(中鐵六局集團天津鐵路建設有限公司 天津 300000)

水上鉆孔灌注樁施工技術及應用分析

劉松林

(中鐵六局集團天津鐵路建設有限公司 天津 300000)

通過鉆孔灌注樁進行施工在工藝技術要求上相對簡單，且在成本的投入上相對較少，可以在各種地質條件中所應用。因此，在施工過程中涉及到水上鉆孔灌注樁施工作業(yè)在技術中如何應用，則對整個工程質量產生重要影響?；诖?，在本文研究中對新建梅州至潮汕鐵路站前工程段水上鉆孔灌注樁施工技術以及應用進行分析。

水上作業(yè)；鉆孔灌注樁；施工技術；應用分析

1.引言

鉆孔灌注樁施工技術在水上作業(yè)中經(jīng)常使用，其成樁的質量如何都會對整個工程質量產生重要作用。而在筆者研究中了解到，對水上鉆孔灌注樁施工質量影響的因素較多，如鉆孔深度較深、要求施工時間短、地質條件復雜、機械深度鉆進有難度等因素。

最初，使用鉆孔灌注樁技術是基于河南安陽馬宿橋的應用開始得到廣泛使用。剛開始只用在橋梁底座的建設上，爾后發(fā)展到港口以及摩天樓基底建設中所使用?，F(xiàn)今，隨著國內城鎮(zhèn)化發(fā)展，在城市中所建設的大型項目逐漸增多，以鉆孔灌注樁技術進行應用，則能夠滿足建設工程項目的需求。[1]而使用鉆孔灌注樁技術則要先使用機械進行鉆孔，然后以泥漿作為孔洞中的護壁，將鋼筋籠絡之后放入到孔洞中，最后再進行混凝土灌漿處理，以此形成樁的形式所應用。使用鉆孔灌注樁非技術最大的優(yōu)點則是能夠將各種不同的樁長通過組合方式來增加承載力范圍，具有花費成本較低、耗時較少等的特點。并且，使用鉆孔灌注樁技術在任何地質條件中都能使用，也不會受季節(jié)等因素的影響。[2]所以，在國內諸多工程建設中都會使用鉆孔灌注樁技術。但是，鉆孔灌注樁技術在應用過程中也存在一些不足之處，如在受力方面造成的影響等，進而給實際鉆孔灌注樁施工造成影響。在本文研究中對國內新建的梅州至潮汕鐵路站前工程為例進行分析，其中，以楓江特大橋4#、5#墩的鉆孔灌注樁施工技術與應用情況為例進行分析，以此能夠對水上鉆孔灌注樁施工技術等有一定了解。

2.工程概況介紹及施工之前準備工作

2.1工程概況介紹

新建梅州至潮汕鐵路MSSG-4標楓江特大橋工程位于廣東省揭陽市，全長1880.82m，本橋為雙線橋，線間距4.6m，橋跨結構型式為箱梁和連續(xù)剛構結構，該橋采用（88+160+88）m連續(xù)剛構的形式跨越楓江，其中4#、5#墩位于楓江河內。樁基采用鉆孔樁基礎（均為摩擦樁），承臺采用圍堰法進行施工，墩身為雙柱墩。而楓江特大橋4#、5#墩為（88+160+88）m連續(xù)剛構主墩，4#墩共有鉆孔樁20根、直徑2m、長度68m，5#墩共有鉆孔樁20根、直徑2m、長度77m，均為摩擦樁，樁基礎混凝土等級為C35，環(huán)境作用等級為H1，所有樁均采用超聲波進行檢測（設置3根聲測管）。而樁基所在處地質以淤泥、淤泥質黏土、粉質黏土、粉砂巖為主，個別位置存在少量粗砂及細砂。

工程所在地揭陽市地近亞熱帶季風氣候，氣候炎熱多雨，太陽輻射強，日照時數(shù)多，無霜期長。流域內降水量充沛，前汛期（4-6月）多鋒面雨，后汛期（7-10月初）多熱帶氣旋雨（舊稱臺風雨），流域內多年降水量變幅在1810-2815mm之間。經(jīng)查閱資料及長時間（2016年）觀測楓江4#、5#墩所在區(qū)域常年平均水位約+0.8米，最高水位+2.0m。

2.2工程施工前準備工作

1.由于4#、5#墩位于水中，所以選擇搭設棧橋平臺來進行鉆孔作業(yè)。

2.根據(jù)地質條件、地形特點（位于水中）及提高施工效率的原則，選擇旋挖鉆機進行施工。

3.因4#、5#墩位于水中，為防止污染河道準備鉆渣箱用于儲存鉆渣。

4.護筒：由于是水上鉆孔，結合4#、5#墩的地質報告，選用φ2.3m*14mm*18m的長鋼護筒。

5.導管：導管內徑30cm，長0.5m、1.5m、3m,根據(jù)樁長組合拼裝。試拼后進行水密試壓試驗，經(jīng)監(jiān)理驗收合格，方可使用。

6.料斗制作：首批灌注混凝土的數(shù)量應能滿足導管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部（一般為0.4m）的需要，初次下料料斗的容量至少為4.4m3，現(xiàn)場選用容量為5m3的料斗。

7.檢查鉆頭尺寸是否合格。

8.按照圖紙檢查鋼筋籠的尺寸是否合格。

9.樁長≥40m的鉆孔樁采用超聲波進行檢測。

10.聲測管加工及安裝：

聲測管應采用無縫鋼管，內徑50mm，壁厚3.0mm。樁身內埋設3根聲測管，檢測管沿樁身箍筋內側等間距布置，并焊于加強骨架箍筋上，保證聲測管內順直通暢；檢測管長度距樁底5cm，伸入承臺內1.25m；檢測管接頭及底部應密封好，頂部采取措施防止砂漿堵塞管道。

11.現(xiàn)場使用的相關檢測儀器要準備齊全，包括檢孔器、泥漿比重儀、測繩、沉渣測錘等儀器。

2.3施工工藝

施工工藝流程如下：

1.準備場地：施工前搭設棧橋及鉆孔平臺；同時焊接鉆渣箱用于盛放鉆渣，在陸上挖泥漿池用于儲存泥漿，采用統(tǒng)一護欄對泥漿池進行維護；現(xiàn)場機具進行標識，鉆孔樁信息標識牌填寫規(guī)范完整。

2.測量放線：根據(jù)設計圖紙對現(xiàn)場進行護筒位置放樣，即護筒中心與鉆孔樁中心重合，施工前對鉆孔樁位置進行復核，后由主管技術人員自檢合格后向測量監(jiān)理工程師進行報驗，監(jiān)理工程師批準后方可鉆孔。

3.埋設護筒：埋置護筒要考慮樁位的地質和水文情況及施工現(xiàn)場情況，由于護筒位于平臺上，為便于鉆孔機械及人員通行，護筒頂與平臺頂面齊平，同時孔口設置鋼筋網(wǎng)片蓋用于防止人員意外墜入孔內。為防止坍孔，漏水，漏漿，護筒底坐在天然的結實的土層上，護筒平面位置的偏差應不超5cm。結合根據(jù)地質報告選用18m長鋼護筒（φ2.3m*14mm），護筒埋完之后及時測量護筒頂標高做為控制樁長的數(shù)據(jù)。

4.泥漿制備：制備泥漿選用粘性土，鉆孔時如果鉆出的是粘性土和亞粘土可以就地造漿。泥漿比重為1.05～1.15之間；黏度一般地層為16s～22s，松散易坍塌地層為19s～28s，由于該處鉆孔樁樁長較長同時為水上作業(yè)，為防止塌孔等意外情況發(fā)生，鉆孔過程中適當加大了泥漿比重。

5.鉆孔：

（1）旋挖鉆機鉆頭及鉆桿根據(jù)土層情況和鉆孔方式隨時更換，在黏性土、粉土、填土、中等密實以上的砂土地層選用回轉鉆頭，碎石土、中等硬度的巖石及風化巖層選用嵌巖鉆頭。因地質硬在鉆進深度超過80米時，連接鉆頭的內鉆桿承受扭力太大，SH36H旋挖機鉆桿斷裂，不能繼續(xù)施工。所以單獨采用高強度合金材料定制一根內鉆桿。在進入硬層后，采用先小鉆頭鉆進，再用大鉆頭成孔的方式，既提高成孔效率，由降低了對鉆桿的損傷。

（2）本橋所處地質條件較差，采用泥漿護壁進行鉆進。

（3）開孔施工應輕壓慢進，鉆頭鉆速不宜大于10r/min，待主動鉆桿全部進入孔后，方可逐步加速正常鉆進。

（4）鉆孔過程中根據(jù)地質情況控制進尺速度，防止卡鉆和埋鉆，在硬塑層鉆進采用快速鉆進法，提高鉆進效率；在砂層等松散易坍塌地層中鉆進采用慢鉆速鉆進，并適當增加泥漿比重和黏度；在易縮徑的地層中鉆進時適當增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；在硬地層鉆至軟地層時，適當加快鉆進速度；由軟地層鉆至硬地層時，減速慢進。

（5）鉆孔過程中應嚴格控制鉆頭升降速度，減少鉆斗升降對孔壁的擾動，避免造成塌孔事故。

（6）現(xiàn)場盯控人員鉆孔時做好鉆孔記錄，地質發(fā)生變化及時記錄，隨時檢查泥漿比重，每鉆進2m記錄一次地質情況（第一根樁應留取渣樣），發(fā)現(xiàn)與地質設計不符及時上報。

鉆孔灌注樁成孔后必須測量孔徑、孔位，檢查樁底沉渣厚度，只有確認滿足設計要求后，才能進行下一步工序清孔。

6.清孔：鉆孔檢查合格后，應迅速清孔，清孔方法采取換漿法，清孔時必須保證孔內水頭、提管時避免碰撞孔壁。清孔后的泥漿性能指標滿足以下要求，孔內排出或抽出的泥漿手摸無2mm～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1；黏度：17～20s；含砂率：＜2%；沉渣厚度≤5cm，清孔后的泥漿指標是從樁孔的頂、中、底部分別取樣檢驗的平均值。不論采用何種方法清孔排渣，都必須注意保持孔內水頭，防止坍孔。在第一次清孔后，利用檢孔器檢查孔徑、垂直度和孔深是否滿足設計及規(guī)范要求。由于樁長較長會影響清孔時間，為了縮短時間，保證清孔質量，本工程清孔過程中采用泥漿分離機清孔。

7.鋼筋籠下放：

成型的鋼筋籠平臥堆放在平整干凈的地面上，堆放層數(shù)不得超過2層；鋼筋籠在起吊、運輸和安裝時應采取措施防止變形，起吊點宜設在加強箍筋部位。鋼筋籠安裝采用樁架直接吊籠的方法，鋼筋籠一個截面的電焊接頭要錯開，不大于50%。

鋼筋籠安放，利用起重機起吊，應持垂直狀態(tài)，對準孔位徐徐輕放，避免碰撞孔壁，下籠中若遇阻礙不得強行下放，應查明原因酌情處理后，再繼續(xù)下籠；鋼筋籠安裝深度符合設計要求。其允許偏差±50mm；鋼筋籠位置經(jīng)確認后，將鋼筋籠用吊筋固定在護筒上，以使鋼筋籠定位，吊筋要焊接在鉆孔樁最上端彎鉤鋼筋上，吊筋長度要根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行確定。吊筋長度=護筒頂高程-鉆孔樁最上端彎鉤鋼筋頂高程。

由于鋼筋籠是分節(jié)制作的，在入孔時，要實行焊接（在加工廠等平地加工時可采用搭接焊或綁條焊，在現(xiàn)場焊接時必須采用單面綁條焊），焊接時上下節(jié)鋼筋籠均要保持垂直，鋼筋的焊接長度要滿足規(guī)范要求的10d以上，焊接時要求對稱施焊，焊縫長度和飽滿度，均要滿足規(guī)范要求。

由于4#、5#墩鋼筋籠質量大，焊接時只利用既有加強圈無法滿足要求，需對焊接時承擔重量的加強圈進行加強（在原有加強圈的位置下方再焊接一道加強圈）。只有在完成上述步驟并經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后可進行下步施工。

8.導管安裝：水下混凝土采用導管法進行灌注，導管在監(jiān)理工程師驗收合格的條件下才能使用。導管應居中穩(wěn)步沉放，不能接觸到鋼筋籠，以免導管在提升中將鋼筋籠提起，導管用卡具吊在孔口上，導管底部距樁底的距離為0.4m。

9.二次清孔：在混凝土灌注前進行二次清孔，二次清孔在鋼筋籠下孔以后進行，利用導管進行循環(huán)清孔，清孔時經(jīng)常上下竄動導管，以便能將孔底周圍虛土清除干凈。每次清孔后沉渣均少于5cm，當混凝土輸送車到達孔口時停止清孔，對孔底沉淀層厚度進行檢測，孔底沉渣厚度采用刻度精度為2cm的無收縮測繩懸掛4kg的圓柱金屬測錘進行量測。沉渣如超出規(guī)范要求，利用導管再次進行清孔。報現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢查，現(xiàn)場監(jiān)理工程師批準后，立即灌注。

10.混凝土灌注：混凝土拌合采用拌合站集中拌合，運輸采用混凝土罐車。坍落度控制在：180～220mm。每一輛罐車的混凝土在開始澆筑前必須對混凝土的均勻性和坍落度進行檢查，確保混凝土的質量。首先計算導管頂部的貯料斗內混凝土量，必須滿足首次灌注后導管能埋入混凝土中大于1.0m，施工前要仔細計算貯料斗容積，直徑略大于導管內徑，向導管內傾倒混凝土宜徐徐進行。[5]施工中導管內應始終充滿混凝土。隨著混凝土的不斷澆入，及時測量混凝土頂面高度和埋管深度，及時提拔拆除導管，使導管埋入混凝土中的深度保持在2—6m間。澆注至鋼筋籠底部時放慢澆注速度防止鋼筋籠上浮。每根導管內的水下混凝土澆筑工作，應在該導管首批混凝土初凝前完成?；炷恋奶涠葢獫M足設計要求，混凝土澆筑應連續(xù)進行，技術人員應對鉆孔灌注樁各項原始記錄及時進行整理簽認。施工中每根樁按每3組/100m3的要求留置標養(yǎng)試件（不足100m3按100m3留取）?；炷翝仓闆r，澆筑數(shù)量，澆筑時間，導管埋深，導管拆除長度以及發(fā)生的異常情況等，應專人記錄。

3.楓江特大橋工程鉆孔灌注樁施工質量控制建議

3.1對成孔質量進行控制

對成孔質量進行控制和管理則在工程建設過程中非常重要。而在楓江特大橋施工過程中因施工環(huán)境存在一定難度，且要求鉆孔深度較深，而在施工工期時間方面非常緊張。因該地區(qū)地質條件較為復雜，所以使用機械進行深度鉆孔的話存在一定難度。因此，在該項工程施工中根據(jù)條件因素選擇了鉆機旋挖鉆成孔方式，以此能夠提高鉆孔效率，提高成孔質量，在后期清孔灌注過程中選擇了泥漿分離機清孔，以此圓滿完成了4#基礎的施工。

3.2對成樁質量進行控制

對成樁質量進行控制是基于原材料使用質量方面進行的控制，如果所使用的混凝土、水泥等材料在應用過程中存在不合格問題，那么則會對成樁質量造成嚴重影響。一般來說，在成樁施工過程中都會通過導管灌注的方式在水下增添混凝土，但是這種方式混造成混凝土離析問題出現(xiàn)。基于此，可以對混凝土等方面來進行改變，如對其強度等進行改變，也要對工程材料質量等進行嚴格管理，確保所使用的材料在質量上沒有任何問題。

3.3對護筒埋置質量進行控制

因護筒在埋置過程中是根據(jù)實際地質情況所應用。而在該工程中需要穿過水層和淤泥層，通過振動錘鎮(zhèn)壓下去，打到硬層為止。因楓江特大橋4#、5#墩在現(xiàn)場施工中通常在17米左右，且在施工中會出現(xiàn)下層護筒邊緣處塌方情況，因為地質復雜，泥漿比重未調節(jié)好，就會出現(xiàn)砂層處塌方現(xiàn)象。因此，根據(jù)鉆進時出土量來判斷是否有塌方。如果是正常鉆進砂層時，有出土量。而未正常進尺時，可判斷為有塌方現(xiàn)象。如果發(fā)生這種情況，不要急于鉆進，一方面要調節(jié)泥漿稠度，減少塌方，另一方面可灌注低標號混凝土于塌方段，待要初凝時，可用鉆頭在塌方段來回轉動，使混凝土充分粘結到易塌方段，形成護臂，待混凝土凝結后可繼續(xù)鉆進。

結束語

隨著我國建筑工程項目的增多，采取鉆孔灌注樁施工技術也要根據(jù)工程實際需要，以及施工技術的升級而進行轉變?，F(xiàn)今，水上鉆孔灌注樁施工技術在應用過程中能夠滿足水上成樁施工的需要，能夠將施工中所遇到的問題得到更好的解決。而在本文研究中對梅州至潮汕鐵路站前工程中的楓江特大橋4#、5#墩水上鉆孔灌注樁施工情況進行分析，對該工程在實際施工中的前期準備工作、施工條件、施工質量控制等進行了分析。而通過本文的研究，希望能夠對國內其他工程水上鉆孔灌注樁施工技術以及應用等方面提供良好借鑒，以此能夠提高工程質量，實現(xiàn)社會效益的提高。

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1007-6344（2017）06-0254-02