配比例，使其具备更好的护壁性和更低的失水性。与此同时，应通过改进泥浆清渣技术的方式提升泥浆护壁性，达到提升清理沉渣效率、改善废浆处理流程的目的。
泥浆调配的改进策略是适当降低泥浆密度、合理控制泥浆粘度，并利用膨润土等材料提升泥浆质量，具体所需材料特征及推荐用量如下：（1）膨润土的应用，膨润土是以蒙脱石为成分的非金属矿产，具有密度低、失水量低、阻力小、护壁能力强等特点，通常用量为用水量的0.08左右;（2）水解聚丙烯酰胺，这种原料应用目的是对黏土颗粒起到絮凝的作用，实际使用中建议用量为泥浆的30×10-6;（3）碳酸钠的应用，碳酸钠在日常生产或生活也被称为纯碱，是一种常见的无机化工原料，碳酸钠在泥浆调配中应用的目的是提升泥浆的水化膜厚度，保障泥浆胶体率的同时具有维持泥浆性质稳定的作用，在泥浆调配过程中，碳酸钠的用量与膨润土的用量呈正相关，通常为膨润土用量的4%左右，除此以外，羧甲基纤维素等提升泥浆粘性的材料也可以取少量掺入到泥浆中，以提升泥浆的粘性，进一步实现防护壁脱落的目的。
清渣技术的改进策略是设置泥浆清渣系统，根据施工现场的场地条件，设置不小于60m的循环沉淀槽，并根据沉渣情况适当延长，目的是使沉渣在循环沉淀槽流动期间逐步沉淀、胶体率逐步上升，经过这一清渣过程的泥浆再次进入泥浆池满足施工需求。同时，建议设置总泥浆池，包含泥浆池、沉浆池与废浆池，每台大直径钻孔灌注桩机都应配备150 m3左右的泥浆池，并且设专人管理废浆材料，通过循环监督的方式监管泥浆池内的泥浆质量，符合标准的泥浆继续循环使用，而循环后不符合要求的废浆则采取密封罐车的方式定期集中排放。通过以上方式改进泥浆调配和清渣技术，有助于在成孔作业过程中缩短单桩成孔时间，同时也有助于在后续清孔施工中缩短清孔时间、减少工作量。 3.清孔技术改进策略
超深埋深大直径钻孔灌注桩成孔所需施工时间较长，如果在施工过程中清孔工作处理不到位，那么将导致沉淀过厚，从而引起堵管、断桩、夹层等问题，对后续施工产生负面影响，因此清孔技术的应用与改进是十分必要的。超深埋深大直径钻孔灌注桩由于直径较大、泥浆特性等原因，泥浆返流速度相对较慢，因此沉渣排出速度也较慢，应分两次开展清孔作业保障清孔质量：第一次清孔时泥浆的密度粘度较大，应充分利用大功率泥浆泵开展正循环清孔工作，将泥团、粗砂等残渣排出孔内，采取浓泥浆大泵量的方式携渣，当浮泥浆中的块体直径小于1cm时，开始降低泥浆浓度，通过导入新泥浆的方式开展循环工作，保障第一次清孔工作任务完成后，采取下钢筋笼、放置导管等方式开展第二次清孔工作，二次清孔主要清洗孔底，反复循环清洗降低泥浆比重，直到孔内返出沉渣及泥浆的指标参数符合施工规范的各项要求。
4.钢筋笼技术改进策略
钢筋笼在钻孔灌注桩施工中主要起到抗拉的作用，使灌注桩的桩身能够承受一定的轴向拉力。当前，在超深埋深大直径钻孔灌注桩施工中，钢筋笼上浮问题较为常见，建议的改进策略是在钢筋笼的上空桩段加焊浮笼观测笼，首先根据施工现场需求选取若干高质量的纵筋，每隔2m设置固定箍筋的浮笼观测笼，再分别将钢筋笼与浮笼观测笼预制在施工现场地面上，利用三点方式将每节钢筋笼吊起并置于桩孔内部，将上下两节笼在孔口处对接，并进一步通过焊接的方法将两节笼连接接长，最后检查钢筋笼有无变形情况，并利用焊接吊筋等技术定期观测浮笼钢筋笼情况，发现问题及时采取补焊等措施保障其能够发挥应有的抗拉作用。
5.结束语
综上所述，超深埋深条件下的钻孔灌注桩施工技术在我国高层、超高层建筑等施工现场具有广阔应用前景，应结合施工规划和施工现场需求，不断在实践中优化施工技术策略。本文主要研究的改进策略包括：从钻头选取和参数设定两个方面对成孔施工技术的改进、科学配比的泥浆调配改进、泥浆循环系统为代表的清渣技术改进、两次作业的清孔技术流程改進、加装浮笼观测笼对钢筋笼技术改进等等，目的是改善超深埋深大直径钻孔灌注桩成孔工艺，减少在超深埋深条件下大直径钻孔灌注桩施工中塌孔、孔壁缩径等问题的发生。
除本文研究的上述改进策略以外，未来还可以从水下混凝土灌注、监控搅拌质量、控制导管埋置深度等具体施工环节入手，进一步探索超深埋深大直径钻孔灌注桩施工技术改进策略，为日后超深埋深大直径钻孔灌注桩施工的理论研究与实践工作提供参考，提升大直径钻孔灌注桩施工的科学性。
参考文献
[1]刘永红.长江中下游复杂地层中超长钻孔桩施工质量控制[J].工程建设与设计，2020（14）：50-53.
[2]江波，张明亮，王大纲，寻奥林.复杂地质条件下大直径灌注桩施工技术——以湖南广播电视台节目生产基地建设项目为例[J].中外建筑，2020（05）：173-176.
【基金项目：甘肃省教育厅2020年甘肃省高等学校创新能力提升项目“基于典型项目的超深大直径灌注桩施工技术应用研究与实践”（2020A-237）】
（作者单位：甘肃建筑职业技术学院 ）
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