支建設(shè)

摘 要：在橋梁工程基礎(chǔ)中，鉆孔灌注樁被廣泛使用，其成孔和混凝土灌注工藝也日益成熟。但是，鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，施工工藝較為復(fù)雜，施工影響因素多，在施工過(guò)程中，如果對(duì)其重視不夠，很容易引起質(zhì)量事故。結(jié)合梨香溪特大橋施工情況，在分析主墩鉆孔灌注樁施工重難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從工藝流程、鉆機(jī)選型、泥漿制備、鉆孔清孔、鋼筋籠加工和安放、混凝土灌注等施工環(huán)節(jié)進(jìn)行控制和技術(shù)分析，提出了灌注樁施工質(zhì)量控制的有關(guān)措施和建議，以期為類(lèi)似工程施工提供技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.014

1 工程概況

梨香溪特大橋是重慶沿江高速的重點(diǎn)控制性工程，跨越U形深溝和梨香溪河，橋長(zhǎng)975.8 m。主橋上部采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主墩采用雙肢薄壁空心墩，引橋上部采用40 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁。P10和P11兩主墩位于梨香溪河中，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每個(gè)主墩24根樁基，設(shè)計(jì)樁徑2.2 m，樁長(zhǎng)30 m，水中樁基共48根，樁長(zhǎng)計(jì)1 440 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30.該橋址區(qū)從河床面自上而下為粉質(zhì)黏土、黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖和無(wú)淤泥覆蓋層。

2 灌注樁施工重難點(diǎn)分析

2.1 施工條件差

P10、P11主墩樁位處水深1～3 m，均需筑島施工，且受長(zhǎng)江三峽工程蓄水的影響。P11主墩緊靠懸崖，修筑臨時(shí)便道工程量巨大。

2.2 工期緊

在梨香溪河枯水期內(nèi)完成主墩樁基施工，在三峽工程最高蓄水到175 m前完成主墩承臺(tái)施工。

2.3 單邊設(shè)站，運(yùn)距比較遠(yuǎn)

受場(chǎng)地的限制，混凝土拌和站設(shè)在兩匯互通處，距P11主墩約1 h路程，配合比設(shè)計(jì)需考慮運(yùn)距的影響。

2.4 成孔、灌注影響因素多

灌注樁施工環(huán)節(jié)比較多，復(fù)雜地質(zhì)條件下成孔難度大，水下灌注對(duì)混凝土配合比、施工操作的要求比較高。在施工過(guò)程中，如果稍有不慎，引發(fā)意外質(zhì)量事故，其處理難度比較大。成孔與水下混凝土灌注是鉆孔樁順利施工和質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

3 灌注樁關(guān)鍵施工技術(shù)

利用梨香溪河枯水期完成主墩鉆孔樁施工，在三峽工程蓄水到175 m前完成主墩承臺(tái)施工。借鑒同類(lèi)工程施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多方案比選，決定主橋P10和P11兩主墩采取筑島作為水中鉆孔施工平臺(tái)。在施工前，編制了施工組織設(shè)計(jì)方案，對(duì)鉆孔樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，所施工的鉆孔灌注樁質(zhì)量合格。

3.1 筑島土袋圍堰設(shè)計(jì)與施工

3.1.1 筑島土袋圍堰設(shè)計(jì)

考慮到承臺(tái)平面尺寸、梨香溪河桃花汛期水位和三峽工程175蓄水的影響，確定筑島圍堰尺寸為30 m（寬）×40 m（長(zhǎng)），比承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸每邊寬約5 m以上。

圍堰高程的計(jì)算公式是：

H=h1+h2. （1）

式（1）中：h1為施工期間流水面高程；h2為筑島高出h1的距離，在此工程中，h2取2 m。

確定圍堰結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意以下3點(diǎn)：①筑島填料主要采用的是從紅線內(nèi)開(kāi)挖的黏土；②坡腳采用片石回填，穩(wěn)住坡腳，外側(cè)用土袋碼砌圍堰；③土袋圍堰高度與筑島面高程一致，頂面寬1 m，圍堰邊坡為1∶1.75.

3.1.2 圍堰施工

施工時(shí)，用挖掘機(jī)、裝載機(jī)配合自卸汽車(chē)筑島。回填土采用紅線內(nèi)開(kāi)挖的黏土、泥巖，填筑初始粒徑可放大，穩(wěn)住坡腳，坡腳穩(wěn)住后改填粒徑小的泥巖，按照設(shè)計(jì)高程填平壓實(shí)。島面以下0.5 m內(nèi)采用硬塑性黏土填筑，以提高島面承載力。填筑完成后，在筑島外圍用土袋進(jìn)行加固防護(hù)。

3.2 工藝流程

在施工過(guò)程中，采用沖擊鉆成孔，每臺(tái)沖擊鉆機(jī)配1臺(tái)泥漿泵清孔，采用內(nèi)徑為φ300 mm的導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注。鉆孔灌注樁工藝流程如圖1所示。

3.3 鉆機(jī)選型

根據(jù)地層合理選用鉆孔機(jī)具，既能保證鉆孔速度和效率，又能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。施工區(qū)域地層以粉質(zhì)黏土、黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖為主，選用沖擊實(shí)心錘鉆具，配備泥漿泵正循環(huán)清孔。

3.4 泥漿制備

通常情況下，泥漿制備宜選用水、黏土（或膨潤(rùn)土）和添加劑，按照適當(dāng)配合比經(jīng)試驗(yàn)確定，其性能指標(biāo)要與鉆孔方法、土層情況相適應(yīng)。

一般地層泥漿相對(duì)密度為1.05～1.20，松散易坍塌地層為1.20～1.45；一般地層泥漿黏度為16～22 s，松散易坍塌地層為18～28 s，泥漿含砂率≤4%，膠體率≥96%，pH≥8，30 min失水率≤20 mL。

現(xiàn)場(chǎng)采用在孔內(nèi)添加黏土進(jìn)行自然造漿的方式。制備的泥漿相對(duì)密度為1.05～1.30，黏度為20～30 s，泥漿含砂率≤4%，膠體率≥96%，pH值為8～11.

3.5 鉆孔

3.5.1 開(kāi)鉆

在護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)宜慢不宜快，反復(fù)沖擊擠壓，使護(hù)筒刃腳周?chē)撩軐?shí)，比如進(jìn)尺太快易導(dǎo)致穿孔，影響護(hù)筒的穩(wěn)定性。因此，開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，在孔內(nèi)加黏土沖擊造漿，并隨進(jìn)尺及時(shí)補(bǔ)水，以保證孔內(nèi)泥漿的高度。

3.5.2 孔內(nèi)一般地層鉆進(jìn)

穿過(guò)護(hù)筒底后，在粉質(zhì)黏土、黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖等一般地層鉆進(jìn)時(shí)，采用中高沖程提高鉆進(jìn)速度，同時(shí)，應(yīng)及時(shí)添加黏土造漿，隨時(shí)檢查、控制泥漿指標(biāo)，使其與地層相適應(yīng)。

3.5.3 斜層巖、砂卵石等地層鉆進(jìn)

遇到斜層巖或漂石時(shí)，比如孔底表面不平整，投入小片石或卵石后，采用中小沖程反復(fù)沖鉆，直至巖層整平，然后繼續(xù)鉆進(jìn)，防止卡鉆和孔位傾斜的情況發(fā)生。在砂和卵石等松散層鉆進(jìn)時(shí)，要1∶1投入黏土和小片石（粒徑不大于15 cm），以小沖程反復(fù)沖擊，使泥膏片石擠入孔壁。必要時(shí)，重復(fù)回填反復(fù)沖擊兩三次，在孔壁穩(wěn)定的情況下鉆進(jìn)。

鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，與地勘報(bào)告核對(duì)，兩者數(shù)據(jù)相一致后共同確認(rèn)終孔，否則由設(shè)計(jì)單位最終確定樁長(zhǎng)。終孔后，采用外徑2.2 m、長(zhǎng)度6 m的檢孔器檢查孔徑和孔形。

3.6 清孔

確認(rèn)終孔后，用比例較小的泥漿或清水送至孔底進(jìn)行清孔。首次清孔應(yīng)達(dá)到從孔口返出的泥漿中無(wú)沙粒、泥塊、泥皮的標(biāo)準(zhǔn)，泥漿的相對(duì)密度≤1.25.

灌注導(dǎo)管安裝完后，利用導(dǎo)管二次清孔。二次清孔以沉淀厚度≤50 mm，孔底泥漿樣相對(duì)密度為1.03～1.10，黏度17～20 Pa·s，含砂率<2%為準(zhǔn)。二次清孔耗時(shí)1～2 h。

3.7 鋼筋籠加工及其安放

鋼筋籠采用胎架法分段加工，主筋為48根φ28 mm鋼筋。分段加工的鋼筋籠用板車(chē)從加工場(chǎng)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，用吊車(chē)在孔口吊裝拼接，接頭采用等強(qiáng)滾扎直螺紋連接。

用2根吊筋和2根φ50 mm鋼管在孔口固定鋼筋籠，防止偏位和灌注中上浮的情況發(fā)生。

為了精準(zhǔn)檢測(cè)灌注樁的施工質(zhì)量，每根樁按照設(shè)計(jì)埋設(shè)4根內(nèi)徑50 mm、壁厚3 mm的聲測(cè)管。聲測(cè)管采用外套接頭聯(lián)接，并與鋼筋籠主筋連成整體，隨鋼筋籠一起沉放到位。聲測(cè)管下端用鋼板封閉，安裝好聲測(cè)管后，向管內(nèi)注入清水，上端加焊封蓋，確保在灌注混凝土的過(guò)程中泥漿或水泥漿不進(jìn)入。

3.8 導(dǎo)管安放

采用內(nèi)徑300 mm、壁厚10 mm的鋼導(dǎo)管灌注混凝土。導(dǎo)管一般長(zhǎng)2 m，最下端一節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)6 m，并配備3根分別長(zhǎng)1 m、0.5 m、0.3 m的短導(dǎo)管用于調(diào)節(jié)導(dǎo)管柱總長(zhǎng)，使導(dǎo)管底與孔底保持規(guī)定的高度。導(dǎo)管采用螺紋接頭聯(lián)接，橡膠O形密封圈密封。使用導(dǎo)管前，需進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)，水密試驗(yàn)壓力不小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力。

在施工過(guò)程中，將導(dǎo)管用吊車(chē)放入孔內(nèi)居中，距孔底300～400 mm。導(dǎo)管全部入孔后，記錄導(dǎo)管下放總長(zhǎng)和導(dǎo)管下口距離孔底的高度。

3.9 水下混凝土灌注

3.9.1 配合比

樁身混凝土采用C30水下混凝土，在拌和站集中拌制，坍落度為180～220 mm，配合比如表1所示。

式（2）（3）中：D為樁孔直徑；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端的間距；H2為導(dǎo)管初次埋置深度；d為導(dǎo)管內(nèi)徑；h1為樁孔內(nèi)混凝土到達(dá)初次埋置深度時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土樁平衡導(dǎo)管外壓力所需的高度；HW為樁孔內(nèi)泥漿的深度；γw為泥漿的重度；γc為混凝土的重度。

在該工程中，取H1為0.3 m，H2為1.0 m，d為300 mm，h1為13.75 m，HW為30 m，γw為1.1，γc為2.4，按照式（2）（3）計(jì)算，首批灌注混凝土為5.97 m3。

3.9.3 混凝土灌注

經(jīng)過(guò)二次清孔，沉淀厚度和泥漿 各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后，及時(shí)進(jìn)行水下混凝土灌注。用4.5 m3的儲(chǔ)料斗和10 m3的混凝土罐車(chē)進(jìn)行首批混凝土灌注，保證首批灌注量和導(dǎo)管埋深。首灌混凝土下入后，觀察孔內(nèi)返漿情況，并立即測(cè)定孔內(nèi)混凝土高度，計(jì)算導(dǎo)管埋深，并做好記錄。

首批混凝土灌注正常后，緊湊、連續(xù)地進(jìn)行后續(xù)混凝土灌注，嚴(yán)禁中途停工。在灌注過(guò)程中，用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升高度，并適時(shí)用吊車(chē)提升拆卸導(dǎo)管，保持導(dǎo)管合理埋深在2～6 m。同時(shí)，觀察返漿情況，以準(zhǔn)確分析和判定孔內(nèi)情況。為了確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上超灌80 cm，后期開(kāi)挖后鑿至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4 質(zhì)量控制措施

為了確保主墩灌注樁的施工質(zhì)量，在施工過(guò)程中，針對(duì)鉆孔、清孔、混凝土供應(yīng)、水下灌注等關(guān)鍵環(huán)節(jié)制定了詳盡的質(zhì)量控制措施，嚴(yán)格控制，取得了良好的控制效果。具體的質(zhì)量控制措施有以下幾點(diǎn)：①嚴(yán)格落實(shí)三級(jí)技術(shù)交底，明確施工操作要點(diǎn)和質(zhì)量要求；按照工序流程圖，連續(xù)監(jiān)控關(guān)鍵工序和關(guān)鍵點(diǎn)；嚴(yán)格工序把關(guān)，確保每道工序合格。②針對(duì)灌注樁施工容易出現(xiàn)坍孔、鋼筋籠上浮和偏位、樁身夾泥、斷樁等情況，制定了詳盡的應(yīng)急預(yù)防措施，并齊備各種應(yīng)急資源。③優(yōu)化群樁施工順序，采用隔樁跳打施工。根據(jù)不同地層靈活控制鉆進(jìn)速度和泥漿指標(biāo)，施工中未出現(xiàn)偏孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的情況。每鉆進(jìn)2 m或地層變化時(shí)，撈取鉆碴判斷地質(zhì)情況，做好地質(zhì)柱狀圖標(biāo)識(shí)，及時(shí)填寫(xiě)鉆孔施工記錄。④采用多點(diǎn)吊裝安放鋼筋籠，避免斜向安放引起的孔壁坍塌；采用吊筋和鋼管在孔口十字牢牢固定鋼筋籠，以防偏位；控制灌注的速度和導(dǎo)管提升，防止鋼筋籠上浮和偏位，成樁檢測(cè)鋼筋籠偏差均合格。⑤針對(duì)拌和站設(shè)站比較遠(yuǎn)的情況，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮了遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和灌注時(shí)間，選用聚羧酸系高效緩凝減水劑進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。⑥安排專人負(fù)責(zé)混凝土灌注，每次拔管前，探測(cè)孔內(nèi)混凝土高度，保證導(dǎo)管合理埋深。設(shè)置井口灌注架，確保頂部灌注壓力，并超灌0.8～1.0 m。樁頂最后一節(jié)長(zhǎng)管拔管速度要慢，防止樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管下形成泥心。通過(guò)對(duì)樁頭的開(kāi)挖檢測(cè)，樁頭混凝土密實(shí)。灌注時(shí)，按照規(guī)定頻率留置混凝土試件，28 d抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。⑦同根主筋牢固固定聲測(cè)管，確保不出現(xiàn)漏漿、堵管、變形等現(xiàn)象。按照規(guī)定齡期采用聲波透射法檢測(cè)，樁身完整且均為I類(lèi)樁。

5 結(jié)論和建議

編制切實(shí)可行的鉆孔灌注樁施工技術(shù)方案和質(zhì)量控制措施，保證灌注樁能夠按期、高效、經(jīng)濟(jì)完成?？紤]到具體施工情況，筆者特提出以下幾點(diǎn)建議，以供參考：①建立健全的質(zhì)保體系，確保工程有效運(yùn)行。嚴(yán)格三級(jí)交底，強(qiáng)化過(guò)程控制，是橋梁樁基工程按期、保質(zhì)、順利完成的關(guān)鍵。②重視砂、石、外加劑等材料的優(yōu)選和進(jìn)場(chǎng)控制，根據(jù)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)條件等，設(shè)計(jì)并拌和出滿足運(yùn)輸和灌注時(shí)間且性能良好的混凝土，是順利進(jìn)行水下混凝土灌注的前提。③根據(jù)地層合理選用成孔機(jī)具，并根據(jù)不同地層靈活控制成孔速度和泥漿指標(biāo)，防止出現(xiàn)偏孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的情況。另外，要制訂詳盡、切實(shí)可行的塌孔、卡鉆等突發(fā)事故的應(yīng)急預(yù)案，落實(shí)相關(guān)的人、材、機(jī)等資源。④清孔作為灌注樁的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，清孔效果直接影響到灌注的順利程度和樁基的承載力。為了保證清孔質(zhì)量，應(yīng)盡量縮短終孔至清孔的時(shí)間，減小孔內(nèi)泥漿的沉淀厚度。⑤安排熟練工人下放鋼筋籠，嚴(yán)格控制鋼筋籠頂面標(biāo)高，并做好孔口固定，控制灌注速度和導(dǎo)管提升，有效防止鋼筋籠上浮和偏位。按規(guī)定精心埋設(shè)聲測(cè)管，以提高樁檢的準(zhǔn)確度。⑥安排專人進(jìn)行水下混凝土灌注，勤測(cè)混凝土面的上升高度，并適時(shí)用吊車(chē)提升拆卸導(dǎo)管，控制導(dǎo)管合理埋深，超灌50 cm以上，確保樁頂混凝土質(zhì)量。

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〔編輯：白潔〕