楊金紅

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051)

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淺談水利工程旋挖鉆孔灌注樁施工工藝

楊金紅

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051)

擴(kuò)大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程采用了旋挖鉆孔灌注樁施工工藝，該工藝施工速度快、成孔質(zhì)量高、操作靈活方便、安全性能高、適應(yīng)能力強(qiáng)，是一種理想的施工工藝；與傳統(tǒng)的回旋鉆機(jī)鉆孔工藝相比具有較多優(yōu)勢，節(jié)約了施工成本，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。圖1幅。

旋挖鉆孔灌注樁；施工工藝；操作要點(diǎn)

1 工程概況

擴(kuò)大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程位于浙江省杭州市江干區(qū)三堡村三堡二線船閘西側(cè)，工程任務(wù)以防洪、治澇為主，結(jié)合改善水環(huán)境等綜合利用。施工范圍主要包括：進(jìn)水口(樁號泵0-626.26～攔污柵橋)～前池工程、泵站、出水池、4孔排水箱涵(樁號泵0+090.753～泵0+443.80)和新開河排水箱涵。本工程為Ι等工程，設(shè)計(jì)最大泵排流量為200 m3/s。泵站主機(jī)段、安裝場及副廠房基礎(chǔ)采用DN1000C30混凝土灌注樁，泵站前池、出水池基礎(chǔ)、進(jìn)水口擋墻、導(dǎo)航架采用DN800C30混凝土灌注樁，進(jìn)水口攔污柵橋基礎(chǔ)采用DN800C25混凝土灌注樁。

該工程合同總造價(jià)20 395萬元，鉆孔灌注樁1 131根，工程量18 290 m3。灌注樁全部采用旋挖鉆機(jī)成孔，大大縮短了工期，泵區(qū)932根樁2臺鉆機(jī)施工僅用了2個月，平均每臺每天完成7～8根?；娱_挖后進(jìn)行了100%基樁低應(yīng)變動力檢測，檢測結(jié)果樁身完整性均較好，均為Ι類樁。灌注樁混凝土充盈系數(shù)控制在1.05左右，相比傳統(tǒng)的回旋鉆節(jié)約了混凝土。

2 工藝原理

旋挖鉆孔灌注樁成孔是通過旋挖鉆機(jī)底部帶有活門的桶式鉆頭回旋鉆破土層，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，儀表自動顯示桶滿時(shí)，鉆斗底部關(guān)閉，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土。這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直到鉆至設(shè)計(jì)深度；鉆孔挖出的土方卸載在鉆機(jī)兩側(cè)，由挖機(jī)清理堆放并及時(shí)通過鏟車運(yùn)走。旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動、靈活，終孔后能快速移位至下一樁位施工。鋼筋籠在鋼筋廠制作成型后采用汽車起重機(jī)整體吊裝到孔內(nèi)，混凝土灌注采用直升導(dǎo)管法施工(見圖1)。

3 操作要點(diǎn)

3.1 泥漿制備

根據(jù)旋挖鉆鉆速快的特點(diǎn)，泥漿原材料采用優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿或外購泥漿。膨潤土泥漿采用圓筒式攪拌機(jī)拌制，其配比為：水∶膨潤土∶粘土∶NaOH=1 000∶100∶60∶1.5，泥漿可循環(huán)使用，必要時(shí)作凈化處理；主要性能指標(biāo)：相對密度<1.25，粘度<28 s，含砂率≤6%。

如泥漿有損耗、漏出，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充，采用泵送方式，其速度以保證液面始終在護(hù)筒面以上為標(biāo)準(zhǔn)；否則有可能造成塌孔，影響成孔質(zhì)量。另外，應(yīng)按時(shí)檢查泥漿指標(biāo)，遇土層變化應(yīng)增加檢查次數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整泥漿指標(biāo)。

圖1 工藝流程

3.2 鉆機(jī)就位及護(hù)筒埋設(shè)

(1)鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位后，通過水平儀進(jìn)行鉆機(jī)水平校正，然后要對桅桿進(jìn)行調(diào)垂。在調(diào)垂過程中，操作人員可通過顯示器的桅桿工作界面實(shí)時(shí)監(jiān)測桅桿的位置狀態(tài)，使桅桿最終達(dá)到作業(yè)成孔的設(shè)定位置。

(2)護(hù)筒埋設(shè)

旋挖鉆機(jī)鉆頭對準(zhǔn)中心線，下部鉆進(jìn)，下部擴(kuò)孔，擴(kuò)孔至1.0～1.2 m時(shí)，把鋼護(hù)筒吊放進(jìn)孔內(nèi)，找出鋼護(hù)筒的圓心位置，然后移動鋼護(hù)筒，使鋼護(hù)筒中心與鉆機(jī)鉆孔中心位置重合。同時(shí)，用水平尺或垂球檢查，使鋼護(hù)筒豎直，然后用鉆桿和加壓油缸同時(shí)加壓，直至護(hù)筒頂距地面高大于30 cm。

3.3 鉆進(jìn)成孔

鉆孔時(shí)先將鉆斗著地，同時(shí)用顯示器上的清零按鈕進(jìn)行清零操作，記錄鉆機(jī)鉆斗的原始位置。此時(shí)，顯示器顯示鉆孔當(dāng)前位置的條形柱和數(shù)字，操作人員可通過顯示器監(jiān)測鉆孔的實(shí)際工作位置、每次進(jìn)尺位置及孔深位置。開孔時(shí)，以鉆斗自重并加壓作為鉆孔動力，一次進(jìn)尺短條形柱顯示當(dāng)前鉆斗的鉆孔深度，長條形柱動態(tài)顯示鉆斗的運(yùn)動位置，孔深的數(shù)字顯示此孔的總深度。當(dāng)鉆斗內(nèi)擠壓充滿鉆渣后，將其提出地表，卸渣完畢后，通過操作顯示器上的自動回位按鈕自動回到鉆孔作業(yè)位置或使用機(jī)械手動回到鉆孔作業(yè)位置。

在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地質(zhì)情況的變化，放慢、減緩鋼絲繩速度，調(diào)整鉆機(jī)的加壓油缸壓力。在淤泥層鉆進(jìn)時(shí)，鋼絲繩不宜下放過快，應(yīng)適當(dāng)?shù)踝°@斗，防止鉆斗對孔壁造成破壞。在粘土層、砂層鉆進(jìn)時(shí)，鉆具有自動浮動工藝，應(yīng)通過鉆具的自身重量下放；強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化巖層采用加壓鉆進(jìn)法，通過鉆桿，把油缸的壓力傳送到鉆頭，從而加大鉆頭的摩阻力，提升鉆機(jī)速度。在整個鉆進(jìn)過程中，鉆頭鉆桿的提升和下降要慢上慢下，嚴(yán)禁出現(xiàn)因速度過快引起的過激振蕩。

成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對孔深、孔徑、孔壁、垂直度等進(jìn)行檢查，不合格時(shí)采取措施處理。孔深直接采用測繩進(jìn)行量測，孔徑通過探孔器檢測，垂直度由于在鉆進(jìn)過程中對鉆桿的垂直度進(jìn)行了嚴(yán)格控制，所以在成孔后檢驗(yàn)鉆機(jī)的水平程度即可。

3.4 清孔

清孔是保證成樁質(zhì)量的重要一環(huán)，通過清孔可確保樁孔的質(zhì)量指標(biāo)、孔底沉渣厚度、循環(huán)泥漿中含鉆渣量等是否符合質(zhì)量要求。

旋挖鉆機(jī)成孔后，自然沉淀20～40 min，然后用撈砂斗進(jìn)行清撈，清撈完畢后，采用泥漿泵泵入性能指標(biāo)符合要求的泥漿，直到清除孔底沉渣且使泥漿含砂量小于4%為止。

3.5 鋼筋籠制作與安裝

(1)鋼筋籠制作

根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖、施工工藝和規(guī)范要求，在鋼筋加工場地加工鋼筋籠，分節(jié)長度控制在9.0～17.0 m范圍內(nèi)。吊點(diǎn)位置用短鋼筋焊接加強(qiáng)，鋼筋籠加工完成后待專職質(zhì)量員、監(jiān)理檢驗(yàn)合格后運(yùn)送到樁基現(xiàn)場。運(yùn)輸過程中要輕起輕放，防止引起鋼筋籠的變形。

主鋼筋籠主筋連接采用直螺紋連接，加強(qiáng)箍筋與主筋之間采用焊接，螺旋鋼筋箍筋采用點(diǎn)焊。保護(hù)層采用墊筋，墊筋規(guī)格為φ12鋼筋，按設(shè)計(jì)圖結(jié)構(gòu)制作，每2 m設(shè)置1組，每組4道，墊筋焊接在鋼筋籠主筋上。

(2)鋼筋籠安放

鋼筋籠利用吊機(jī)整體吊裝到孔內(nèi)，鋼筋籠上口到達(dá)護(hù)筒口上方時(shí)，用型鋼扁擔(dān)將鋼筋籠擱置在護(hù)筒上。由于鋼筋籠較長，且要求在孔口分兩節(jié)焊接成型，所以必須考慮到起吊和移位時(shí)的鋼筋籠變形控制。

為了保證鋼筋籠起吊時(shí)不變形，宜用兩點(diǎn)吊。第一吊點(diǎn)設(shè)在骨架的下部，第二吊點(diǎn)設(shè)在骨架長度的中點(diǎn)到上三分之二點(diǎn)之間。起吊時(shí)，先提第一吊點(diǎn)，使骨架稍提起，再與第二吊點(diǎn)同時(shí)起吊。隨著第二吊點(diǎn)不斷上升，慢慢放松第一吊點(diǎn)，直到骨架與地面或平臺垂直，停止第一吊點(diǎn)起吊，用勁形骨架固定。

吊放鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)對準(zhǔn)孔位輕放、慢放入孔，入孔后應(yīng)徐徐下放，若遇阻力應(yīng)停止下放，查明原因并處理，嚴(yán)禁高起猛落、碰撞和強(qiáng)行下放。

在鋼筋籠外周采用焊接鋼筋耳環(huán)或綁扎與樁基混凝土同標(biāo)號預(yù)制塊形式進(jìn)行控制。

樁身混凝土灌注完畢，達(dá)到初凝后即可解除鋼筋籠的固定措施。

3.6 混凝土灌注

(1)導(dǎo)管安放

安裝導(dǎo)管前對導(dǎo)管進(jìn)行水密試驗(yàn)，認(rèn)真檢查各接口橡膠墊圈，確保防水密封。導(dǎo)管的安放采用吊車進(jìn)行，安裝時(shí)要求垂直快速并同時(shí)保證接頭要上緊。導(dǎo)管標(biāo)高要求控制在樁底標(biāo)高30～50 cm處。

(2)水下混凝土灌注

灌注水下混凝土是成樁的關(guān)鍵工序，在鋼筋籠沉放結(jié)束經(jīng)檢查符合要求后即進(jìn)行水下混凝土灌注工作。

混凝土灌注采用直升導(dǎo)管法施工，導(dǎo)管在孔位附近先分段組拼，再逐段用吊機(jī)起吊，在孔口拼裝，沉入鉆孔內(nèi)。導(dǎo)管吊入下沉?xí)r，應(yīng)保持位置居中，防止卡入鋼筋籠碰撞孔壁，導(dǎo)管內(nèi)徑為φ300。

混凝土配合比在澆筑前先進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)混凝土坍落度控制在18～20 cm，并報(bào)監(jiān)理工程師審批，確保現(xiàn)場施工時(shí)混凝土合格率為100%。

混凝土運(yùn)輸：采用商品混凝土，由混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送，通過料斗、導(dǎo)管送入樁孔內(nèi)。

混凝土澆筑：根據(jù)公式計(jì)算首批混凝土澆筑量。導(dǎo)管距孔底30～50 cm，首批混凝土保證導(dǎo)管埋深1.0 m以上。首批混凝土數(shù)量:孔徑100 cm的2.0 m3,孔徑100 cm的1.6 m3。首批混凝土澆注隔水措施用投球法，即在漏斗頸部設(shè)置1個隔水混凝土球，下面墊1層塑料布，混凝土球用8號鐵絲系掛在橫梁上。當(dāng)首批混凝土備足開始灌注時(shí)，即把鐵絲鉸斷，此時(shí)混凝土壓著球塞，與水隔離通過導(dǎo)管擠走導(dǎo)管內(nèi)的水，保證水下混凝土的質(zhì)量。首批混凝土灌注完成后立即探測混凝土面高度，計(jì)算出導(dǎo)管埋深，符合要求后，繼續(xù)灌注。

水下混凝土的開澆和連續(xù)澆灌均按規(guī)范進(jìn)行，開澆混凝土量保證一次排清導(dǎo)管內(nèi)的泥漿并封底，澆筑中途不得停頓。灌注過程中應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)泥漿液面的升降情況，及時(shí)測量孔內(nèi)混凝土高程，正確指導(dǎo)導(dǎo)管提升和拆除，保證導(dǎo)管埋入混凝土深度不小于2 m，不大于6 m。

混凝土升到鋼筋籠下端時(shí)，為防止鋼筋籠被混凝土頂托上升，應(yīng)采取以下措施：在孔口吊筋固定鋼筋籠上端；灌注混凝土的時(shí)間盡量加快，以防混凝土進(jìn)入鋼筋籠時(shí)其流動性減??；當(dāng)孔內(nèi)混凝土接近鋼筋籠時(shí)，應(yīng)保持埋管較深，并放慢灌注進(jìn)度；當(dāng)孔內(nèi)混凝土面進(jìn)入鋼筋籠1～2 m后，應(yīng)適當(dāng)提升導(dǎo)管，減小導(dǎo)管埋置深度，增大鋼筋籠在下層混凝土中的埋置深度。

為確保樁頂混凝土質(zhì)量，鉆孔灌注樁澆筑頂高程比設(shè)計(jì)樁頂高程高1.0 m左右，待土方開挖后再鑿至設(shè)計(jì)頂高程。在灌注將近結(jié)束時(shí)，由于導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高度減少，超壓力降低，而導(dǎo)管外的泥漿稠度增加，相對密度增大；這種情況可在到孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏除部分沉淀土，使灌注工作能順利進(jìn)行。

4 質(zhì)量控制

4.1 塌孔及處理措施

在旋挖鉆機(jī)施工中，塌孔是最容易出現(xiàn)的事故，在施工中出現(xiàn)塌孔的原因有：鉆頭鉆桿提升速度過快，導(dǎo)致在鉆頭下端造成真空狀態(tài)，從而使孔內(nèi)壓力驟然減小，引起塌孔；泥漿性能達(dá)不到要求，導(dǎo)致泥漿護(hù)壁能力差，引起塌孔；鉆頭鉆桿在提升和下降過程中產(chǎn)生晃動，刮破泥漿護(hù)壁；下完鋼筋籠后由于意外情況導(dǎo)致混凝土灌注時(shí)間推遲。

預(yù)防措施與處理方法：嚴(yán)格控制鉆頭、鉆桿的提升速度，慢上慢下；對泥漿進(jìn)行嚴(yán)格控制，隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{的性能，確保泥漿的質(zhì)量和護(hù)壁能力，及時(shí)加注泥漿，使泥漿的表面始終保持在距護(hù)筒頂80～100 cm之間。另外，應(yīng)盡可能減小下鋼筋籠和混凝土灌注之間的時(shí)間，一旦發(fā)生塌孔，要及時(shí)回填，以免波及到附近其他孔位。

4.2 鉆孔漏漿及處理措施

產(chǎn)生原因：護(hù)筒埋設(shè)太淺，回填土不密實(shí)或護(hù)筒接縫不嚴(yán)密，在護(hù)筒接頭處漏漿；水頭過高使孔壁滲漿；遇到透水性大的土層。

預(yù)防措施與處理方法：根據(jù)土質(zhì)情況決定護(hù)筒的埋置深度；加稠泥漿或倒入粘土，慢速轉(zhuǎn)動，增強(qiáng)護(hù)壁。

4.3 鉆孔偏斜及處理措施

產(chǎn)生原因：鉆孔時(shí)遇有傾斜度的軟硬土層交界處，鉆頭所受阻力不均而偏位；鉆孔時(shí)遇較大的孤石、探頭石等地下障礙物使鉆桿偏位；鉆桿彎曲或連接不當(dāng)，使鉆頭、鉆標(biāo)中心線不同軸；工作平臺不平或不均勻沉降使鉆機(jī)底座傾斜。

預(yù)防措施與處理方法：在傾斜狀的軟硬土層處鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制進(jìn)尺速度并以低速鉆進(jìn)。探明地下障礙物情況，并預(yù)先清除干凈。鉆桿、鉆頭應(yīng)逐個檢查，及時(shí)調(diào)整，彎曲的鉆桿要及時(shí)更換。鉆孔過程中隨時(shí)檢查鉆機(jī)水平度，若發(fā)現(xiàn)因鉆機(jī)振動引起的鉆機(jī)下沉，應(yīng)及時(shí)調(diào)整桅桿和角度，控制變幅角度，以免發(fā)生歪孔、斜孔。在樁孔偏斜處，上下反復(fù)掃孔，使孔校直。在樁孔偏斜處回填砂粘土，待沉積密實(shí)后再鉆。

4.4 防止水下混凝土澆注出現(xiàn)堵管、斷樁的措施

堵管現(xiàn)象主要分為兩種，一種是氣堵，當(dāng)混凝土滿管下落時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土(或泥漿)面至導(dǎo)管口的空氣被壓縮，當(dāng)導(dǎo)管外泥漿壓力和混凝土壓力處于平衡狀態(tài)時(shí)就出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象。解決氣堵現(xiàn)象的措施有：首批混凝土澆注時(shí)，在泥漿面以上的導(dǎo)管中間要開孔排氣，當(dāng)首批混凝土滿管下落時(shí)，空氣能從孔口排掉，就不會形成堵管。首批過后正常澆注時(shí)，應(yīng)將絲扣連接的小料斗換成外徑小于導(dǎo)管內(nèi)徑的插入式輕型小料斗，使混凝土小于滿管下落，不至于形成氣堵。

另外一種堵管現(xiàn)象為物堵，混凝土施工性能不好，石子較多，或混凝土原材料內(nèi)有雜物等，在混凝土垂直下落時(shí)，石子或雜物在導(dǎo)管內(nèi)形成拱塞，導(dǎo)致堵管。物堵現(xiàn)象的控制為：由于孔深約達(dá)40 m，混凝土自由落至孔底時(shí)速度較大，易形成拱塞，要求混凝土有較好的流動性、不離析性能和豐富的膠凝材料，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場物資管理，使混凝土原材料中不含有任何雜物，并在澆注現(xiàn)場層層把關(guān)，確?；炷翝沧㈨樌?/p>

斷樁主要是導(dǎo)管埋置深度不夠，導(dǎo)管拔出了混凝土面(或拔斷)，形成了泥漿隔層。防止措施為：對導(dǎo)管埋深進(jìn)行記錄，同時(shí)用攪拌站澆注方量校核測深錘測得混凝土面標(biāo)高，始終保持導(dǎo)管埋深在2～6 m，同時(shí)對導(dǎo)管定期進(jìn)行試壓，并舍棄使用時(shí)間長或壁厚較薄的導(dǎo)管，確保導(dǎo)管有一定的強(qiáng)度。

4.5 防止鋼筋籠上浮的措施

在鉆孔灌注樁施工過程中，由于鋼筋籠在樁孔內(nèi)處于懸掛狀態(tài)，澆灌水下混凝土?xí)r經(jīng)常會發(fā)生鋼筋籠上浮，從而引起樁身配筋發(fā)生改變，影響鉆孔灌注樁施工的順利進(jìn)行和質(zhì)量。

防止鋼筋籠上浮的措施有：

(1)澆筑混凝土前，將鋼筋籠與鋼護(hù)筒頂口連接并焊接牢固。

(2)在混凝土灌注前，應(yīng)先通過置換孔內(nèi)泥漿來進(jìn)行清孔作業(yè),使孔內(nèi)殘留的鉆渣能夠盡量隨泥漿排出孔外，以免在混凝土表面形成“墊層”，從而避免托起鋼筋籠上浮。

(3)調(diào)整好混凝土的塌落度。澆注樁基的混凝土塌落度應(yīng)控制在18～20 cm，澆筑樁基的混凝土都要求有很好的和易性與流動性，以此來保證混凝土在澆注的過程中能有很好的“泛漿”，否則混凝土的和易性和流動性不好；先澆筑的混凝土已經(jīng)快要凝固成整體，而將鋼筋籠整體托起，從而引起其上浮。

(4)澆灌混凝土?xí)r，合理控制導(dǎo)管埋置深度，導(dǎo)管埋置深度過大將導(dǎo)致鋼筋籠上浮。灌注混凝土?xí)r，應(yīng)隨時(shí)掌握混凝土澆注的標(biāo)高及導(dǎo)管埋深，當(dāng)混凝土面于鋼筋籠底端2～3 m時(shí)，應(yīng)及時(shí)減緩混凝土灌注速度，待混凝土埋過鋼筋籠底端4 m后，方可恢復(fù)正常灌注速度，并根據(jù)導(dǎo)管埋至深度，適當(dāng)提升導(dǎo)管，以避免鋼筋骨架上浮。導(dǎo)管的埋置深度一般控制在2～6 m較好，小于2 m易產(chǎn)生拔漏事故，大于6 m易發(fā)生導(dǎo)管撥不出。當(dāng)發(fā)生鋼筋籠上浮時(shí)，應(yīng)立即停止灌注混凝土，并準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管埋深和已澆混凝土面的標(biāo)高，提升導(dǎo)管后再進(jìn)行澆注。

5 結(jié) 語

擴(kuò)大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程采用旋挖鉆孔灌注樁施工工藝，施工速度快、成孔質(zhì)量高，操作靈活方便，安全性能高、適應(yīng)能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)的回旋鉆機(jī)鉆孔工藝相比具有較多優(yōu)勢。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-08-04

楊金紅(1978-)，女，工程師，主要從事水利工程施工建設(shè)管理工作。 E_mail：yjh19781224@163.com